Изделие из бетонной сырьевой массы со структурообразователем
Изделие из бетонной сырьевой массы со структурообразователем. Относится к изделиям из тяжелого и особо прочного бетона различных композиций, в частности, контейнеров с отработавшим ядерным топливом или радиоактивными отходами, заполнители или наполнители сырьевой массы которых выполнен в виде структурообразователя из гранулообразных элементов, представляющего собой вкладыши- бой брикетов в виде концовок и фрагментов 4, являющихся железосодержащим отходом производства черной металлургии, образованных путем самоотделения по произвольному срезу 6 от спеченных брикетов 3. Материал вкладышей-боя выполнен на основе железосодержащей руды, и содержит более 75% железа. Форма структурообразователя произвольна и определяется возможностями технологического процесса прессования брикетов при их изготовлении. Объемные размеры вкладышей-боя используются фракционной крупностью в пределах от 1,0 мм до 20 мм, что обуславливается требованием радиационной защиты структуры контейнера и технологией их образования. Вкладыши-бои образуются на ячеистых ленточных транспортерах при складировании, погрузке и выгрузке в транспортные средства брикетов и являются бракованным отходом подлежащим утилизации. Использование же их в качестве заполнителя или наполнителя изделий из тяжелого бетона позволяет снизить стоимость изделия благодаря использованию дешевого структурообразователя как отхода производства, подлежащего утилизации, так и благодаря уменьшению габаритных размеров изделия в связи с повышением прочности заполнителя как железосодержащего в количестве более 75% от массы отхода производства черной металлургии. Кроме того, использование вкладышей-боя позволило увеличить и радиационную стойкость изделий. Указанные преимущества позволили одновременно расширить базу дешевых заполнителей и наполнителей. 4 з.п. ф-лы.
Полезная модель относится к области строительства, преимущественно к производству строительных изделий, изготовленных из бетонной сырьевой массы со структурообразователем в качестве заполнителя, а именно к бетонным изделиям из тяжелых и особо прочных бетонов различных композиций, предназначенным для защиты от радиационного излучения, в частности контейнерам, используемым для хранения и/или транспортирования отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и радиоактивных отходов (РАО), а также хранилищам (могильникам) РАО, конструкциям биологической защиты от излучения ядерных реакторов и может быть использована в строительных несущих конструкциях, таких как аэродромные и дорожные покрытия, мостовые перекрытия и т.п.
Анализ технического уровня в указанной области техники показал, что известно изделие со структурообразователем, выполненным в виде объемных элементов (РФ, полезная модель 
12125, МПК: С04В 14/00, С03В 19/10, публ. 16.12.1999 г., бюл. 12).
Невозможность достижения указанным аналогом технического результата, достигаемого заявленным техническим решением, обуславливается тем, что структурообразователь изделия аналога выполнен из стеклянных микрошариков крупностью от 50 до 1000 мкм, что не обеспечивает, предъявляемые существующими нормативами к радиационному обеспечению безопасности, требования к прочности и плотности бетона, а также не исключает появление трещин, сколов и других поломок в железобетонных изделиях при возможных их падениях в процессе транспортирования.
Известно изделие со структурообразователем, выполненным в виде объемных элементов - вкладышей (Япония, изобретение 5061215, МПК: С04 14/34, публ. 03.09.1993 г.).
Невозможность достижения указанным аналогом технического результата, достигаемого заявленным техническим решением, обуславливается выполнением вкладышей в виде коротких стальных фасонных стержней, имеющих диаметр, равный длине.
Однако такие структурообразователи не позволяют создать однородную структуру изделия, состоящего из тяжелого бетона, так как они осядут в материале конструкции в его нижней части в связи с чем, такое изделие может обеспечить радиационную защиту только в этой части, но не в объеме всего изделия. Кроме того, использование таких структурообразователей приводит к их значительной цене и к увеличению стоимости изделия а также к сокращению сроков эксплуатации бетоносмесителей из-за повреждения стальными стержнями их внутренней облицовки, что также сказывается на повышении стоимости.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому является изделие из бетонной сырьевой массы со структурообразователем, выполненным в виде элементов спеченных брикетов, имеющих произвольную форму (США, изобретение 6802896 ВВ, МПК: С04В 14/00, С04В 18/06, публ. 12.10.2004 г.).
