ПОЛИМЕРБЕТОНЫ

Радиационная стойкость полимербетонов

Способность материалов после радиационного облу­чения до определенного уровня (пороговой дозы) сохра­нять свои свойства называется радиационной стойкостью. Мерой радиационной стойкости является пороговая доза,

При которой происходит существенное изменение опре­деленных свойств материала.

Известно, что в цементных бетонах количество воды не превышает 20—25% по массе цемента, или 3—4% по массе бетона. В то же время у полимербетонов содер­жание полимерного связующего может составлять от 8 до 12% обшей массы полимербетона. Расчеты показы­вают, что вода и полимерное связующее примерно экви­валентны по эффекту дозового фактора накопления частиц проникающих излучений - Это дает основание пред­полагать высокую эффективность полимербетонов как защитных материалов.

Так, мелкозернистый полимербетон плотностью 3230 кг/м3 на основе полиэфирной смолы ПН-1 и бари­тового песка фракции 5 мм, превосходит цементный бе­тон по защитным свойствам от ^-излучения в 1,5 раза [86].

Расчеты показывают, что содержание числа ядер во­дорода в 1 см3 у полимербетона в 1,5 раза больше, чем цементного бетона — 0,67-1022 и 43-1022 соответственно.

Испытания на нейтронном генераторе НГ=15 м по­лимербетонов на полиэфирных смолах и цементного бе­тона класса В45 на гранитном щебне (20% по массе це­мента химически связанной воды) свидетельствовали, что для полимербетонов кратность ослабления дозы для нейтронов с различной энергией в среднем на 40% выше..

В то же время в результате воздействия ионизирую­щего излучения на атомном и молекулярном уровне про­исходят качественные изменения микроструктуры поли­мерного связующего. При этом эти воздействия могут приводить как к улучшению, так и ухудшению характе­ристики материала. Известно, что при определенных уровнях 7-облучения мономеров типа метилметакрилати радиоактивным Со60 происходит так называемая радиа­ционная полимеризация. При такой полимеризации сте­пень сшивки и соответственно прочностные характерис­тики полученного полимера значительно выше, чем при использовании термокаталитической полимеризации. Воздействие ионизирующего облучения на термопластич­ные полимеры при определенных дозах также приводит к увеличению их прочностных характеристик за счет дополнительной сшивки и появления в полимере попе­речных связей-

Высокое содержание водорода и в термореактивных полимерах предопределяет их повышенную радиацион­ную стойкость. Однако при больших дозах облучения и у этих материалов происходят существенные структур­ные изменения.

В Гидропроекте и МИСИ были выполнены исследо­вания радиационной стойкости полимербетонов на осно­ве фурановых и эпоксидных смол [151]. Испытания про­водились на гамма-установках, ускорителях протонов и линейном ускорителе электронов. В гамма-установках источником излучений являлся радиоактивный Со60, мощ­ность дозы составляла от 1 до 555 рад/с, температура облучения 20—30°С поддерживалась специальной систе­мой охлаждения. Радиационные нагрузки на образцы при облучении определились с помощью дозиметрических систем полного поглощения излучения.

Радиационную стойкость оценивали по изменению упругопрочностных свойств образцов после их облуче­ния при различных дозах. В качестве образцов исполь­зовали призмы размером 40X40X160 мм, которые ис - пытывались на сжатие с определением призменной про­чности, модуля упругости и коэффициента Пуассона.

В результате исследований было установлено, что при облучении полимеррастворов ФАМ дозой до 5-Ю9 рад прочность не изменяется, а модуль упругости воз­растает примерно на 50%. У полимеррастворов на эпо­ксидной смоле при дозах облучения до 109 рад прочность снижается на 38%, а при 5-Ю9 на 70%, модуль упруго­сти при этом увеличивается в 2 раза-

Увеличение модуля упругости и повышение хрупко­сти у полимеррастворов ФАМ связано с дополнительной сшивкой полимера. Более высокое увеличение модуля упругости и снижение прочности у полимеррастворов на эпоксидном связующем объясняется более интенсивной сшивкой полимера и одновременным началом его де­струкции.

Характер изменения прочности и модуля упругости при облучении полимербетонов аналогичен, однако при этом прочностные и деформационные свойства более стабильны, так как увеличение степени наполнения круп­ными фракциями заполнителей способствует повыше­нию радиационной стойкости.

Результаты исследований позволили установить порог радиационных повреждений, которые для полимербето­нов на основе ФАМ находятся в пределах (2—3,5)108рад и для полимербетонов на основе ЭД-20—(1—2)108рад [151]. При использовании в составах полимербетонов тя­желых, в особенности барийсодержащих заполнителей и металлических включений их радиационная стойкость может быть существенно повышена.