[go: up one dir, main page]

RU2830677C1 - Composition of radiation-protective plaster dry mixture, method of its production and use - Google Patents

Composition of radiation-protective plaster dry mixture, method of its production and use Download PDF

Info

Publication number
RU2830677C1
RU2830677C1 RU2024116177A RU2024116177A RU2830677C1 RU 2830677 C1 RU2830677 C1 RU 2830677C1 RU 2024116177 A RU2024116177 A RU 2024116177A RU 2024116177 A RU2024116177 A RU 2024116177A RU 2830677 C1 RU2830677 C1 RU 2830677C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
dry
plaster
protective
mixing
Prior art date
Application number
RU2024116177A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталья Игоревна Черкашина
Вячеслав Иванович Павленко
Роман Владимирович Сидельников
Дмитрий Сергеевич Романюк
Дарья Васильевна Пушкарская
Дарья Александровна Рыжих
Семен Николаевич Домарев
Артём Юрьевич Ручий
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2830677C1 publication Critical patent/RU2830677C1/en

Links

Abstract

FIELD: construction materials.
SUBSTANCE: invention relates to the field of construction materials science, in particular to the development of dry mixtures, which can be used as plaster products providing protection from radiation on employees. Composition of the radiation-protective dry plaster mixture includes: gypsum plaster – 15-35 wt. %; bismuth oxide Bi2O3 – 50-60 wt. %; tungsten carbide WC – 15-25 wt. %. Method for producing a radiation-protective dry plaster mix includes comprises dry mixing of gypsum plaster with fillers. Dosing of components, loading of components into jet-vortex mill, mixing and dispersion of coarse particles in jet-vortex mill during two starts, unloading of dry mixture and packing into protected paper bags. Method of using the radiation-protective dry plaster mixture involves mixing the dry mixture with water at a water-solid ratio of 0.21-0.29, with continuous mixing for 1-2 minutes.
EFFECT: invention is aimed at obtaining a plaster dry mixture with high strength and high degree of radiation protection in relation to gamma radiation.
3 cl

Description

Изобретение относится к области строительного материаловедения, в частности к разработкам сухих смесей, которые могут использоваться в качестве штукатурных изделий (а также шпаклевок, блоков, гипсокартонных листов и др.), обеспечивающих защиту от воздействия радиации на сотрудников, работающих с ионизирующими излучениями и окружающих людей в промышленности, медицине и повседневной жизни, с высокими физико-механическими характеристиками.The invention relates to the field of construction materials science, in particular to the development of dry mixtures that can be used as plaster products (as well as putties, blocks, plasterboard sheets, etc.), providing protection from the effects of radiation on employees working with ionizing radiation and surrounding people in industry, medicine and everyday life, with high physical and mechanical characteristics.

Известен композиционный материал с составом, мас.%: строительное гипсовое вяжущее или смесь строительного и высокопрочного гипсовых вяжущих - 18-38, гидроксид кальция - 0,5-1,0, пластификатор - поликарбоксилат натрия - 0,5-0,8, замедлитель схватывания - амидокс - 0,2-0,5, природный шунгитовый щебень крупностью 5-20 мм - 51-74 и воду - остальное. Который получают смешиванием шунгитового щебня с раствором поликарбоксилата натрия и амидокса в воде, с последующим введением в полученную массу порошкообразного гидроксида кальция и гипсового вяжущего при перемешивании до получения равномерно покрытого суспензией шунгитового щебня (Патент RU 2 405 749, опубл. 10.12.2010, Бюл. № 34). Данный состав имеет высокие физико-механические характеристики, но его недостатком является, то, что его возможно использовать только для создания блоков, панелей и плиток и невозможно использовать в качестве сухой строительной смеси, при этом радиационно-защитные свойства данного состава недостаточны.A composite material is known with the following composition, wt.%: construction gypsum binder or a mixture of construction and high-strength gypsum binders - 18-38, calcium hydroxide - 0.5-1.0, plasticizer - sodium polycarboxylate - 0.5-0.8, setting retarder - amidox - 0.2-0.5, natural shungite crushed stone of 5-20 mm size - 51-74 and water - the rest. Which is obtained by mixing shungite crushed stone with a solution of sodium polycarboxylate and amidox in water, followed by the introduction of powdered calcium hydroxide and gypsum binder into the resulting mass while stirring until a uniformly coated suspension of shungite crushed stone is obtained (Patent RU 2 405 749, published 10.12.2010, Bulletin No. 34). This composition has high physical and mechanical characteristics, but its disadvantage is that it can only be used to create blocks, panels and tiles and cannot be used as a dry building mixture, while the radiation-protective properties of this composition are insufficient.

Близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является композиционный материал и способ его получения, включающий бета-полугидрат или водорастворимый ангидрит, а в качестве добавки - природный углеродсодержащий минерал - шунгит с дисперсностью от 1 до 200 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанное гипсовое вяжущее - 50-90; указанный шунгит - 10-50 (Патент RU №2232733, опубл. 20.07.2004, Бюл. № 20). Close to the proposed one in its technical essence and achievable result, adopted as a prototype, is a composite material and a method for its production, including beta-hemihydrate or water-soluble anhydrite, and as an additive - a natural carbon-containing mineral - shungite with a dispersion from 1 to 200 μm with the following ratio of components, wt.%: the said gypsum binder - 50-90; the said shungite - 10-50 (Patent RU No. 2232733, published 20.07.2004, Bulletin No. 20).

Способ получения композиционного материала, включающий дробление гипсового камня, его прокаливание при повышенных температурах и сухое смешение полученного гипсового вяжущего с добавкой в течение 30-60 минут.A method for producing a composite material that includes crushing gypsum rock, calcining it at elevated temperatures, and dry mixing the resulting gypsum binder with an additive for 30-60 minutes.

