Влияние облучения на свойства цементного камня
Известно, что под ядерными излучений материалы изменяют спои физико-технические селе допаян я радиационной тонкие бетоном показали, что после облучения интегральными нейтронными потоками 10—10 некоторые из них увеличинаются и объеме с одновременным уменьшением их плотности, теплопроводности, коэффициента температурного линейного расширения, прочности и упругих свойств. Полученные данные показали, что изменение свойств бетона после облучения является следствием радиационных повреждений его составляющих. Поэтому важно исследовать влияние облучения на вяжущие и заполнители.
В данной работе рассматриваются результаты исследования радиационной стойкости цементного камня из портландцемента Воскресенского завода, характеристики которого приводятся ниже.
Физико-технические характеристики портландцемента (по ГОСТ 310—40:
активность — 416 кг/см ; нормальная густота цементного теста — 28,75; срок схватывания 2 ч 15 чин — 3 ч 55 мин; объемный вес—1.1 т/м ; уд. вес — 3 т/м3; уд. поверхность 3097 см2/г; тонкость помола: остаток (по весу) на сите 900 отв/см2—1.34%; па сите 5100 отв/см2—10,22%, прошло через сито 5100 отв/см2 — 88,44%.
Химический состав портландцемента в % по весу:
Si02 —24,78; Fe203 —5,33; AI203 —4,35; СаО —58,80; S03— 2,55; потери при прокаливании — 2,55; прочие потерн — 1,94.
Состав цементного теста:
цемент—1503 кг/м3; воды затворения — 547 кг/м ; объемный вес — 2050 кг/м3.
Образцы (цилиндры диаметром и высотой 15 мм) облучались в экспериментальном канале реактора БР-5. Десять образцов помещались в капсулу из нержавеющей стали. Температура, интенсивность потока нейтронов и спектр потока по длине капсулы изменялись в значительных пределах, поэтому по условиям облучения партии облученных образцов можно разделить на две группы (табл. 1). Температурный режим первой группы облученных образцов показан па рисунке. Характер температурных колебаний для образцов второй группы такой же, как для образцов первой группы.
Контрольные образцы, изготовлявшиеся одновременно с облучаемыми, были разделены на дне партии, одна из которых ("холодная») находилась в нормальных условиях (температура 15—25°С, влажность — 60%), другая («горячая») — в температурном режиме облучаемых образцов (по характеру, количеству и продолжительности температурных качек), однако максимальные температуры не превышали 300°С.
Извлечение образцом капсулы после облучения я исследование их свойств проводились и горячих камерах и боксах. Полученные результаты приведены в табл. 2.
Итоги исследования. Измерение геометрических размеров образцов показало, что облученные я контрольные образцы («горячие») уменьшились в размерах. Наибольшая усадка (до 3%i) отмечена на облученных образцах нерпой труппы (400— 450”С), у образцов второй группы уменьшение составило 0.7-0,9% (150СС), у контрольных «горячих» — до 2% 300°С), л у контрольных холодных изменения размеров ис зафнкеврова но. Анализ полученных измерений и литературных данных [6—11] позволяет сделать иынод о том. чго облечение цементного камня в указанных дозах радиация не влияет па изменение геометрических размеров образцов Усадка цементного камня является следствием длительной выдержки при высоких температурах.
Взвешивание показало, что облученные образцы первой группы потеряли до 12% веса, второй группы — до 7%. контрольные «горячие» — около 10%, нес контрольных «холодных» образцов ие изменился Анализ результатов взвешивания образцов, полученных в данной работе и по литературным данным показывает, что изменение веса цементного камня происходит за счет газопыделеиня и главным образом потери воды, вследствие воздействия высоких температур. Облучение в указанных потоках радиации существенно не влияет на водосодержапне.
Полученные значения коэффициента теплопроводности первой партии облученных образцов — 0,62 ккал/м ч - °С: второй партии—0,65 ккал/м - ч °С и контрольной «горячей» партии — 0.63 ккал/м ¦ ч - °С имеет расхождение между собой в пределах точности измерении. Повышенный коэффициент теплопроводности контрольных «холодных» образцов (0.74— 0.77 ккал/м- ч-°С) объясняется большим влагоссдержанием последних. Таким образом, облучение цементного камня ие влияет на его теплопроводность.
Прочность портландпементного мин согласно работам после нагревания до 200—250V несколько увеличивается, с дальнейшим повышенном температуры начинает уменьшаться н при температурах выше 400" снижается резко. Результаты настоящих исследовании несколько иные. Прочность «горячих» контрольных снизилась па 13% по сравнению с контрольными «холодными», прочность mopoii партии облученных образцов, интегральный поток 2,5Х X 1020 практически не изменилась, что с позиций температурной выдержки находится н хорошем согласии с данными работ [12, 13]. Наряду с этим образцы первой партии (4004- 450°С, поток нейтронов 2хЮ21 иситр/см2) не снизил прочности, что следовало ожидать при температуре выдержки свыше 400°С, а напротив увеличили на 104- 10% по сравнению с контрольными «холодными" образцами. Некоторое увеличение прочнеет пометного камня (первая группа облученных образцов) происходит за счет его уплотнения, а также за счет изменения структуры в результате облучения высокими потоками.
Изменение деформитивних свойств (тангенса угла наклона кривой сжатия при нагрузке 0,2 от разрушающей) показывает относительное уменьшение пластичности н увеличение хрупкости материала, что характерно для многих материалов. При облучении нейтронами.
Выводы
Портлапдцементный камень после облучения интегральными потоками нейтронов до 2х Ю-1 нейтр/см2 (быстрых нейтронов с энергией больше 0,8Мэе — 1.8 X1020 нейтр/см2) не меняет геометрических размеров, коэффициента температурного линейного расширения, коэффициента теплопроводности н веса. Изменение этих характеристик может произойти за счет влияния температур, сопутствующих облучению.
Портландцемент является хорошим вяжущим для разработки высокораднацнонностомкнх бетонов, предназначенных для использования в интегральных нейтронных потоках до 2Х1021 нейтр/см2 и выше.
Выбор заполнителей для высокорадиационностойкнх бетонов следует производить с учетом данных о радиационной стойкости портландцементного камня приведенных в данной работе.