способ получения особо тяжелого радиационно-защитного высокопрочного бетона

Формула изобретения

1. Способ получения особо тяжелого радиационно-защитного высокопрочного бетона, включающий подготовку входящего в состав компонентов бетона влагоудерживающего железосодержащего тяжелого заполнителя в виде отходов из продукции черной металлургии путем его предварительного перемешивания с водой, приготовление бетонной смеси в смесителе путем перемешивания заполнителя с сухими компонентами бетонной смеси и водой затворения, последующую укладку бетонной смеси в изделие, ее уплотнение, герметизацию бетонной смеси конструктивными элементами изделия, отличающийся тем, что в процессе предварительного перемешивания тяжелого заполнителя с водой в качестве воды первоначально вводят воду затворения объемом 1/3 от ее расчетного количества на замес, затем добавляют избыточную воду, объем которой производят по формуле: В_изб=P·V·A,

где В _изб - объем избыточной воды;

Р - вес взятого на 1 м³ заполнителя;

V - объем пор заполнителя;

А - предел насыщения пор заполнителя,

и дополнительно к ним вводят в них суперпластификатор до 5% по массе избыточной воды и воды затворения, а предварительное перемешивание осуществляют до предела насыщения заполнителя избыточной водой, водой затворения с суперпластификатором до 80% от водопоглощения заполнителя в течение 2-3 мин, после чего насыщенный заполнитель незамедлительно вводят в процесс перемешивания с другими компонентами, причем в качестве отходов из продукции черной металлургии используют бой железосодержащих брикетов или окатыши железной руды.

2. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что в качестве отхода из продукции черной металлургии используют окалину.

3. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что насыщение заполнителя избыточной водой, водой затворения с введенным в них суперпластификатором производят путем их перемешивания в полости смесителя.

4. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что насыщение заполнителя избыточной водой, водой затворения с введенным в них суперпластификатором производят путем их перемешивания вне полости смесителя.

5. Способ получения по п.1 или 2, отличающийся тем, что предел насыщения окалины при предварительном перемешивании составляет до 3 мин, боя железосодержащих брикетов до 2,5 мин, окатышей железной руды до 2 мин от начала перемешивания.

6. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что в процессе приготовления бетонной смеси в смеситель с насыщенным заполнителем в порядке очередности подают и перемешивают между собой остальные компоненты: мелкий тяжелый заполнитель, добавку - НТФ, портландцемент, оставшиеся суперпластификатор и воду затворения объемом 2/3 от расчетного количества.

7. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что в процессе предварительного перемешивания используют избыточную воду в объеме от 35 до 55 л на 1 м³ бетонной смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, а именно к технологии получения особо тяжелых радиационно-защитных строительных материалов, и может быть использовано для производства изделий из особо тяжелого радиационно-защитного высокопрочного бетона, применяемых преимущественно для изготовления железобетонных (металлобетонных) контейнеров, предназначенных для хранения и/или транспортировки, например, отработавшего ядерного топлива (ОЯТ).

К указанным материалам бетона таких контейнеров предъявляются жесткие требования одновременно как к обеспечению высоких физико-механических, так и радиационно-защитных свойств, вследствие чего существует тенденция использования в них особо тяжелых высокопрочных бетонов, которые, однако, как правило, содержат относительно малое количество воды по критерию водоцементного отношения (в/ц) порядка 0,26-0,30, что обусловлено требованиями к весьма высокой средней плотности и прочности бетона. Чем ниже в/ц, тем выше указанные физико-механические показатели качества бетона. Существующие составы высокопрочных тяжелых бетонов для защиты от ОЯТ приготавливают с минимальным количеством воды затворения, например с водоцементным отношением (в/ц) 0,27-0,30, позволяющим в сочетании с сильными пластификаторами уплотнить бетонную смесь. Это обусловлено необходимостью достижения максимальных прочности и плотности бетона. При этом в/ц явно недостаточно для относительно полной гидратации цемента в стандартный период твердения, например 28 суток, и последующие годы твердения, что приводит к отсутствию условий для роста прочности после 28 суток и невозможности «самозалечивания» образуемых в процессе эксплуатации микротрещин, так как адсорбционно связанная вода в дальнейшем не участвует в химических реакциях цемента с водой. Для обеспечения полной гидратации необходимо в идеале в/ц, равное 0,38 (Книга «Структура, прочность и трещиностойкость цементного камня», авт. А.Е.Шейкин, М., Стройиздат, 1974 г., стр.57). Следовательно, необходимо решить проблему реализации указанного требования без ущерба другим показателям качества бетона.

