| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2189366
СИРОВИННА СУМІШ ДЛЯ ПРИГОТУВАННЯ особливо міцних І ВАЖКОГО БЕТОНУ
Ім'я винахідника: Свиридов Н.В .; Бєлов А.К .; Гуськов В.Д .; Данченко О.І .; Коваленко М.Г .; Крюков В.Я .; Немтінов А.С .; Ходасевич К.Б.
Ім'я патентовласника: Федеральне державне унітарне підприємство "Конструкторське бюро спеціального машинобудування"; Відкрите акціонерне товариство "Ижорские заводи"
Адреса для листування: 194100, Санкт-Петербург, Федеральне державне унітарне підприємство "Конструкторське бюро спеціального машинобудування"
Дата початку дії патенту: 2000.05.05
Винахід відноситься до будівельних матеріалів, зокрема до сировинної суміші для приготування особливо міцного і важкого бетону. Технічний результат - підвищення щільності і міцності бетону, використовуваного при виготовленні металобетонних контейнерів (МБК) для транспортування та / або зберігання відпрацьованого ядерного палива і, як наслідок, забезпечення підвищення радіаційно-захисних властивостей МБК. Разом з цим винахід дозволяє розширити номенклатуру окалини, що вживається як заповнювач для бетону. Сировинна суміш для приготування особливо міцного і важкого бетону, що включає цемент марки не нижче М 500, велика і дрібна наповнювачі фракцій 10-20 мм, 5-10 мм, 1,25-5 мм, 0,16-1,25 мм з окалини , дріб чавунну або сталеву номера 1,8-3,6, воду, суперпластифікатор на основі Na-солей продукту конденсації нафталінсульфокіслоти з формальдегідом, і як сповільнювач схоплювання сировинної суміші - нітрілотріметіленфосфоновую кислоту. Витрата компонентів в кг на м 3 бетону наступний: цемент марки не нижче М 500 450-650, великий заповнювач з окалини фракції 10-20 мм 650-1000, фракції 5-10 мм 540-800, дрібний заповнювач з окалини фракції 1,25 -5 мм 400-650, фракції 0,16-1,25 мм 500-700, дріб чавунна або сталева 800-1500, вода 120-210, суперпластифікатор 3,0-9,0, сповільнювач схоплювання бетонної суміші 0,4- 0,9.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до будівельних матеріалів, зокрема до сировинної суміші для приготування особливо міцного і важкого бетону, переважно для контейнерів для тривалого зберігання і / або транспортування відпрацьованого ядерного палива (ВЯП) і радіоактивних відходів (РАВ), а й для конструкцій біологічного захисту реакторів.
Відомі контейнери для транспортування і зберігання ВЯП, спосіб виготовлення яких включає бетонування резервуару у вигляді склянки (патент ФРН 3331892, кл. G 21 F 5/02, 1986, патент НДР 235353, кл. G 21 F 5/00, 1986).
Відповідно до норм радіаційної безпеки та вимогами МАГАТЕ подібні контейнери повинні забезпечувати високі радіаційно-захисні та властивості міцності, в тому числі при аварійних ситуаціях, можливих в процесі транспортування і зберігання ВЯП. Наприклад, що пред'являються нормативними документами МАГАТЕ вимоги до контейнера включають забезпечення
радіаційної безпеки персоналу при транспортуванні і зберіганні контейнера;
герметичності при аварійному падінні з висоти 9 м на тверду підставу або на штир діаметром 150 мм з висоти 1 м;
стійкості до впливу ударної хвилі з тиском у фронті 30 кПа;
збереження при падінні на контейнер літака масою 20 т при швидкості літака 200 м / с;
стійкості до теплового впливу під час пожежі при 800 o С протягом 30 хв;
тривалої експлуатації при мінусовій температурі до мінус 50 o С.
При цьому, виходячи з техніко-економічних вимог щодо зниження витрат на організацію контейнерного зберігання ВЯП, виникає необхідність створення контейнерів щодо великого корисного об'єму (з максимальною місткістю ВЯП) за певних (зокрема транспортних) обмеження їх по зовнішньому габариту.
Перераховані вимоги визначили необхідність створення і застосування бетонів з максимально можливою щільністю при досить високій міцності і мінімальному значенні вартості.
