Особо тяжелые бетоны

Гидратные или особо тяжелые бетоны нашли применение для защиты людей и оборудования на предприятиях, работающих с радиоактивными элементами, в том числе и АЭС. Основную проблему, которая успешно решается с помощью этих материалов, представляет гамма-излучение, легко проходящее через любую преграду. С ростом удельной плотности, увеличиваются и изоляционные характеристики бетона. Еще одной особенностью, является включение в состав смеси элементов, содержащих химически связанную воду, которая хорошо задерживает излучение.

Для улучшения характеристик материала обычный заполнитель, который имеет среднюю плотность 2.6 г/сМ3, заменяют на другой, кубический сантиметр которого весит 6.4 грамма. Одним из наиболее распространенных компонентов является сульфат бария или барит. Он получается из горной породы, в которой содержимое этого вещества более 95%. По своим характеристикам этот минерал мало отличается от щебня или гравия, если не принимать во внимание плотность — 4500 кг/М3: предел прочности при сжатии составляет 50 МПа. Если используется мелкодисперсный барит, то требуется учитывать его влияние, как замедлителя твердения.

При соотношении компонентов 1:4.6:6.4 и пропорции воды с цементом  0.58, масса одного кубического метра баритового бетона составляет 3700 кг. По прошествии 28 суток, прочность материала достигает 430 кгс/сМ2. Если же соотношение вода/цемент = 0.9, то прочность упадет до 246 кг/сМ2. Как видно из данной пропорции, следует соблюдать доли компонентов. Без следования данному моменту, качество особо тяжёлого бетона будет резко падать, что приведёт к неблагоприятным последствиям. Исходя из этого, можно сделать вывод о необходимости обеспечения смешивания на специализированных предприятиях. Самостоятельное создание смеси приведет к несоблюдению пропорций и, как следствие, невозможности добиться заданных параметров. Особо тяжёлый бетон, производимый на заводе, изготавливается с применением продвинутых технологий. Отсутствует фактор человеческой ошибки, поскольку машина работает по строго заданной программе. Это позволяет не только добиться идеальных пропорций, но и вводить компоненты в строго установленное время.

Следует сказать, что особо тяжёлые бетоны имеют некоторые особенности в плане своего ценообразования. Как показывает практика, для обычных типов смесей характерно то, что именно цемент имеет наибольшую стоимость. Таким образом, количество данного материала будет определять стоимость всего состава. Несколько иная ситуация присутствует, когда требуется рассмотреть особо тяжёлые бетоны. Для них используется специальный заполнитель с особыми свойствами. Дополнительно, необходимо отметить его высокую стоимость, а также ряд других факторов, повышающих цену. Таким образом, отрыв цемента в списке дорогостоящих компонентов, становится не таким значительным. Это обеспечивает то, что особо тяжёлый бетон имеет высокую стоимость, существенно превышающую обычные материалы этой категории. Подобный момент определяет тот факт, что материал редко используется. Его нельзя встретить в обычном строительстве, но относительно часто особо тяжёлый бетон применяется при возведении объектов специального назначения.

Для создания особо тяжелых бетонов широко применяются различные металлические руды:

• Магнитный железняк или магнетит — это слабокислая железная руда, плотность которой варьируется от 4500 до 5000 кг/М3. Предел её прочности при сжатии составляет 200 МПа. Магнетитовый песок или щебень при добавлении в бетон увеличит его плотность до 4000 кг/М3. Особо тяжёлый бетон данного типа обладает значительной прочностью, что способствует обеспечению целого ряда эксплуатационных преимуществ перед некоторыми другими составами, используемыми в строительной сфере.
• Гематитовые руды, содержащие красный железняк, их средняя плотность достигает 4300 кг/М3, а бетона изготовленного на таком заполнителе 3500 кг/М3.
• Бурый железняк или лимонит поглощает не только гамма-лучи, но и нейтроны. Плотность этого минерала 3500 кг/М3, при включении его в состав цементной смеси, 1 кубический метр получившегося материала весит до 2800 кг. Несмотря на то, что лимонитовый бетон не отличается от обычного по удельному весу, он может содержать намного большее количество связанной воды.

Если же требуется плотность, превышающая 5000 кг/М3, то для таких бетонов применяют чугун, в виде крошки, дроби и крупного лома. Отходы от производства изделий из стали и чугуна позволяют получить необходимый уровень защиты от гамма-излучения, а толщина бетонных экранов может быть существенно ниже, чем у обычных. Возникает серьёзная проблема при укладке, поскольку чугун обладает наибольшей плотностью во всём составе. Дополнительно, дробь имеет оптимальную форму для того, чтобы перемещаться в смеси под действием силы тяжести. Гравитация начинает оказывать на особо тяжёлый бетон крайне негативное влияние, когда он находится в жидком состоянии. Это приводит к тому, что наиболее плотные компоненты опускаются вниз и смесь становится неоднородной. Подобная проблема изменяет прочностные характеристики и это является следствием недостаточных показателей в той или иной сфере. Особо тяжёлый бетон должен обладать малой подвижностью и усадка его конуса должна составлять несколько сантиметров. Это позволит исключить негативные процессы расслоения.

Минусом использования железного лома является возможность возникновения вторичных источников радиации, в которые превращаются частицы металла, находящиеся внутри заливки. Барит, в свою очередь, не обладает такой особенностью, поэтому его применение более предпочтительно. Еще одной проблемой является изменение физических свойств материалов, попавших под нейтронный пучок, что может негативно сказаться на прочностных характеристиках конструкции.