При прочих равных условиях, чем выше содержание воды в бетоне, тем выше сопротивление бетона проникающей радиации и выше радиационно-защитные показатели, что связано с наличием в составе воды водорода как элемента с малым атомным весом, который является защитным барьером от поглощения нейтронного излучения, то есть от недопустимого выхода в окружающую среду ядерных излучений, помещенных в контейнер ОЯТ, что влияет на экологическую безопасность окружающей среды.

Заявляемый способ позволяет осуществить повышение сопротивляемости материала бетона проникающей радиации и одновременно сохранить высокие показатели плотности и прочности, а также увеличить эксплуатационный срок службы бетона.

Анализ технического уровня в указанной области техники показал, что известны способы изготовления бетона, включающие приготовление бетонной смеси с влагонасыщенным заполнителем, перемешивание его в смесителе с остальными компонентами смеси (Научный доклад авторов В.Р.Фаликсмана, Ю.В.Сорокина, О.О.Калашникова «Внутренний уход» за особо высокопрочными и быстротвердеющими бетонами. 11 Всероссийская (международная) конференция по бетону и железобетону. Бетон и железобетон - пути развития. Том 3. Технология бетона», Москва, 2005 г., стр.408-413).

Невозможность достижения технического результата, полученного заявляемым способом, обуславливается тем, что в качестве влагонасыщенного заполнителя используется керамзитовый гравий фракции 5 10 мм с насыпной плотностью 0,35 кг/л и водопоглощением 34%. Содержание зерен керамзитового гравия составляло 3,5-7,0% от массы бетонной смеси. Однако такой заполнитель относится к разряду легких водонасыщенных гранул, которые хотя в последующем и отдают свою влагу твердеющему бетону благодаря образованию в твердеющей среде эффекта вакуума, однако в тяжелых бетонах они при приготовлении и уплотнении бетонной смеси всплывут на поверхность, не участвуя во «внутреннем уходе» и создавая неравномерно расположенные зоны низкой плотности и прочности в массе бетона, пропускающие излучение, что недопустимо для защитных металлобетонных резервуаров с ОЯТ. К тому же оставшиеся гранулы в теле контейнера, прочность которых на 1 2 порядка ниже прочности основного бетона, будут являться концентраторами напряжения («эффект пустоты»), снижая прочность контейнера.

Известен способ изготовления бетона с предварительной подготовкой входящего в состав ее компонентов заполнителя, включающей его насыщение путем перемешивания с водой (Патент Японии № 3974970 В2, МПК: С04В 28/02, публ. 12.09.2007 г.).

Невозможность достижения технического результата, обеспечиваемого заявляемым способом, обуславливается, во-первых, тем, что в способе аналога не предусматривается применение тяжелых бетонов, которые исключительно используются в устройствах для хранения ОЯТ, в том числе железосодержащего заполнителя, приспособленного для тяжелых бетонов с целью обеспечения радиационной защиты, во-вторых, в нем используется и первично и вторично для насыщения заполнителя вода затворения, что не позволяет создать в дальнейшем в массе бетона дополнительного объема воды и, следовательно, условий в период его твердения для нарастания защитных свойств бетона и его самозалечивания в случае появления микротрещин.

Известен способ приготовления бетонной смеси, включающий приготовление бетона с предварительным влагонасыщением влагоносителя посредством воды затворения, приготовление бетонной смеси путем перемешивания заполнителя с сухими компонентами бетонной смеси (Патент РФ № 2338713 С2, МПК: С04В 28/00, С04 24/24, С04 111/20, С04 111/27, публ. 10.06.2008 г.).