Відомий важкий бетон для виготовлення контейнера для транспортування і зберігання ВЯП, що містить в 1 м 3 від 280 до 370 кг цементу, від 2800 до 3400 кг наповнювача; вміст води визначається відношенням вода-цемент в інтервалі 0,40-0,60. В якості наповнювача використовують від 650 до 800 кг бариту і від 2000 до 2400 кг гематиту. Важкий бетон має межу міцності на стиск від 40 від 60 МПа в 28 діб, щільність бетонної суміші 3800 кг / м 3, а бетону в сухому стані - до 3500 кг / м 3 (ЄПВ, 0264321, кл. З 04 В 20/00 , 1988).
Недоліками зазначеного важкого бетону є
- низька міцність бетону через недостатню міцність баритового заповнювач і високого водоцементного відносини бетонної суміші;
- низька вогнестійкість бетону через малого опору вогневим впливів зазначеного заповнювач;
- недостатня щільність і, відповідно, радіаційно-захисні властивості бетону стосовно конструкції контейнера, призначеного для зберігання високоактивного ВЯП.
і відома сировинна суміш для приготування важкого бетону класу В20 на окалині прокатного виробництва, призначена для захисних екранів від радіоактивних випромінювань (Будівництво атомних електростанцій / Под ред. В. Б. Дубровського, М .: Вища школа, 1987, с.122, табл. 5.7 ). Склад сировинної суміші наступний, кг на м 3 бетону:
Крупний заповнювач з окалини фракції 5-10 мм - 1 858
Дрібний заповнювач з окалини фракції 0-5 мм - 1380
Цемент активністю 48 МПа - 401
Вода - 248
Щільність сировинної (бетонною) суміші 
= 3887 кг / м 3, щільність бетону у віці 28 діб природного твердіння = 3820 кг / м 3, рухливість бетонної суміші - 14 см опади стандартного конуса, міцність в 28-добовому віці - 23,2 МПа.
До недоліків відомої сировинної суміші можна віднести низьку міцність бетону і наявність суттєвої усадки бетону в процесі твердіння. Крім того, висока водо-цементне відношення (В / Ц = 0,62) призводить до великої кількості води, що не бере участь в хімічних реакціях гідратації і, відповідно, до великого обсягу пір і зниження радіаційно-захисних властивостей бетону.
Найбільш близькою до запропонованого винаходу є сировинна суміш для приготування особливо міцного і важкого бетону класів В80 - В105 і марок за середньою густиною Д4000-Д4100 (патент РФ 2100304, кл. З 04 В 28/00, G 21 F 5/00, 1 / 4, 1997) Склад сировинної суміші наступний, кг / м 3 бетону:
Цемент марки не нижче М 500 - 610-650
Крупний заповнювач з окалини машинної вогневої зачистки:
фракції 10-20 мм - 800-1000
фракції 5-10 мм - 900-1200
Дрібний заповнювач із згаданої окалини:
фракції 1,25-5 мм - 400-500
фракції 0,63-1,25 мм - 400-500
фракції 0,16-0,63 мм - 500-650
Вода - 165-180
Суперпластифікатор на основі Na-солей продукту конденсації нафталінсульфокіслоти з формальдегідом в кількості 0,5-1% від маси витрати цементу.
Однак певною сировинної суміші використовується лише один вид важкий заповнювач - окалина машинної вогневої зачистки, що практично виключає можливість отримання бетону з класом міцності понад В 105 при щільності понад 4100 кг / м 3.
Запропоноване винахід направлено на створення особливо міцного (R сж = 600-1400 кг / см 2) і важкого (Д4200-4500) бетону класів В90 - В135 як захисного і конструкційного елемента металобетонного контейнера (МБК) для транспортування і тривалого зберігання ВЯП.