С существенным признаком изобретения в части вещества совпадает следующий признак прототипа: гипсовое вяжущие в виде бета-полугидрата. В части способа: сухое смешение гипсового вяжущего с наполнителями. The following prototype feature coincides with the essential feature of the invention in terms of substance: gypsum binder in the form of beta-hemihydrate. In terms of the method: dry mixing of gypsum binder with fillers.

К недостаткам композиции и способа относятся малая прочность получаемого материала, особенно при содержании шунгита от 40 до 50%, недостаточно высокое снижение радиационного уровня излучения, сам способ получения энергоемок в части получения вяжущего - ангидрита, требующий значительных энергозатрат при обжиге гипса, при его смешении с тонкоизмельченным шунгитом в течение 30-60 минут и при сушке изделий, содержащих большое количество воды (до 50% влажности).The disadvantages of the composition and method include the low strength of the resulting material, especially with a shungite content of 40 to 50%, an insufficiently high reduction in the radiation level, the method of obtaining it itself is energy-intensive in terms of obtaining the binder - anhydrite, which requires significant energy consumption during the firing of gypsum, when mixing it with finely ground shungite for 30-60 minutes and when drying products containing a large amount of water (up to 50% humidity).

Изобретение направлено на разработку технологии и составов радиационно-защитной штукатурной сухой смеси, с повышенной прочностью и высокой степенью радиационной защиты по отношению к гамма-излучению (в дальнейшем сухой смеси).The invention is aimed at developing the technology and compositions of a radiation-protective plaster dry mix with increased strength and a high degree of radiation protection in relation to gamma radiation (hereinafter referred to as a dry mix).

Это достигается тем, что радиационно-защитная штукатурная сухая смесь включает строительный гипс (бета-полугидрат, в дальнейшем СГ) и наполнители: оксид висмута Bi2O3, карбид вольфрама WC при следующем соотношении компонентов, мас.%: строительный гипс – 15-35; оксид висмута Bi2O3 – 50-60; карбид вольфрама WC – 15-25.This is achieved by the fact that the radiation-protective plaster dry mix includes building gypsum (beta-hemihydrate, hereinafter SG) and fillers: bismuth oxide Bi 2 O 3 , tungsten carbide WC in the following ratio of components, wt.%: building gypsum - 15-35; bismuth oxide Bi 2 O 3 - 50-60; tungsten carbide WC - 15-25.

Технология изготовления сухой смеси включает: дозировку компонентов, загрузку компонентов в струйно-вихревую мельницу (например, ВСМ-01, ООО «Агротехкомплект», г. Белгород), смешение и диспергирование крупных частиц в струйно-вихревой мельнице в течение двух пусков, выгрузка сухой смеси и расфасовка в защищенные бумажные мешки. Способ использования радиационно-защитной штукатурной сухой смеси в промышленности строительного материаловедения заключается в затворении водой сухой смеси, при водотвердом соотношении 0,21-0,29, при непрерывном перемешивании до получения требуемой жёсткости и однородной массы в течение 1-2 минут. The technology of manufacturing the dry mix includes: dosing of components, loading of components into a jet-vortex mill (for example, VSM-01, OOO Agrotekhkomplekt, Belgorod), mixing and dispersion of large particles in the jet-vortex mill during two starts, unloading of the dry mix and packaging into protected paper bags. The method of using radiation-protective plaster dry mix in the construction materials industry consists of mixing the dry mix with water, at a water-solid ratio of 0.21-0.29, with continuous stirring until the required rigidity and homogeneous mass are obtained within 1-2 minutes.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленная сухая смесь отличается тем, что в качестве наполнителя (добавки) используется смесь оксида висмута Bi2O3 и карбида вольфрама WC.A comparative analysis with the prototype shows that the declared dry mixture differs in that a mixture of bismuth oxide Bi 2 O 3 and tungsten carbide WC is used as a filler (additive).

В части способа – отличается тем, что способ получения радиационно-защитной штукатурной сухой смеси включает сухое смешение гипсового вяжущего с наполнителями. Проводится дозировка компонентов, загрузка компонентов в струйно-вихревую мельницу, смешение и диспергирование крупных частиц в струйно-вихревой мельнице в течение двух пусков, выгрузка сухой смеси и расфасовка в защищенные бумажные мешки. При приготовлении и использовании производится затворение водой сухой радиационно-защитной штукатурной смеси при 0,21-0,29 В/Т, при непрерывном перемешивании до получения требуемой жёсткости и однородной массы в течение 1-2 минут.In terms of the method, it differs in that the method for producing radiation-protective plaster dry mix includes dry mixing of gypsum binder with fillers. The components are dosed, loaded into a jet-vortex mill, mixed and dispersed by large particles in the jet-vortex mill during two starts, unloaded, and packaged in protected paper bags. During preparation and use, the dry mix is mixed with water. radiation protective plaster mixtures at 0.21-0.29 W/T, with continuous stirring until the required rigidity and homogeneous mass are obtained within 1-2 minutes.

Таким образом, заявляемые технические решения соответствуют критерию изобретения «новизна».Thus, the claimed technical solutions meet the invention criterion of “novelty”.

Сравнение заявляемых решений не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области не подтвердило наличие в последних признаков, совпадающих с их отличительными признаками, или признаков, влияющих на достижение указанного технического результата. Это позволило сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».Comparison of the claimed solutions not only with the prototype, but also with other known technical solutions in this area did not confirm the presence in the latter of features that coincide with their distinctive features, or features that affect the achievement of the specified technical result. This allowed us to conclude that the invention complies with the criterion of "inventive step".