Невозможность достижения технического результата, обеспечиваемого заявляемым способом, обуславливается тем, что он неприменим для изготовления бетонной массы, используемой для радиоактивной защиты. В аналоге бетон получают путем соединения двух частей: первой, состоящей из предварительно насыщенного в двух третях воды затворения пористого влагоносителя, которыми затворяют сухую смесь из вяжущего, заполнителя и пластификатора, и второй, состоящей из смешанных с одной третью воды затворения, смолы и отвердителя. В качестве влагоносителя используют такие материалы, как зола, топливные и металлургические шлаки, керамзит и т.п. Для обеспечения трещиностойкости используют металлические фибры. Однако используемые компоненты не обеспечивают необходимые прочность и плотность бетона для защиты от радиоактивного излучения, а также имеют недостаточный срок эксплуатации.

Известен способ приготовления бетонной смеси, включающий приготовление бетонной смеси с предварительной подготовкой входящего в состав ее компонентов заполнителя, включающей его перемешивание с водой с последующим введением остальных компонентов смеси, приготовление бетонной смеси, укладку в изделие (Патент РФ № 2158719, МПК: С04В 40/00, 22/08, публ. 10.11.2000 г. Бюл. № 31).

Невозможность достижения технического результата, обеспечиваемого заявляемым способом, обуславливается тем, что он неприменим для изготовления бетонной массы, используемой для радиоактивной защиты, в том числе из-за использования в качестве заполнителя золошлакового заполнителя. Кроме того, в нем используется на обеих стадиях изготовления вода затворения, что также не позволяет увеличить степень гидратации и, как следствие, создать возможность дальнейшего роста прочности бетона и других показателей качества бетона, и даже при насыщении заполнителя 70-80% по массе водой затворения легкий заполнитель всплывет, что приводит к неоднородности бетона.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому способу является способ изготовления особо тяжелого радиационно-защитного высокопрочного бетона, включающий подготовку входящего в состав компонентов бетона влагоудерживающего железосодержащего заполнителя в виде отходов и продукции черной металлургии путем его предварительного перемешивания с водой, приготовление бетонной смеси в смесителе путем перемешивания заполнителя с сухими компонентами бетонной смеси и водой затворения, последующую укладку бетонной смеси в изделие, ее уплотнение, герметизацию бетонной смеси конструктивными элементами изделия (Патент РФ № 2194316, МПК: G21F 1/02, C04B 28/02, публ. 10.12.2002 г. Бюл. № 34).

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что известный способ изготовления высокопрочного радиационно-защитного бетона обеспечивает достаточно высокие физико-механические показатели бетона, а именно прочность и плотность бетона, которые достигнуты благодаря применению железосодержащего заполнителя - окалины машинной огневой зачистки блюмов, слябов и других заготовок и низкого водоцементного соотношения бетонной массы. Однако невозможность достижения технического результата, обеспечиваемого заявляемым способом, а именно высокой радиационной защиты, обуславливается тем, что заполнитель из окалины, предварительно перемешанный с водой для смачивания его поверхности с целью проведения в дальнейшем пассивирования заполнителя - выдерживания массы 20-24 часа при температуре 100-200°С с последующим высушиванием при температуре до 800°С, значительно снижает его радиационно-защитные показатели, а отсутствие насыщения заполнителя влагой исключает впоследствии длительную гидратацию цемента, что снижает эксплуатационные качества бетонного наполнителя в контейнере и изделия в целом.

Задачей настоящего изобретения является создание способа получения радиационно-защитного особо тяжелого высокопрочного бетона, обеспечивающего улучшение экологической защищенности окружающей среды от ядерных излучений при эксплуатации таких конструкций, как металлобетонные контейнеры, являющихся временными хранилищами ОЯТ, так и других установок и изделий, аналогичных по интенсивности ядерного излучения в окружающую среду, а также одновременно повышение сроков жизнеспособности металлобетонного изделия, позволяющее увеличить сроки его эксплуатации.

