Получение и всесторонние свойства UHPC с высокой радиационной защитой с использованием мелкодисперсного заполнителя магнетита – PMC

Радиация является частью нашей жизни. Фоновое излучение Излучение, которое всегда присутствует в окружающей среде. Большая часть фонового излучения возникает естественным образом, а небольшая часть исходит от техногенных элементов. , поступающий в основном из природных минералов, постоянно окружает нас. К счастью, существует очень мало ситуаций, когда средний человек подвергается воздействию неконтролируемых источников радиации выше фонового уровня. Тем не менее, разумно быть готовым и знать, что делать, если возникнет такая ситуация.

Один из лучших способов подготовиться — понять принципы радиационной защиты, такие как время, расстояние и экранирование. Во время радиологической аварийной ситуации (большой выброс радиоактивного материала в окружающую среду) мы можем использовать эти принципы, чтобы защитить себя и свои семьи.

Время, расстояние и экранирование

Время, расстояние и экранирующие действия сводят к минимуму воздействие радиации почти так же, как они защищают вас от чрезмерного воздействия солнца:

• Время: Для людей, подвергшихся воздействию радиации Энергия выделяется в виде частиц или лучей. помимо естественного радиационного фона ограничение или минимизация времени облучения снижает дозу от источника излучения.
• Расстояние: Точно так же, как тепло от огня уменьшается по мере удаления от источника, доза радиации резко уменьшается по мере увеличения расстояния от источника.
• Экранирование: Барьеры из свинца, бетона или воды обеспечивают защиту от проникающих гамма-лучей. Форма ионизирующего излучения, состоящая из невесомых пакетов энергии, называемых фотонами. Гамма-лучи могут полностью проходить через тело человека; по мере прохождения они могут вызывать повреждение тканей и ДНК. и рентгеновские лучи Форма ионизирующего излучения, состоящая из фотонов. Рентгеновские лучи способны полностью проходить через тело человека. Медицинские рентгеновские лучи являются крупнейшим источником техногенного радиационного облучения. . Вот почему некоторые радиоактивные материалы хранятся под водой, в бетонных или облицованных свинцом помещениях, и вот почему стоматологи накрывают пациентов, которым делают рентгеновские снимки зубов, свинцовым покрывалом. Таким образом, установка надлежащего экрана между вами и источником радиации значительно уменьшит или полностью устранит получаемую вами дозу.

Радиационные аварийные ситуации

При крупномасштабном радиационном выбросе, таком как авария на атомной электростанции или террористический акт, были проверены и доказаны следующие рекомендации, обеспечивающие максимальную защиту.

В случае возникновения радиационной аварийной ситуации вы можете принять меры для защиты себя, своих близких и домашних животных: Заходи, Оставайтесь внутри и Оставайтесь с нами. Следуйте советам аварийно-спасательных служб и официальных лиц.

Заходи

В случае радиационной аварийной ситуации вас могут попросить войти в здание и укрыться на некоторое время.

• Это действие называется «укрытие на месте». Инструкция по реагированию на чрезвычайные ситуации, означающая немедленное проникновение внутрь здания. Если вы можете добраться до кирпичного или бетонного многоэтажного дома или подвала за несколько минут, идите туда. ».
• Доберитесь до середины здания или подвала, подальше от дверей и окон.
• Приводите домашних животных внутрь.

Остаться внутри

Пребывание внутри уменьшит воздействие радиации.

• Закройте окна и двери.
• Примите душ или протрите открытые части тела влажной тканью.
• Пейте бутилированную воду и ешьте еду в герметичных контейнерах.

Оставайтесь с нами

Должностные лица службы экстренной помощи обучены реагировать на стихийные бедствия и будут принимать конкретные меры для обеспечения безопасности людей.

• Получайте самую свежую информацию с радио, телевидения, Интернета, мобильных устройств и т. д.
• Должностные лица службы экстренной помощи предоставят информацию о том, куда обратиться, чтобы пройти обследование на наличие заражения.

Куда обращаться в случае радиационной опасности

Файлы для скачивания

Узнайте больше о защите от радиации:

• Центры США по контролю и профилактике заболеваний, аварийная готовность и реагирование: радиационные аварийные ситуации
• Министерство внутренней безопасности США (DHS) и Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (FEMA), Ready.gov

Если вы обнаружите радиоактивный источник или вступите в контакт с ним, найдите и свяжитесь с вашим государственным центром радиационного контроля.

Получение и всесторонние свойства высокорадиационно-защитного UHPC с использованием мелкодисперсного заполнителя магнетита

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Связанные данные

Данные содержатся в статье.