Характеристики используемых компонентовCharacteristics of the components used

В качестве строительного гипса использован гипс Г-5 (например, ООО «Унистром-Трейдинг», Московская обл, г. Жуковский). Характеристики гипса: Rсж = 5,0 МПа; сроки схватывания 8-13 мин.; Rизг = 2,5 МПа. Gypsum G-5 was used as construction gypsum (for example, OOO Unistrom-Trading, Moscow Region, Zhukovsky). Gypsum characteristics: R compress = 5.0 MPa; setting time 8-13 min.; R ig = 2.5 MPa.

Оксид висмута (α-Bi2O3) по ГОСТ 10216-75 (например, ООО ОРТ «Химреактивы», г. Екатеринбург, Россия). Оксид висмута представляет собой порошок лимонно-желтого цвета (длинные игольчатые кристаллы), не растворим в воде, растворим в кислотах. Плотность α-Bi2O3 – 8900 кг/м3. Размер частиц от 0,09 мкм до 43,27 мкм, модальный диаметр частиц - 12,12 мкм.Bismuth oxide (α-Bi 2 O 3 ) according to GOST 10216-75 (for example, OOO ORT "Khimreaktivy", Yekaterinburg, Russia). Bismuth oxide is a lemon-yellow powder (long needle-shaped crystals), insoluble in water, soluble in acids. The density of α-Bi 2 O 3 is 8900 kg/m 3 . Particle size from 0.09 μm to 43.27 μm, modal particle diameter is 12.12 μm.

Карбид вольфрама (WC) представляет собой нанопорошок черного цвета (землистая мелкокристаллическая масса). Плотность WC – 15630 кг/м3. Ситнезирован методом получения нанопорошков тугоплавких металлов и их карбидов по уникальной технологии из лома твердосплавных изделий производства [Pat. ЕР 3138932 А1 Method and device for obtaining a powder from particles of tungsten or tungsten compounds with a size in the nano-, micron or submicron range; Publication EP 3138932 A1 20170308 (DE); Application; EP 15002564 A 20150901; Priority EP 15002564 A 20150901]. Размер частиц от 0,08 мкм до 25,9 мкм, модальный диаметр частиц 0,09 мкм.Tungsten carbide (WC) is a black nanopowder (earthy fine-crystalline mass). The density of WC is 15630 kg/ m3 . It is sintered by producing nanopowders of refractory metals and their carbides using a unique technology from scrap of hard-alloy products manufactured by [Pat. EP 3138932 A1 Method and device for obtaining a powder from particles of tungsten or tungsten compounds with a size in the nano-, micron or submicron range; Publication EP 3138932 A1 20170308 (DE); Application; EP 15002564 A 20150901; Priority EP 15002564 A 20150901]. Particle size from 0.08 μm to 25.9 μm, modal particle diameter is 0.09 μm.

Экспериментальным путем было определено оптимальное соотношение компонентов, выраженное в их процентном содержании. Для изучения свойств сухой смеси было создано 5 составов. Количественное содержание компонентов предлагаемой сухой смеси и прототипа приведено в табл. 1.The optimal ratio of components, expressed in their percentage content, was determined experimentally. Five compositions were created to study the properties of the dry mixture. The quantitative content of the components of the proposed dry mixture and the prototype is given in Table 1.

Таблица 1Table 1

Составы сухой смеси радиационно-защитной штукатурки
Исследуемые
составы
Compositions of dry mix radiation-protective plaster
Researched
compositions
Содержание компонента, мас. %Component content, wt. % В/ТH/T
СГ(бета-полугидрат)SG(beta hemihydrate) Оксид висмута Bi2O3 Bismuth oxide Bi 2 O 3 Карбид вольфрама (WC)Tungsten carbide (WC) ШунгитShungite 11 3535 5050 1515 - 0.290.29 22 3030 52.552.5 17.517.5 - 0.270.27 33 2525 5555 2020 - 0.250.25 44 2020 57.557.5 22.522.5 - 0.230.23 55 1515 6060 2525 - 0.210.21 ПрототипPrototype 50-90 (или 70 для ангидрита)50-90 (or 70 for anhydrite) - - 10-5010-50 0.500.50

В/Т для СГ – 0.55, для наполнителей− 0.15H/T for SG – 0.55, for fillers – 0.15

В качестве вяжущего использовали строительный гипс, что обусловлено областью применения сухой смеси, химической нейтральность (экологичностью), удобством использования и пластичностью. В качестве наполнителей (добавок) использовали оксид висмута и карбид вольфрама, которые из-за высокой плотности и больших атомных номеров хорошо защищают от гамма- излучения, кроме того такой выбор обусловлен тем, что оксид висмута хорошо взаимодействует с СГ из-за кислой среды СaSO4, в следствии чего меняется структура СГ, вместо пучков тонких удлиненных кристаллов хаотично расположенных в пространстве с большим количеством пустот образуются удлиненные призматические кристаллы гипса частично сросшиеся с частицами оксида висмута, а карбид вольфрама в виде землистой мелкокристаллической массы эффективно заполняет пустоты и поры между кристаллами, это увеличивает физико-механические и радиационно-защитные характеристики по отношению к гамма-излучению. Использование данных наполнителей позволяет понизить В/Т, до 0,21-0,29, что способствует увеличению прочностных характеристик за счет уменьшения количества пустот.Construction gypsum was used as a binder, which is due to the scope of application of the dry mix, chemical neutrality (environmental friendliness), ease of use and plasticity. Bismuth oxide and tungsten carbide were used as fillers (additives), which, due to their high density and large atomic numbers, provide good protection against gamma radiation, in addition, this choice is due to the fact that bismuth oxide interacts well with CG due to the acidic environment of CaSO 4 , as a result of which the structure of CG changes, instead of bundles of thin elongated crystals randomly located in space with a large number of voids, elongated prismatic crystals of gypsum are formed partially fused with bismuth oxide particles, and tungsten carbide in the form of an earthy fine-crystalline mass effectively fills the voids and pores between the crystals, this increases the physical, mechanical and radiation-protective characteristics in relation to gamma radiation. The use of these fillers allows to reduce the W/T ratio to 0.21-0.29, which helps to increase the strength characteristics by reducing the number of voids.