При решении указанной задачи был достигнут технический результат, заключающийся в создании способа изготовления особо тяжелого радиационно-защитного высокопрочного бетона, позволяющего повысить радиационную защищенность бетона путем консервации дополнительного количества избыточной влаги в объеме железосодержащего заполнителя, что одновременно позволило увеличить степень гидратации цемента в стандартный и последующий период твердения бетона, что, как известно, приводит к повышению защитных свойств бетона от нейтронного излучения и основных показателей его качества (прочности, плотности, коррозионной стойкости, долговечности), что увеличило эксплуатационный срок службы бетона, а следовательно, и изделий из него.

Указанный способ изготовления позволяет сочетать такие качества бетона, как высокая плотность и прочность бетона, так и повышенную сопротивляемость проникающей радиации. При этом данный способ применим только к тяжелым особо прочным бетонам, в которых используются влагоудерживающие особо тяжелые и прочные железосодержащие заполнители в виде отходов и продукции черной металлургии с высокой пористостью, доступной для заполнения водой, порядка от 2 до 4%, такие как окалина, отходы производства черной металлургии - бои железосодержащих брикетов, окатыши железной руды. Указанный технический результат имеет нижеследующие преимущества перед способом, описанным в прототипе:

- в дополнение к расчетному количеству воды по критерию вода/цемент в бетоне остается дополнительно еще от 50 до 100 л воды, что существенно важно для защиты от радиации;

- в процессе дальнейшего длительного твердения бетона в нем имеется резерв влаги, необходимый для протекания химического взаимодействия цемента и воды, что обеспечивает длительное нарастание прочности и самозалечивание бетона при возможных повреждениях;

- в процессе транспортировки бетонной смеси не происходит поглощения влаги заполнителем из цементного теста, что обеспечивает ее стабильную удобоукладываемость.

Сущность заявляемого способа получения особо тяжелого радиационно-защитного высокопрочного бетона заключается в том, что он включает подготовку входящего в состав компонентов бетона влагоудерживающего железосодержащего тяжелого заполнителя в виде отходов из продукции черной металлургии путем его предварительного перемешивания с водой, приготовление бетонной смеси в смесителе путем перемешивания заполнителя с сухими компонентами бетонной смеси и водой затворения, последующую укладку бетонной смеси в изделие, ее уплотнение, герметизацию бетонной смеси конструктивными элементами изделия.

Новым в способе является то, что в процессе предварительного перемешивания тяжелого заполнителя с водой в качестве воды первоначально вводят воду затворения объемом 1/3 от ее расчетного количества на замес, затем добавляют избыточную воду, объем которой производят по формуле: В_изб =Р×V×А, где

В_изб - объем избыточной воды;

Р - вес взятого на 1 м³ заполнителя;

V - объем пор заполнителя;

А - предел насыщения пор заполнителя,

и дополнительно к ним вводят в них суперпластификатор до 5% по массе избыточной воды и воды затворения, а предварительное перемешивание осуществляют до предела насыщения заполнителя избыточной водой, водой затворения с суперпластификатором до 80% от водопоглощения заполнителя в течение 2-3 мин, после чего насыщенный заполнитель незамедлительно вводят в процесс перемешивания с другими компонентами, причем в качестве отходов из продукции черной металлургии используют бой железосодержащих брикетов или окатыши железной руды.

Кроме того, в качестве отхода из продукции черной металлургии может быть использована окалина, а насыщение заполнителя избыточной водой и водой затворения с введенным в них суперпластификатором могут производить в полости смесителя либо вне полости смесителя.

Предел насыщения окалины при предварительном перемешивании может составлять до 3 мин, отходов производства черной металлургии - бой железосодержащих брикетов - до 2.5 мин, окатышей железной руды - до 2 мин от начала перемешивания.

В процессе приготовления бетонной смеси в смеситель с насыщенным заполнителем в порядке очередности подают и перемешивают между собой остальные компоненты: мелкий тяжелый заполнитель, добавку - НТФ (нитрилотриметилфосфатная кислота), портландцемент, оставшиеся суперпластификатор и воду затворения объемом 2/3 от расчетного количества, а в процессе предварительного перемешивания могут использовать избыточную воду в объеме от 35 до 55 л и воду затворения 1/3 от расчетного количества на 1 м³ бетонной смеси.

Технология способа получения особо-тяжелого радиационно-защитного высокопрочного бетона состоит в следующем.