Зазначена задача вирішується завдяки тому, що сировинна суміш для приготування особливо міцного і важкого бетону, включаяющая цемент марки не нижче М 500, велика і дрібна наповнювачі фракцій 10-20 мм, 5-10 мм, 1,25-5 мм, 0,16 -1,25 мм з окалини, воду і суперпластифікатор на основі Na-солей продукту конденсації нафталінсульфокіслоти з формальдегідом, відповідно до винаходу додатково містить як заповнювач дріб чавунну або сталеву номера 1,8-3,6 при наступному витраті компонентів в кг на м бетону :
Цемент марки не нижче М 500 - 450-650
Крупний заповнювач з окалини:
фракції 10-20 мм - 650-1000
фракції 5-10 мм - 540-800
Дрібний заповнювач з окалини:
фракції 1,25-5 мм - 400-650
фракції 0,16-1,25 мм - 500-700
Дріб чавунна або сталева номера 1,8-3,6 - 800-1500
Вода - 120-210
Суперпластифікатор на основі Na-солей продукту конденсації нафталінсульфокіслоти з формальдегідом - 3,0-9,0
Разом з цим в іншому варіанті сировинна суміш додатково містить як сповільнювач схоплювання сировинної суміші нітрілотріметіленфосфоновую кислоту (НТФ) при витраті 0,4-0,9 кг на м 3 бетону.
Необхідну окалину вибирають на металургійному виробництві від різних технологічних процесів. Критерієм придатності є
дійсна густина окалини 5,0-5,6 г / см 3;
марка по подрібнюваністю великих фракцій не нижче "1000"
відсутність в масі окалини шкідливих домішок, що регламентуються ГОСТ 8267-93 "Щебінь і гравій із щільних гірських порід. Технічні умови" та ГОСТ 8736-93 "Пісок для будівельних робіт. Технічні умови".
Окалину до застосування в справу розсіюють на стандартні фракції 10-20; 5-10; 1,25-2,5; 0,16-1,25 мм, видаляють зерна крупніше 20 мм і сторонні включення.
Масу наповнювачів вибирають по необхідної середньої щільності бетону в діапазоні марок Д3300-Д4500, легкоукладальності бетонної суміші в залежності від геометричних розмірів заповнюється бетонною сумішшю обсягу. Витрата цементу і води призначають відповідно до вищезазначених вимог, а й по заданому класу бетону по міцності.
Пропоноване технічне рішення дозволяє
- підвищити середню щільність і міцність бетону на 15-20%, тобто досягти за міцністю класу В 135 (150 МПа) при щільності до 4500 кг / м 3, що забезпечує підвищення радіаційно-захисних властивостей МБК при одночасному підвищенні міцності МБК;
- розширити номенклатуру окалини, що вживається як заповнювач для бетону, що спрощує організацію поставки окалини.
Дослідження по підбору складів сировинної суміші проводилися методом багатофакторного експерименту з варіюванням співвідношення компонентів і їх характеристик, зазначених у формулі винаходу.
У таблиці 1 наведені приклади складів сировинної суміші на заповнювачах з окалини і сталевого дробу, портландцементе М 600, основні механічні та фізичні характеристики сировинної суміші і бетону (в таблиці С-3 - суперпластифікатор на основі Na-солей продукту конденсації нафталінсульфокіслоти з формальдегідом, ТУ 6 -36-0204229-625-90: В / Ц - водо-цементне відношення; OK - осідання конуса). У складах 1 ... 12 сповільнювач схоплювання сировинної суміші НТФ не використали, так як він не впливає на властивості бетону і необхідний лише в умовах виробництва при тривалому бетонуванні вироби (більше 2 годин).
У варіантах здійснення винаходу використовувалася окалина, яка утворювалася в процесі обробка сталевих заготовок на ВАТ "Іжорські заводи" (Санкт-Петербург). У таблиці 2 представлені характеристики окалини.
Міцність бетону визначалася випробуванням стандартних зразків (ГОСТ 10180-78 "Бетони. Методи визначення міцності по контрольних зразках"), легкоукладальність визначалася відповідно до вимог ГОСТ 10181.1-81 "Бетонні суміші. Методи визначення зручності укладання", середня щільність визначалася відповідно до вимог ГОСТ 12730.1-78 "Бетони. Методи визначення щільності".
Більш високі міцність і щільність бетону, ніж у відомому рішенні по п. РФ 2100304, отримані завдяки введенню до складу сировинної суміші сталевий або чавунної дробу і часткового заміщення нею дрібний заповнювач з окалини.