Абстрактные

Ядерные технологии приносят пользу людям, но они также производят ядерное излучение, наносящее вред здоровью человека и окружающей среде. На основе модифицированной модели упаковки частиц Андресена и Андерсена для получения плотно уплотненной цементной матрицы был разработан новый высокоэффективный магнетитовый бетон (MUHPC) с использованием магнетитового мелкого заполнителя в качестве заменителя речного песка с содержанием 0%, 20%, 40%. %, 60%, 80% и 100% коэффициенты замещения. Комплексные свойства разработанного MUHPC были протестированы и оценены. Этими свойствами были текучесть, статическая и динамическая прочность на сжатие, высокотемпературные характеристики, антирадиационные свойства, продукты гидратации и структура микропор. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что разработанная МУТПК обладает высокими рабочими характеристиками, статическими и динамическими механическими свойствами. Характеристики экранирования гамма-излучения MUHPC существенно улучшаются с увеличением содержания мелкого заполнителя магнетита. В соответствии со 100% заменой мелкого заполнителя магнетитом линейный коэффициент затухания MUHPC увеличивается на 56.8% по сравнению с обычным бетоном. Добавление магнетита не изменяет тип продуктов гидратации цемента, но улучшает микропористую структуру МУГПК и эффективно снижает его общую пористость и средний диаметр пор, тем самым способствуя его механическим и радиационно-защитным свойствам. Прочность на сжатие и линейный коэффициент затухания MUHPC могут достигать 150 МПа и 0.2 см-1 соответственно. Кроме того, MUHPC также демонстрирует превосходную механическую и радиационную защиту при повышенных температурах (

Ключевые слова: сверхвысокопрочный бетон, магнетитовый мелкий заполнитель, текучесть, прочность на сжатие, радиационная защита

1. Введение

Различные источники излучения и приборы широко используются в различных медицинских и исследовательских центрах, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, атомных электростанциях, сельском хозяйстве и других областях [1,2,3,4]. Технология ядерной защиты также привлекает внимание общественности. Как правило, гамма-лучи и нейтронные лучи являются наиболее разрушительными видами излучения, выделяемыми ядерным взрывом или радиоактивными отходами [5,6,7]. Опасность этих видов излучения, прежде всего, связана с их высокой проникающей способностью и энергией ионизации, которые могут разрушать нормальные клетки человека и приводить к генной мутации. Длительное воздействие ядерного излучения вызывает снижение иммунитета, рак и даже немедленную смерть среди других проблем у людей [8,9,10,11,12]. Таким образом, эффективная радиационная защита ядерных объектов очень важна. Однако по-прежнему отсутствуют удовлетворительные радиационно-стойкие строительные материалы для целей высокой радиационной защиты [13].

К модам взаимодействия луча и вещества относятся фотоэффект, комптоновское рассеяние и эффект электронной пары [2,6]. Принцип радиационной защиты можно просто понять так: когда луч проходит через антирадиационный материал, часть энергии падающего фотона поглощается антирадиационным материалом, первоначальный фотон рассеивается, и его направление движения и энергия меняются, таким образом, энергия излучения ослабляется. Сообщается, что элементы с высоким атомным номером и материалы с высокой плотностью обладают хорошим эффектом ослабления излучения [2,14]. Обычные материалы для защиты от гамма-излучения включают железо, вольфрам, свинец, бетон, металлические сплавы и тяжелые заполнители, такие как магнетит, гематит и барит [15,16,17,18,19,20,21]. Среди них свинец наиболее широко использовался с момента открытия гамма-лучей. Свинец имеет высокий атомный номер и плотность, а также отличную вероятность фотоэлектрического эффекта. Большинство больниц и лабораторий в настоящее время используют свинцовые пластины или листы свинца в качестве основного радиационного барьера. Однако некоторые характеристики свинца, такие как токсичность, низкие механические свойства и плохая стабильность, нежелательны. Между тем, бетон стал наиболее широко используемым материалом для радиационной защиты из-за богатого сырья, низкой стоимости, хорошей долговечности и простоты производства [17,22,23,24,25,26]. Уда и Абдель-Гаввад [27] сравнили физико-механические свойства и мощность ослабления излучения против гамма-излучения тяжелого магнетитового бетона с характеристиками тяжелых баритовых и гетитовых бетонов. Они обнаружили, что комплексные свойства магнетитового бетона выше, чем у баритового и гетитового бетонов. Хорщарук и др. [18] установили, что применение тяжелых заполнителей из магнетита может снизить негативное влияние высокой температуры на механические характеристики радиационно-защитного бетона. Чулу и Бакырхан [28] заметили, что марка бетона по прочности влияет на коэффициент поглощения излучения в тяжелых свинцово-цинковых бетонах. Сайдани и др. [29] и Gonzalez-Ortega et al. [30] сообщили, что применение баритового порошка и баритовых заполнителей в тяжелом бетоне с целью радиационной защиты на ядерных объектах и ​​в больницах приводит к снижению механических свойств бетона. Как правило, изготавливаемые в настоящее время радиационно-стойкие бетоны обладают хорошими радиационно-стойкими характеристиками, но той же проблемой является низкая прочность. С развитием ядерной энергетики увеличилась мощность и расчетный срок службы ядерных реакторов. Например, проектный срок эксплуатации реактора Hualong-1 в Китае составляет 60 лет [31], что соответствует более высоким требованиям радиационной защиты ядерных установок. Поэтому получение радиационностойких бетонов с повышенной прочностью и долговечностью имеет большое практическое значение.