Процесс получения бетона начинают с подготовки влагоудерживающего железосодержащего заполнителя, для чего предварительно приготовлению массы бетонной смеси помещают расчетное количество заполнителя крупной фракции, а также при необходимости мелкой фракции, если он из того же материала, например, в смеситель с принудительным перемешиванием. Далее добавляют часть воды затворения объемом, равным 1/3 от ее расчетного количества на замес для определенного состава бетона в расчете на 1 м³ бетонной смеси, затем дополнительно добавляют избыточную воду объемом, определяемым в зависимости от объема пор и предела их насыщения для указанных видов заполнителей, приходящимся на 1 м³ бетонной смеси (от 35 до 55 л на 1 м³ при пористости порядка 2-4%, интервал диктуется используемыми видами тяжелых заполнителей), и дополнительно в указанные объемы избыточной воды и воды затворения вводят суперпластификатор до 5% от их суммарной массы, а затем осуществляют предварительное перемешивание избыточной воды, воды затворения и суперпластификатора до предела насыщения ими заполнителя до 80% от водопоглощения конкретного заполнителя (окалина, брикеты или окатыши) в течение 2-3 мин. Как показал эксперимент, при более длительном времени перемешивания, а следовательно, и водопоглощении более 80%, возрастает величина водоцементного отношения, что приводит к недопустимому снижению показателей прочности и плотности бетона. В зависимости от требований к бетону расчетные объемы заполнителей и виды составных компонентов указанной смеси могут меняться, но время предварительного перемешивания и величины указанных выше пределов остаются неизменными. В качестве заполнителей в особо прочном сверхтяжелом бетоне для металлобетонных контейнеров используются высокопрочные и тяжелые отходы или продукты черной металлургии, такие как окалина фракций от 0,16 до 20 мм, бой железосодержащих брикетов фракции от 1,25 до 20 мм, окатыши как продукт переработки гематитовой руды фракций 1,25 до 20 мм, обладающие все водопоглощением (по пористости) от 2-4%, и с пределом насыщения до 80% по массе и способностью долго удерживать влагу. Момент насыщения заполнителя избыточной водой определяют экспериментально посредством взвешивания высушенного заполнителя и насыщенного и определения в процентах разницы весов к объему массы заполнителя, что и должно составлять величину до 80% за период времени до 2-3 мин.

Возможно произвести предварительное перемешивание в иных емкостях, нежели смеситель, например в промывочном агрегате.

Стадия насыщения указанных заполнителей при предварительном перемешивании колеблется в зависимости от вида заполнителя и наступает за время до 2-3 мин от начала перемешивания, например, для окалины оно составляет до 3 мин, отходов производства черной металлургии - бой железосодержащих брикетов - до 2.5 мин, окатышей железной руды - до 2 мин. Пределы насыщения указанных заполнителей соответственно составляют 44 л/м³, 55 л/м³, 50 л/м ³.

Введение в процесс предварительной подготовки заполнителя раствора суперпластификатора в избыточной воде и в воде затворения до 5% по их массе позволяет создать эффект гидравлической смазки, уменьшая внутреннее трение при прохождении раствора суперпластификатора в порах и других несплошностях заполнителя, ускоряя и увеличивая объем водонасыщения. Поверхность зерен заполнителя приобретает свойство гидрофильности, что в сочетании с гидрофильными частицами цемента в дальнейшем приводит к снижению водоцементного отношения без уменьшения пластических свойств бетонной смеси.

Объем избыточной воды, например, для окатышей определяют, исходя из взятого веса заполнителя на 1 м³ - 1,5 т, объема пор - 4% и предела насыщения - 80%. Расчет производят по формуле: В_изб=P×V×A, где

В_изб - объем избыточной воды;

Р - вес взятого на 1 м³ заполнителя;

V - объем пор заполнителя;

А - предел насыщения пор заполнителя.

Для окатышей В_изб=1500 л × 0,04 × 0.8=48 л.

Далее остальные, входящие в состав бетона сухие компоненты бетонной смеси дозируются, в том числе и оставшаяся часть воды затворения в количестве 2/3 от расчетного объема на замес, а также оставшаяся часть расчетного объема суперпластификатора на замес.