Для смешения компонентов сухой смеси СГ, оксида висмута и карбида вольфрама использовали струйно-вихревую мельницу ВСМ-01 в течение двух пусков. To mix the components of the dry mixture of SG, bismuth oxide and tungsten carbide, a VSM-01 jet-vortex mill was used in two runs.

В загрузочный отдел загружали СГ 15-35 мас.%, оксид висмута Bi2O3 50-60 мас.%, карбид вольфрама WC 15-25 мас.%. Использование струйно-вихревой мельницы ВСМ-01 для смешения обусловлено тем, что компоненты смешиваются в потоке воздуха за счёт чего происходит равномерное и полное смешение, при других способах смешения более тяжелые мелкие частицы смешиваются вниз нарушая равномерность распределения компонентов, кроме того при данном способе в качестве мелющих тел выступают сами компоненты и отсутствует взаимодействие со стенками мельницы, это важно при использовании абразивных частиц таких, как карбид вольфрама, в следствии чего достигается высокая чистота полученного состава (отсутствие инородных примесей, которые образовываются при использовании отдельных мелющих тел в других видах мельниц или при взаимодействии с материалом поверхности приспособлений для механического размешивания), что способствует повышению прочностных характеристик. Также данный способ смешения позволяет значительно увеличить удельную поверхность частиц компонентов, что повышает вероятность химической реакции между СГ и оксидом висмута, кроме того, повышает адгезию, что будет способствовать повышению прочностных характеристик и радиационно-защитных свойств по отношению к гамма-излучению. Смешение в течение двух пусков позволяет разбить агломераты частиц карбида вольфрама. Смешение в один пуск не разбивает все агломераты частиц карбида вольфрама в следствии чего компоненты сухой смеси распределены неравномерно во всём объёме. Третий пуск создает излишние истирание и помол компонентов, что отрицательно сказывается на прочностные характеристики. The loading section was loaded with 15-35 wt.% SG, 50-60 wt.% bismuth oxide Bi 2 O 3, 15-25 wt.% tungsten carbide WC. The use of the VSM-01 jet-vortex mill for mixing is due to the fact that the components are mixed in an air stream, due to which uniform and complete mixing occurs, with other mixing methods, heavier small particles are mixed downwards, disrupting the uniformity of the distribution of components, in addition, with this method, the components themselves act as grinding media and there is no interaction with the mill walls, this is important when using abrasive particles such as tungsten carbide, as a result of which high purity of the resulting composition is achieved (absence of foreign impurities that are formed when using individual grinding media in other types of mills or when interacting with the surface material of devices for mechanical mixing), which helps to increase the strength characteristics. This method of mixing also allows to significantly increase the specific surface area of the component particles, which increases the probability of a chemical reaction between SG and bismuth oxide, in addition, it increases adhesion, which will contribute to an increase in strength characteristics and radiation-protective properties in relation to gamma radiation. Mixing during two starts allows to break up the agglomerates of tungsten carbide particles. Mixing in one start does not break up all the agglomerates of tungsten carbide particles, as a result of which the components of the dry mixture are distributed unevenly throughout the volume. The third start creates excessive abrasion and grinding of the components, which negatively affects the strength characteristics.

После смешения производили выгрузку сухой смеси c последующей расфасовкой в защищенные бумажные мешки. After mixing, the dry mixture was unloaded and then packaged into protected paper bags.

Для использования радиационно-защитной штукатурной сухой смеси проводили затворение - добавлением сухой смеси в емкость с водой при непрерывном перемешивании до получения требуемой жёсткости и однородной массы в течение 1-2 минут. Количество воды для гидратации составляет 0,21-0,29 В/Т. При снижении В/T не происходило полной гидратации сухой смеси, а при увеличении В/T количество пустот увеличивалось, что значительно снижает прочностные характеристики. После чего получали готовую к применению массу.To use the radiation-protective plaster dry mix, mixing was carried out by adding the dry mix to a container with water with continuous stirring until the required rigidity and homogeneous mass were obtained for 1-2 minutes. The amount of water for hydration is 0.21-0.29 W/T. With a decrease in W/T, complete hydration of the dry mix did not occur, and with an increase in W/T, the number of voids increased, which significantly reduced the strength characteristics. After that, a mass ready for use was obtained.

Рассмотрим исполнения способа получения сухой смеси на примере состава 3 (табл. 1).Let us consider the implementation of the method for obtaining a dry mixture using composition 3 as an example (Table 1).