Сверхвысококачественный бетон (UHPC) — это новый тип композитного материала на основе цемента, обладающий сверхвысокой прочностью, хорошей ударной вязкостью и долговечностью, что указывает на широкие перспективы применения [32,33,34]. Отличные характеристики UHPC отчасти объясняются очень компактной конструкцией упаковки. Хорошая градация делает его плотным, а низкая пористость позволяет эффективно противостоять воздействию вредных сред, что является важным аспектом в сохранении его высокой прочности [35,36]. Из-за высокого содержания цемента (900–1100 кг/м 3 ) в UHPC водовяжущее отношение UHPC обычно находится в диапазоне 0.18–0.3 [37,38,39]. Низкое соотношение вода/вяжущее приводит к наличию внутри многочисленных частиц негидратированного цемента, что придает ему определенную способность к самовосстановлению. Таким образом, он может удовлетворить высокие эксплуатационные требования инженерных сооружений в различных жестких условиях [40,41,42,43,44]. В последние годы многие исследователи [32,45,46,47, 48, XNUMX, XNUMX] сообщили о разработке UHPC и оценили его механические характеристики и долговечность. Однако исследования радиационно-стойких UHPC немногочисленны и остаются на начальных стадиях [XNUMX].

Настоящее исследование направлено на разработку нового UHPC с высокой радиационной стойкостью для решения текущих задач ядерных установок. Различные пропорции магнетитового мелкого заполнителя (0%, 20%, 40%, 60%, 80% и 100%) использовались для замены природных речных песков и получения радиационностойких UHPC. Были протестированы и проанализированы рабочие характеристики, механические свойства до и после высокотемпературной обработки, характеристики защиты от гамма-излучения, микроморфология и микропористая структура магнетита UHPC (MUHPC). Было обнаружено, что разработанный MUHPC демонстрирует превосходные характеристики комплексной механической и радиационной защиты.

2. Материалы и методы

2.1. Сырье

Вяжущими материалами из цемента, золы-уноса и микрокремнезема были портландцемент P·II 52.5 (Yong’an Cement Co., Ltd., Хэнань, Китай), зола-унос класса I (Завод материалов для защиты окружающей среды Rongchangsheng, Хэнань, Китай). , и микрокремнеземный дым (Yumin Micro Silica Fume Co., Ltd., Хэнань, Китай) в этом исследовании. В соответствии с тестом рентгенофлуоресцентного анализа (XRF) (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) химические составы цемента, микрокремнезема и летучей золы показаны в Таблице 1. В качестве мелкого заполнителя использовали природный речной песок (Baoting Engineering Construction Co., Ltd., Хэбэй, Китай) плотностью 2550 кг/м 3 и магнетитовый мелкий заполнитель (Jiashun Water Purification Material Factory, Хэнань, Китай) плотностью 5100 кг/м 3 . Химические составы мелкозернистого заполнителя магнетита представлены в табл. 2, основные химические составы Fe₂O₃ и TiO₂. Используемый водоредуцирующий агент представлял собой своего рода поликарбоксилатный суперпластификатор (Sobute New Materials Co., Ltd., Цзянсу, Китай) с коэффициентом водопонижения 30% и содержанием твердого вещества 30%. Стальные волокна представляли собой покрытые медью микростальные волокна длиной 13 мм и диаметром 0.22 мм (Daitian Engineering Materials Co., Ltd., Шаньдун, Китай). В качестве воды для замеса использовалась обычная водопроводная вода.