Ефективна роль дрібного заповнювача із сталевого або чавунного дробу стала можливою завдяки застосуванню розчинної частини вельми високою середньої щільності (цемент, вода, пластифікатор і дрібна окалина - 0,16-5 мм) в рідкому стані. У варіанті здійснення винаходу вона становить 2800-3200 кг / м 3.
Новим у винаході в порівнянні з прототипом є, зокрема, використання як дрібний заповнювач окалини розміром фракцій до 5 мм в поєднанні зі сталевою або чавунною дробом, що забезпечує можливість підвищення міцності і щільності відповідно до 150 МПа (клас В 135) і 4500 кг / м 3 замість 123,5 МПа (клас 110) і 4100 кг / м 3.
Висока середня щільність розчинної частини забезпечує однорідний розподіл дробу по висоті, наприклад, МБК і створює умови для широкого застосування дробу в радіаційно-захисному бетоні. У таблиці 3 наведені приклади укладання і ущільнення сировинної суміші в циліндричні зразки діаметром 250 і висотою 800 мм. Суміш ущільнювалася стандартним глибинними промисловим вібратором. Після ущільнення циліндричну форму розбирали і з нижньої, середньої і верхньої частин зразка відбирали проби сировинної суміші з розрахунку на 4 зразка розміром 100х100х100 мм. У дослідах використані склади сировинної суміші 1, 3, 5, 8, 11 (таблиця 1).
У таблиці 3 наведені середні значення за результатами випробувань 4-х зразків. Розмах значень в серії між мінімальною і максимальною величинами не перевищував 7%.
За 100% прийнята середня щільність бетону за все циліндричного зразка і середня міцність, визначена шляхом випробуванні 4-х зразків, приготованих з бетонної суміші перед укладанням її в циліндр.
Пропоноване технічне рішення промислово придатним. Всі компоненти сировинної суміші випускаються промисловістю, в тому числі вітчизняної. На використовувані матеріали є такі нормативні документи і технічні умови: ГОСТ 10178-85 "Портландцемент, шлакопортландцемент. Технічні умови", ГОСТ 24211-91 "Добавки для бетонів. Загальні технічні вимоги", ГОСТ 11964-81 "Дріб чавунна й сталева технічна. Загальні технічні умови ", ГОСТ 23732-79" Вода для бетонів і розчинів. Технічні умови. " Технологія приготування бетонної суміші базується на серійному вітчизняному обладнанні.
Технічна ефективність пропонованого бетону для виробів і конструкцій ядерної енергетики в порівнянні з прототипом полягає в тому, що забезпечується отримання бетонів із середньою щільністю до 4500 кг / м 3 включно, підвищення міцності на стиск на 15-20% і досягнення її величини до 150 МПа, спрощення технології підготовки наповнювачів з окалини і значне розширення кількості видів використовуваної окалини.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Сировинна суміш для приготування особливо міцного і важкого бетону, що включає цемент марки не нижче М 500, велика і дрібна наповнювачі фракцій 10-20 мм, 5-10 мм, 1,25-5 мм, 0,16-1,25 мм з окалини, воду і суперпластифікатор на основі Na-солей продукту конденсації нафталінсульфокіслоти з формальдегідом, що відрізняється тим, що вона додатково містить як заповнювач дріб чавунну або сталеву номера 1,8-3,6 при наступному витраті компонентів, кг на м 3 бетону:
Цемент марки не нижче М 500 - 450-650
Крупний заповнювач з окалини:
фракції 10-20 мм - 650-1000
фракції 5-10 мм - 540-800
Дрібний заповнювач з окалини:
фракції 1,25-5 мм - 400-650
фракції 0,16-1,25 мм - 500-700
Дріб чавунна або сталева номера 1,8-3,6 - 800-1500
Вода - 120-210
Суперпластифікатор на основі Na-солей продукту конденсації нафталінсульфокіслоти з формальдегідом - 3,0-9,0
2. Сировинна суміш по п. 1, яка відрізняється тим, що вона додатково містить як сповільнювач схоплювання сировинної суміші нітрілотріметіленфосфоновую кислоту при витраті 0,4-0,9 кг на м 3 бетону.
Версія для друку
Дата публікації 18.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.