В загрузочный отдел загружали 250 г строительного гипса, 550 г оксида висмута и 200 г карбида вольфрама. Производили пуск струйно-вихревой мельницы ВСМ-01, после чего выгружали сухую смесь. Полученную смесь повторно загружали в загрузочный отдел, производили пуск струйно-вихревой мельницы ВСМ-01 и выгружали сухую смесь. Далее в емкость с 250 г воды при непрерывном перемешивании добавляли сухую смесь в течение двух минут. Полученную массу выгружали в форму образцов для испытаний и уплотняли.250 g of construction gypsum, 550 g of bismuth oxide and 200 g of tungsten carbide were loaded into the loading section. The VSM-01 jet-vortex mill was started, after which the dry mixture was unloaded. The resulting mixture was reloaded into the loading section, the VSM-01 jet-vortex mill was started and the dry mixture was unloaded. Then the dry mixture was added to the container with 250 g of water with continuous stirring for two minutes. The resulting mass was unloaded into the mold of test samples and compacted.

Для приготовления состава прототипа брали 1000 г дигидрата сульфата кальция, дробили с получением фракции 0-8 мм с дальнейшим прокаливанием при температуре в слое продукта - 170°С с получением 843 г бета-полугидрата гипса, который смешивали с 168,6 г (20 мас.%) шунгита дисперсностью 1-200 мкм. Смесь гомогенизировали и затворяли 506 г воды для получения изделия. To prepare the prototype composition, 1000 g of calcium sulfate dihydrate were taken, crushed to obtain a fraction of 0-8 mm with further calcination at a temperature in the product layer of - 170 ° C to obtain 843 g of beta-hemihydrate gypsum, which was mixed with 168.6 g (20 wt.%) of shungite with a dispersion of 1-200 μm. The mixture was homogenized and mixed with 506 g of water to obtain the product.

Приготовления состава прототипа с водорастворимым ангидритом брали 1000 г дигидрата сульфата кальция, дробили с получением фракции 0-10 мм с дальнейшим прокаливанием при температуре в слое продукта 335°С. На выходе получали 791 г водорастворимого ангидрита сульфата кальция, после чего его смешивали с 237,3 г (30 мас.%) шунгита дисперсностью 1,0 мм. Смесь размалывали в мельнице в течение 60 мин до получения шунгита в нем с дисперсностью 1-200 мкм и затворяли 475 г воды для получения изделия.To prepare the prototype composition with water-soluble anhydrite, 1000 g of calcium sulfate dihydrate were taken, crushed to obtain a fraction of 0-10 mm with subsequent calcination at a temperature in the product layer of 335 ° C. At the output, 791 g of water-soluble calcium sulfate anhydrite was obtained, after which it was mixed with 237.3 g (30 wt.%) of shungite with a dispersion of 1.0 mm. The mixture was ground in a mill for 60 minutes to obtain shungite in it with a dispersion of 1-200 μm and mixed with 475 g of water to obtain the product.

Исследование прочности на сжатие Rсж производили в соответствии с ГОСТ Р 58276-2018 «Смеси сухие строительные на гипсовом вяжущем. Методы испытаний». The study of compressive strength R сж was carried out in accordance with GOST R 58276-2018 "Dry building mixtures on gypsum binder. Test methods".

Определение радиационно-защитных характеристик по отношению к гамма–излучению проводили с использованием дозиметра-радиометра ДКС-96 с блоком детектирования БДКС-96б. Вначале измеряли фон, который сохраняется в памяти устройства, далее в свинцовую ёмкость опускали источники гамма-излучения, проводили измерение экспозиционной дозы без использования защитного экрана, после чего емкость герметично закрывали образцом исследуемого материала из сухой смеси толщиной 10 мм при помощи специального паза, создавая защитный экран, и далее проводили измерение экспозиционной дозы. В качестве источников использовали: Е(207Bi)=0.570 МэВ, Е(137Cs)=0.662 МэВ, Е(60Co)=1.252 МэВ. Каждый источник выполнен в геометрии ОСГИ 4 и представляет собой диск ∅25 мм, в центре которого находится активное пятно ∅2,5 мм радионуклида, герметизированного полимерным материалом с общей толщиной 3 мм. Произведены источники в АО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина», г. Санкт-Петербург.Determination of radiation protection characteristics with respect to gamma radiation was carried out using a dosimeter-radiometer DKS-96 with a detection unit BDKS-96b. First, the background was measured, which is stored in the device's memory, then gamma radiation sources were lowered into a lead container, the exposure dose was measured without using a protective screen, after which the container was hermetically sealed with a sample of the test material made of a dry mixture 10 mm thick using a special groove, creating a protective screen, and then the exposure dose was measured. The following sources were used: E( 207 Bi) = 0.570 MeV, E( 137 Cs) = 0.662 MeV, E( 60 Co) = 1.252 MeV. Each source is made in the OSGI 4 geometry and is a ∅25 mm disk, in the center of which there is an active spot of ∅2.5 mm of radionuclide, sealed with a polymer material with a total thickness of 3 mm. The sources are manufactured at JSC "V.G. Khlopin Radium Institute", St. Petersburg.

Линейный коэффициент ослабления , см–1 рассчитывали, используя формулу (1)Linear attenuation coefficient , cm –1 was calculated using formula (1)

где I0 – мощность экспозиционной дозы в отсутствии защиты, мкЗв/ч; where I 0 is the exposure dose rate in the absence of protection, µSv/h;

I – мощность экспозиционной дозы при наличии защиты, мкЗв/ч; I – exposure dose rate in the presence of protection, µSv/h;

d – толщина материала, м.d – material thickness, m.

Результаты исследования полученной смеси на прочность на сжатие и радиационно-защитные характеристики по отношению к гамма-излучению представлены в таблице 2. The results of the study of the obtained mixture for compressive strength and radiation-protective characteristics in relation to gamma radiation are presented in Table 2.

