Цементы для защиты от радиационных излучений
Для защиты от излучения рентгеновской аппаратуры применяют свинец в виде листов разной толщины, а также рентгенозащитный цементный бетон, который отличается от обычного тем, что заполнителем в нем является сернокислый барий (барит), обладающий высокой рентгенонепроницаемостью. В стационарных ядерных реакторах предусмотрены два вида защиты. Внутреннюю часть, близко расположенную к реактору и воспринимающую высокие потоки ядерных излучений изготовляют из свинца, графита, стали и других специальных материалов. Наружная часть ограждения служит для биологической защиты и сооружается обычно из бетона и железобетона. Бетон должен иметь повышенную среднюю плотность и высокое содержание химически связанной воды в цементном камне для защиты от гамма и нейтронного излучения. Кроме того, он должен обладать высокой относительной плотностью, чтобы защитное ограждение было однородным. Необходимым качеством является огнеупорность защитных бетонов в связи с тем, что при поглощении излучений выделяется много тепла, что повышает температуру в защитном бетоне до 973 К-
Химико-минералогический состав цемента для защитного бетона должен быть таким, чтобы при твердении формировались гидратные новообразования с возможно большим содержанием химически связанной воды. Имеется опыт применения для этой цели магнезиального вяжущего, называемого цементом Сореля, которое получают путем затворения порошка каустического магнезита раствором хлористого либо сернокислого магния. Это вяжущее твердеет только на воздухе, состав гйдратных новообразований в затвердевшем магнезиальном вяжущем еще точно не установлен.
Считали, что при твердении этого цемента образуется гидроксид магния, Mg(OH)2, выделяющийся из указанных солевых растворов. В настоящее время доказано, что в зависимости от концентрации MgCl2 могут образоваться MgCl2-6H20 и комплексная соль примерного состава 3MgO-MgCl2-11Н20. При использовании в качестве затворителя раствора сернокислого магния получается также многоводная комплексная соль примерного состава 4MgS04-3Mg(0H)2- 15Н20. Преимущество этого вяжущего в повышенном содержании химически связанной воды в цементном камне.
Среди известных гидратных цементных соединений интересен гидросульфоалюмипат кальция, состав которого, как известно, характеризуется особо высоким содержанием химически связанной воды, достигающим 45%. Он является компонентом расширяющихся и сульфатношла - ковых цементов, придающим им соответствующие защитные свойства. Целесообразно применение цементов на основе глиноземистого цемента, так как при гидратации важнейшего минерала — СА, образуется многоводное соединение С2АН8.
Наличие бария в составе портландцемента улучшает его защитные свойства, придавая цементному камню одновременно повышенную огнеупорность. Моноалюминат бария обладает высокими огнеупорными свойствами и является в то же время воздушным вяжущим веществом. Добавление сульфата кальция придает ему гид - равличность, что обусловливает рост прочности цемента при водном твердении.
Для биологической защиты применяют боросодер - жащие цементы и бетоны. Возможность введения в состав цемента соединений бора весьма ограничена, так как они отрицательно влияют на процессы твердения, существенно снижают прочность растворов и бетонов. Поэтому водонерастворимые соединения бора, в частности природную боросодержащую породу — датолито - вую руду, нужно вводить в бетон в качестве заполнителя. Бор можно вводить и в состав глины, обжигаемой на шамот для получения защитных жаростойких растворов и бетонов. За рубежом в качестве боросодержа - щих заполнителей применяют руды, содержащие коле - манит или борокальцит. Колеманит оказался выгоднее, так как сравнительно дешев и содержит повышенное количество кристаллизационной воды. Отрицательно влияют на сроки схватывания и твердение цемента часто встречающиеся в боросодержащих рудах растворимые натриевые соединения. Если в руде, использованной в качестве заполнителя в бетоне, содержится 5% оксида натрия, то цемент в нем практически не схватывается.
Добавка около 1% хлористого кальция восстанавливает гидравлические свойства цемента, твердеющего в бетоне с боросодержащим заполнителем. Для получения тяжелого защитного бетона с высокой средней плотностью при любом из указанных видов цемента следует применять заполнители с высокой плотностью, например железные руды — лимонитовые, магнетитовые, металлический чугунный либо стальной скрап, баритовую руду и их смесь. Исследования показали, что при этих заполнителях и обычном портландцементе можно получить бетон со средней плотностью, достигающей даже 4—5 т/м3. Эти бетоны называются не только тяжелыми, по и гидратными, когда заполнителем служит лимонит, состоящий из гидроксида железа, способствующего увеличению содержания в бетоне химически связанной воды.