Насыщенный указанной водой с растворенным в ней суперпластификатором после завершения предварительного перемешивания (2-3 мин) заполнитель незамедлительно вводится в процесс перемешивания с другими компонентами бетонной смеси.

Для этого компоненты бетонной смеси последовательно загружают в смеситель с насыщенным заполнителем в определенном порядке, диктуемом составом бетона, например, в порядке очередности вводят мелкий тяжелый заполнитель - дробь чугунную, добавку - НТФ, портландцемент и оставшиеся суперпластификатор и воду затворения, уменьшенные на объем, ушедший на предварительное перемешивание, перемешивают до однородного состояния в течение времени, установленного стандартом для данного типа бетоносмесителя или регламентом на приготовление бетонной смеси особо тяжелого и высокопрочного бетона.

Указанные выше объемы в основном избыточной воды и воды затворения с суперпластификатором, поглощенные заранее заполнителем, консервируются в нем, и в процессе приготовления в бетонную массу не поступают, оставаясь в теле указанных выше видов заполнителя, так как не успевают выйти из тяжелого заполнителя из-за достаточно короткого срока приготовления бетона, а также из-за существующего молекулярного притяжения молекул указанной смеси к поверхности пор и несплошностей заполнителя, а потому и не изменяют водоцементное отношение, установленное подбором состава бетона. Впоследствии в период твердения например 28 суток и более, влага в заполнителе будет участвовать в химической реакции цемента с водой, являясь дополнительным источником пополнения химического процесса недостающей водой или по принятой терминологии элементом «внутреннего ухода» за бетоном. В вариантах осуществления изобретения бетонная смесь может включать те или иные компоненты.

Поступившие компоненты перемешиваются в смесителе. Приготовленную бетонную массу выгружают из смесителя в бадью и укладывают ее в изделие, представляющее из себя металлическую конструкцию, выполненную с полостями, заполняемыми приготовленной бетонной массой, например в контейнер. Далее ее уплотняют глубинными вибраторами, а затем бетонную массу, находящуюся в изделии, герметизируют конструктивными элементами изделия, например технологической крышкой, при температуре, например, от +10° до +25°.

Герметизация бетонной массы исключает частичное или полное испарение избыточной законсервированной в заполнителе воды, которая в дальнейшем длительное время участвует в процессе гидратации цемента, повышая содержание водорода в бетоне, увеличивает его прочность, плотность, а следовательно, и долговечность в длительном процессе эксплуатации изделий. Загрузка изделия отработавшим ядерным топливом производится не ранее чем через 6 месяцев, так как в этот период бетон твердеет при положительной температуре, например от +10° до +25°.

Предложенный способ в варианте осуществления изобретения проверяли экспериментально в лабораторных условиях.

Для приготовления бетонной массы, как пример, используются:

- нормированный портландцемент ПЦ М 600-ДО Оскольского, Подольского и других заводов, ГОСТ 10178-8S*;

- отходы в виде боя железосодержащих брикетов производств черной металлургии, составляющими компонентами которых являются железо (85%), известь (9%), вода (остальное), получаемые спеканием и прессованием на ОАО «Лебедянский горно-обогатительный комбинат», ТУ 0726-003-00186803-2001;

- дополнительный мелкий заполнитель - дробь техническая чугунная № 05, изготавливаемая на ООО «Феррум-Плав», г.Вологда, ГОСТ 11964-81*;

- суперпластификатор С-3 на основе натриевой соли нафталинсульфокислоты с формальдегидом, ТУ 5870-002-58042865-03, изготавливаемый на ООО «Полипласт Новомосковск» Тульской области. Возможно использование любых видов суперпластификаторов;

- замедлитель схватывания цемента НТФ (нитрилотриметилфосфатная кислота) в виде добавки, изготавливаемой на Новочебоксарском химическом комбинате, ТУ 2499-34705763441-00;

- суперпластификатор С-3 в сухом виде, поставщик ООО «СтройТехнохим», г.Москва, ТУ 5743-073-46854090-98;

- вода, ГОСТ 23732-79.