Таблица 2Table 2

Физико-механические и радиационно-защитные свойства по отношению к гамма-излучению композита на основе сухой смесиPhysical, mechanical and radiation-protective properties of a composite based on a dry mixture in relation to gamma radiation

СоставCompound Линейный коэффициент ослабления, см-1 Linear attenuation coefficient, cm -1 Rсж, МПаR compression, MPa Е(207Bi) =0.570 МэВE( 207Bi ) =0.570 MeV Е(137Cs) =0.662 МэВE( 137 Cs) = 0.662 MeV Е(60Co) =1.252 МэВE( 60 Co) = 1.252 MeV 11 0.2980.298 0.2590.259 0.1760.176 18.118.1 22 0.3090.309 0.2660.266 0.1820.182 16.716.7 33 0.3220.322 0.2740.274 0.1890.189 15.215.2 44 0.3340.334 0.2830.283 0.1960.196 13.513.5 55 0.3460.346 0.2910.291 0.2030.203 11.4 11.4 ПрототипPrototype 0.114-0.1420.114-0.142 0.102-0.1290.102-0.129 0.063-0.0860.063-0.086 8.6-4.98.6-4.9

В результате экспериментов было установлено, что для достижения поставленного технического результата, в составе предлагаемой радиационно-защитной штукатурной сухой смеси должны присутствовать компоненты в следующем соотношении: СГ – 20-30 мас. %; оксид висмута Bi2O3 – 52,5-57,5 мас. %; карбид вольфрама WC – 17,5-22,5 мас. % (составы № 2,3,4). При 20 % мас. и меньше (состав 5) СГ в составе радиационно-защитной штукатурной сухой смеси значительно ухудшались её физико-механические свойства, оцениваемые по прочности на сжатие (табл. 2), так как при малом содержании СГ не происходит скрепление наполнителей в единый материал, а при большем 30 мас. % значительно ухудшаются её радиационно-защитные характеристики по отношению к гамма-излучению. Уменьшение содержания оксида висмута в составе радиационно-защитной штукатурной сухой смеси менее 52,5 мас. %, значительно уменьшает линейный коэффициент ослабления гамма-излучения и структура СГ меняется не полностью, а при увеличении более чем 57,5 мас. % дестабилизировалась структура радиационно-защитной штукатурной сухой смеси, что приводило к ухудшению физико-механических свойств. Содержание карбида вольфрама в составе полимерного композита в диапазоне 17,5-22,5 мас. % придают радиационно-защитной штукатурной сухой смеси улучшенные поверхностные свойства и достаточное заполнение пор землистой мелкокристаллической массой, при меньшем количестве добавки (состав 5) заполнение пор готовой радиационно-защитной штукатурной сухой смеси не полное, а при её увеличении (состав 1) происходит излишняя наполняемость, что приводит к разрушению структуры материала и снижению прочности на сжатие. As a result of the experiments, it was established that in order to achieve the set technical result, the proposed radiation-protective plaster dry mix should contain components in the following ratio: CG - 20-30 wt. %; bismuth oxide Bi 2 O 3 - 52.5-57.5 wt. %; tungsten carbide WC - 17.5-22.5 wt. % (compositions No. 2, 3, 4). At 20 wt. % and less (composition 5) CG in the composition of the radiation-protective plaster dry mix significantly worsened its physical and mechanical properties, assessed by compressive strength (Table 2), since at a low CG content the fillers are not bonded into a single material, and at more than 30 wt. % its radiation-protective characteristics with respect to gamma radiation significantly worsen. Reducing the bismuth oxide content in the radiation-protective plaster dry mix to less than 52.5 wt. % significantly reduces the linear gamma-ray attenuation coefficient and the SG structure does not change completely, and with an increase of more than 57.5 wt. %, the structure of the radiation-protective plaster dry mix was destabilized, which led to deterioration of the physical and mechanical properties. The tungsten carbide content in the polymer composite in the range of 17.5-22.5 wt. % imparts improved surface properties to the radiation-protective plaster dry mix and sufficient filling of the pores with an earthy fine-crystalline mass; with a smaller amount of the additive (composition 5), the pores of the finished radiation-protective plaster dry mix are not completely filled, and with its increase (composition 1), excessive filling occurs, which leads to the destruction of the material structure and a decrease in compressive strength.

Полученные данные показывают, что заявляемая радиационно-защитная штукатурная сухая смесь обладает более высокими прочностными показателями и радиационно-защитными характеристиками по отношению к гамма-излучению, представленными прочностью на сжатие и линейным коэффициентом ослабления гамма-излучения.The obtained data show that the claimed radiation-protective plaster dry mix has higher strength indicators and radiation-protective characteristics in relation to gamma radiation, represented by compressive strength and linear coefficient of gamma radiation attenuation.

Таким образом, предложенное решение позволяет осуществить защиту от гамма-излучения с высокими физико-механическими характеристики (прочность на сжатие) за счет предлагаемого состава и способа: использования в качестве наполнителей качестве оксида висмута Bi2O3 и карбида вольфрама WC, которые из-за высокой плотности и больших атомных номеров хорошо защищают от гамма-излучения, кроме того в присутствии оксида висмута структура СГ меняется, вместо пучков тонких удлиненных кристаллов хаотично расположенных в пространстве с большим количеством пустот образуются удлиненные призматические кристаллы гипса частично сросшиеся с частицами оксида висмута, а карбид вольфрама в виде землистой мелкокристаллической массы эффективно заполняет пустоты и поры между кристаллами; использование струйно-вихревой мельницы ВСМ-01 в два пуска для смешения и диспергирования компонентов сухой смеси в потоке воздуха производит равномерное и полное смешение, при данном способе в качестве мелющих тел выступают сами компоненты и отсутствует взаимодействие со стенками мельницы, тем самым достигается высокая чистота полученного состава, также данный способ смешения позволяет значительно увеличить удельную поверхность частиц компонентов, что повышает вероятность химической реакции между СГ и оксидом висмута, кроме того, повышает адгезию; для затворения соблюдение В/T 0,21-0,29, увеличивает прочностные характеристики за счет уменьшения количества пустот.Thus, the proposed solution allows for protection against gamma radiation with high physical and mechanical characteristics (compressive strength) due to the proposed composition and method: using bismuth oxide Bi 2 O 3 and tungsten carbide WC as fillers, which, due to their high density and large atomic numbers, provide good protection against gamma radiation; in addition, in the presence of bismuth oxide, the structure of the gypsum plaster changes: instead of bundles of thin elongated crystals randomly located in space with a large number of voids, elongated prismatic gypsum crystals are formed, partially fused with bismuth oxide particles, and tungsten carbide in the form of an earthy fine-crystalline mass effectively fills the voids and pores between the crystals; the use of a VSM-01 jet-vortex mill in two starts for mixing and dispersing the components of a dry mixture in an air flow produces uniform and complete mixing, with this method the components themselves act as grinding bodies and there is no interaction with the walls of the mill, thereby achieving high purity of the resulting composition, this mixing method also allows to significantly increase the specific surface area of the component particles, which increases the likelihood of a chemical reaction between SG and bismuth oxide, in addition, it increases adhesion; for mixing, compliance with B/T 0.21-0.29 increases strength characteristics by reducing the number of voids.

Преимущества предлагаемой радиационно-защитной штукатурной сухой смеси заключаются в следующем:The advantages of the proposed radiation-protective plaster dry mix are as follows:

- сухая смесь обладает повышенными радиационно-защитными характеристиками, в отличие от прототипа, а именно: линейный коэффициент ослабления гамма-излучения (для Е(207Bi) =0,570 МэВ) 0,298-0,346 см-1; (для Е(137Cs) =0,662 МэВ) 0,259-0,291 см-1; (Е(60Co) =1,252 МэВ) 0,176-0,203 см-1, что от двух до трёх раз выше, чем у прототипа.- the dry mixture has improved radiation-protective characteristics, in contrast to the prototype, namely: linear gamma radiation attenuation coefficient (for E( 207Bi ) =0.570 MeV) 0.298-0.346 cm -1 ; (for E( 137Cs ) =0.662 MeV) 0.259-0.291 cm -1 ; (E( 60Co ) =1.252 MeV) 0.176-0.203 cm -1 , which is two to three times higher than that of the prototype.

- сухая смесь имеет более высокие физико-механические характеристики по Rсж, чем у прототипа: 11,4-18,1 МПа для сухой смеси и 4,9 -8,6 МПа для прототипа, в максимальных и минимальных показателях прототип меньше в два раза.- the dry mixture has higher physical and mechanical characteristics in terms of Rc than the prototype: 11.4-18.1 MPa for the dry mixture and 4.9-8.6 MPa for the prototype; in maximum and minimum values, the prototype is two times smaller.

- изготовление сухой смеси не требует использования прокаливания для получения вяжущего, в том числе водорастворимого ангидрита, что значительно упрощает технологию изготовления по сравнению с прототипом, а использование для смешения компонентов струйно-вихревой мельницы ВСМ-01 обеспечивает равномерное и полное смешение, высокую чистоту полученного состава, повышает вероятность химической реакции между СГ и оксидом висмута, повышает адгезию, кроме того снижение В/Т с 0,5 (у прототипа) до 0,21-0,29 В/Т у сухой смеси повышает прочность на сжатие за счет уменьшения количества пустот.- the production of a dry mix does not require the use of calcination to obtain a binder, including water-soluble anhydrite, which significantly simplifies the production technology compared to the prototype, and the use of a VSM-01 jet-vortex mill for mixing the components ensures uniform and complete mixing, high purity of the resulting composition, increases the likelihood of a chemical reaction between SG and bismuth oxide, increases adhesion, in addition, a decrease in W/T from 0.5 (in the prototype) to 0.21-0.29 W/T in a dry mix increases compressive strength by reducing the number of voids.

Таким образом, использование предложенного состава радиационно-защитной штукатурной сухой смеси и предлагаемый способ её получения и использования, позволяет получить высокие радиационно-защитные характеристики по отношению к гамма-излучению при высоких физико-механических характеристиках.Thus, the use of the proposed composition of the radiation-protective plaster dry mix and the proposed method of its production and use allows obtaining high radiation-protective characteristics in relation to gamma radiation with high physical and mechanical characteristics.

Claims (6)