Вместе с этим в других вариантах выполнения бетонная смесь может включать и другие компоненты. Бетонная смесь может дополнительно содержать в качестве мелкого заполнителя, не участвующего в процессе предварительного перемешивания и насыщения, дробь чугунную, а также замедлитель схватывания смеси.

Вместо брикетов возможно использование окалины, которую выбирают на металлургическом производстве от различных технологических процессов. Окалину до применения в дело рассеивают на стандартные фракции, например 10-20, 5-10, 1,25-2,5, 0,16-1,25 мм, удаляют зерна крупнее 20 мм и посторонние включения.

Пример осуществления изобретения

Для получения бетонной смеси были приготовлены 12 составов бетонной смеси: 4 состава с использованием в качестве насыщаемого заполнителя окалину (табл.1, составы 1к, 1-3), окатыши (табл.3, составы 4к, 4-6), в том числе с использованием дроби технической чугунной, отходы брикетов (табл.5, составы 7к, 7-9), в том числе с использованием модификатора бетона МБ, где «к» - состав прототипа.

Результаты испытания бетонов и их физико-механические показатели представлены в табл.2, 4, 6.

Принимали, что отсчет начала увлажнения заполнителя начинается по окончании впрыскивания через форсунки во вращающийся барабан смесителя дозированного количества избыточной воды, 1/3 от воды затворения. В перечисленном объеме воды растворяли 5% суперпластификатора от массы воды. Экспериментально проверяли различное время перемешивания от 1,5 до 4 мин. Наиболее оптимальным оказалось перемешивание до 3 мин как по водонасыщению заполнителя, так и по производительности бетоносмесителя.

По истечении 3 мин перемешивания крупного заполнителя и его насыщения в смеситель последовательно вводят мелкий тяжелый заполнитель (при необходимости) в виде чугунной дроби, добавку (при необходимости) в виде замедлителя схватывания, портландцемент, оставшиеся воду затворения и суперпластификатор в виде модификатора. Массу перемешивают в течение не менее 50 сек.

Для определения прочности на сжатие проводили испытания контрольных образцов кубов, формируемых из нижнего, среднего и верхнего ярусов контейнера. Плотность контролировали путем взвешивания образцов в 4 этапа: промежуточное (14 суток), основное (в 28 или 180 или 360 суток). Степень гидратации цемента определяли методом химического анализа по количеству химически связанной воды и свободной извести (кн. Курбатова И.И. «Химия гидратации портландцемента», М., Стройиздат, стр.318, 1977 г.).

Как видно из приведенных в сравнительных таблицах № № 2, 4, 6 данных, степень гидратации по предлагаемому способу, от которой происходит дальнейшее повышение защитных от радиационного излучения свойств и физико-механических свойств бетона, а также увеличение количества водорода значительно выше для составов заявляемого способа, при этом величины плотности и прочности также возрастают.

Возможность осуществления заявляемого способа изготовления особо тяжелого радиационно-защитного высокопрочного бетона обусловлена его особенностями исполнения, заключающимися в насыщении заполнителя влагой с растворенным в ней суперпластификатором, способствующим более быстрому насыщению перед введением его вместе с остальными компонентами в бетонную массу, приводящим к увеличению доли водорода, что влияет на повышение защитных от радиоактивного излучения характеристик бетона и одновременно способствует длительной гидратации цемента в период эксплуатации изделия, что сохраняет высокие показатели прочности и плотности бетона. Указанные преимущества заявляемого способа позволяют улучшить экологию окружающей среды и одновременно повысить срок эксплуатации изделия. Кроме того, отличительные конструктивные особенности изделия типа металлобетонного контейнера для хранения ОЯТ, предусматривающие немедленную герметизацию бетонной смеси после ее укладки в полости изделия, позволяют удержать избыточную влагу в заполнителе и тем самым продлить время гидратации цемента, что приводит к повышению содержания водорода в химически связанной воде пропорционально росту степени гидратации цемента.

Технология приготовления бетонной смеси по предложенному способу не требует переоснащения действующих бетоносмесительных установок, так как может осуществляться на существующем оборудовании.