1. Состав радиационно-защитной штукатурной сухой смеси, включающий, строительный гипс и наполнители, отличающийся тем, что в качестве наполнителей используется смесь оксида висмута Bi2O3 и карбида вольфрама WC при следующем соотношении компонентов, мас.%: 1. The composition of the radiation-protective plaster dry mix, including, building gypsum and fillers, characterized in that a mixture of bismuth oxide Bi 2 O 3 and tungsten carbide WC is used as fillers in the following ratio of components, wt.%: строительный гипс – 15-35; building gypsum – 15-35; оксид висмута Bi2O3 – 50-60; bismuth oxide Bi 2 O 3 – 50-60; карбид вольфрама WC – 15-25.tungsten carbide WC – 15-25. 2. Способ получения радиационно-защитной штукатурной сухой смеси по п. 1, включающий сухое смешение строительного гипса с наполнителями, отличающийся тем, что проводится дозировка компонентов, загрузка компонентов в струйно-вихревую мельницу, смешение и диспергирование крупных частиц в струйно-вихревой мельнице в течение двух пусков, выгрузка сухой смеси и расфасовка в защищенные бумажные мешки.2. A method for producing a radiation-protective dry plaster mix according to paragraph 1, including dry mixing of building gypsum with fillers, characterized in that the components are dosed, the components are loaded into a jet-vortex mill, large particles are mixed and dispersed in the jet-vortex mill during two starts, the dry mix is unloaded and packaged into protected paper bags. 3. Способ использования радиационно-защитной штукатурной сухой смеси по п. 1, включающий затворение водой сухой смеси при водотвердом соотношении 0,21-0,29, при непрерывном перемешивании до получения требуемой жёсткости и однородной массы в течение 1-2 минут. 3. A method for using a radiation-protective plaster dry mix according to item 1, which includes mixing the dry mix with water at a water-solid ratio of 0.21-0.29, with continuous stirring until the required rigidity and homogeneous mass are obtained within 1-2 minutes.
RU2024116177A 2024-06-13 Composition of radiation-protective plaster dry mixture, method of its production and use RU2830677C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2830677C1 true RU2830677C1 (en) 2024-11-25

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2172989C2 (en) * 1997-05-12 2001-08-27 Павленко Вячеслав Иванович Dry mix for producing inorganic radiation- shielding composite material
US6355099B1 (en) * 2000-02-11 2002-03-12 United States Gypsum Company Plaster mixture for forming a machinable composition
RU2232733C2 (en) * 2002-05-14 2004-07-20 Общество с ограниченной ответственностью НПО "Синь России" Composite material and a method for preparation thereof
RU2285304C2 (en) * 2004-11-24 2006-10-10 Владимир Ильич Харитонов Building material possessing radiation-shielding properties and its manufacturing process
CN102664050A (en) * 2012-05-28 2012-09-12 丁俊 Radiation protection material
US9499975B2 (en) * 2012-12-20 2016-11-22 Georgia-Pacific Gypsum Llc Building materials, compositions, and methods
RU2652196C2 (en) * 2016-05-17 2018-04-25 Общество с ограниченной ответственностью "Композиционные гипсовые вяжущие" ООО "КГВ" Plaster gypsum dry construction mixture

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2172989C2 (en) * 1997-05-12 2001-08-27 Павленко Вячеслав Иванович Dry mix for producing inorganic radiation- shielding composite material
US6355099B1 (en) * 2000-02-11 2002-03-12 United States Gypsum Company Plaster mixture for forming a machinable composition
RU2232733C2 (en) * 2002-05-14 2004-07-20 Общество с ограниченной ответственностью НПО "Синь России" Composite material and a method for preparation thereof
RU2285304C2 (en) * 2004-11-24 2006-10-10 Владимир Ильич Харитонов Building material possessing radiation-shielding properties and its manufacturing process
CN102664050A (en) * 2012-05-28 2012-09-12 丁俊 Radiation protection material
US9499975B2 (en) * 2012-12-20 2016-11-22 Georgia-Pacific Gypsum Llc Building materials, compositions, and methods
RU2652196C2 (en) * 2016-05-17 2018-04-25 Общество с ограниченной ответственностью "Композиционные гипсовые вяжущие" ООО "КГВ" Plaster gypsum dry construction mixture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11148972B2 (en) Macro-cement compositions, method of producing macro-cement and engineered forms of macro-cement, and multi-stage homogenization process for preparing cement based materials
Florez et al. The material characterization and gamma attenuation properties of Portland cement-Fe3O4 composites for potential dry cask applications
EP3293161A1 (en) Shielding material for shielding radioactive ray and preparation method thereof
PL179097B1 (en) and a device for the production of this blend PL PL PL PL PL PL
JP2021506708A (en) Controlling cure time of geopolymer compositions containing highly CA-reactive aluminosilicate materials
Chartier et al. Influence of formulation parameters of cement based materials towards gas production under gamma irradiation
Ouda A preliminary investigation on gamma-rayattenuation of alkali-activated concrete waste based-geopolymer modified with pozzocrete-fly ash
El-Samrah et al. Investigation of specially designed bentonite samples as potential bricks with better radiation shielding properties
Al Fahim et al. Application of cellulose nanocrystals in 3D printed alkali-activated cementitious composites
RU2830677C1 (en) Composition of radiation-protective plaster dry mixture, method of its production and use
US2987406A (en) High density fly ash fraction
Shangguan et al. Hydration and microstructure evolution of cement paste in low vacuum environments
Al-Saudi et al. Production of lightweight geopolymer concrete with foam glass aggregate derived from cathode-ray glass waste
US3207705A (en) Radiation shielding composition comprising carbon and lead dispersed in cement
Sato et al. Contribution to the rheological study of cementitious pastes with addition of residues from the processing of ornamental rocks
JPH0249264B2 (en)
US3558526A (en) Cement matrix radiation shielding compositions containing calcium compounds
RU2232733C2 (en) Composite material and a method for preparation thereof
Geng et al. RETRACTED: Development of microstructure and chemical composition of hydration products of slag activated by ordinary Portland cement
US3645916A (en) Metallic mortars
Safer et al. Study of the behavior in the fresh and hardened state of an eco-concrete based on dredged sediments
KR102128409B1 (en) Inorganic mending composition for stone cultural heritage and mending method of stone cultural heritage using it
Grishina et al. New radiation-protective binder for special-purpose composites
Al-Buriahi et al. Effects of Bi2O3 and Y2O3 addition on metakaolin-based geopolymers: physical-microstructure properties and shielding performance against ionizing radiation
Ahmad et al. Improvement of concrete shielding to nuclear radiations using barite mineral as fine aggregate