Невозможность достижения указанным аналогом технического результата, достигаемого заявленным техническим решением, обуславливается выполнением изделия, структурообразователь которого представляет собой искусственно полученные брикеты из смешанных зольной пыли с пластификатором и водой, что при их спекании дает спеченные брикеты, которые обладают достаточно невысокими прочностью и плотностью, вследствие чего получается легкий заполнитель, непригодный для использования в радиационно-защитном бетоне. Кроме того, гранулообразные элементы производятся путем измельчения брикетов и
проссеивания их через фракционное сито, что повышает стоимость изготовления заполнителя, а, следовательно, и изделий из бетона.
При разработке заявляемого изделия со структурообразователем, была поставлена задача снижения его стоимости, а также повышения прочности особенно имеющей значение при наличии радиационного воздействия как особого условия эксплуатации.
При решении упомянутой задачи был достигнут технический результат, заключающийся в использовании уже готовых отходов производства черной металлургии в виде дешевых вкладышей-боя спеченных брикетов железной руды методом горячего прессования, что позволило увеличить одновременно и прочность структурообразователя, как железосодержащего материала, так и прочность бетонного изделия и одновременно радиационную стойкость конструкции изделия, что связано с увеличением площади противодействия радиоактивного проникновения и его экранированием при одновременном сохранении высоких показателей по плотности и прочности бетонной смеси, в которой используется структурообразователь. Кроме того, повышение прочности структурообразователя как отхода производства черной металлургии, в котором уже заложено наличие значительного количества железа, позволило уменьшить размеры толщин изделий, например, стенок контейнеров с РАО, что также привело к значительным снижениям стоимостных расходов.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что изделие из бетонной сырьевой смеси со структурообразователем содержит его в виде элементов спеченных брикетов.
Новым в изделии является то, что элементы структурообразователя выполнены в виде вкладышей-боя спеченных брикетов, образованных путем самопроизвольного отделения от брикетов, и выполненных на основе железосодержащих отходов производства черной металлургии.
Кроме того, вкладыши-бои могут быть выполнены в виде концовок, расположенных на противоположных торцах брикетов и фрагментов
брикетов, а также фракционной крупностью от 1 мм до 20 мм, а концовки и фрагменты спеченного брикета могут быть выполнены на основе руды, содержащей свыше 75% железа.
Брикеты могут быть выполнены торообразной или параллелепипедной формы, либо иной формы.
Изделие из бетонной сырьевой массы со структурообразователем представлено на чертежах, где изображено на:
Фиг.1 - общий вид брикета и вкладышей-боя (вид спереди);
Фиг.2 - вид концовки брикета сверху в увеличенном масштабе;
Фиг.3 - разрез бетонного изделия с использованием структурообразователя;
Фиг.4 - вид контейнера с уменьшенной толщиной стенки.
Устройство изделия из бетонной сырьевой массы со структурообразователем 1 из которых формируется бетонное изделие, представляет собою, например, контейнер 2, предназначенный для хранения и/или транспортировки ОЯТ или РАО.
Структурообразователь 1 изделия представляет собой заполнитель или наполнитель для тяжелого и особо прочного бетона и выполнен в виде гранулообразных элементов, выполненных каждый в виде вкладыша (ей)-боя спеченного брикета 3. Вкладыш-бой выполнен в виде концовки (или концовок) 4 произвольной формы, расположенной на соответствующем торце 5 брикета 3. Как правило, в силу технологической обработки брикета, получаются две концовки по обоим его торцам, самопроизвольно отделяемые от брикета по срезу 6. Кроме того, вкладыш-бой 4 может состоять и из гранулообразных элементов-фрагментов произвольной формы, самопроизвольно отделенных от самого тела брикета 3 (Фиг.1). Спеченный брикет и, следовательно, его вкладыши-бои выполнены на основе железосодержащего отхода производства черной металлургии, который образуется на основе железной руды и обеспечивает содержание в его составе свыше 75% железа, а также может содержать известь и воду. Высокое содержание железа во вкладышах- бое свидетельствует о высокой
химической и радиационной стойкости структурообразователя, а, следовательно, и изделия. Возможно наличие и других компонентов в зависимости от вида руды. Однако, в силу технологического производства, железо всегда присутствует в составе руды а, следовательно, и отхода производства черной металлургии, свыше 75%.
Брикет 3 выполнен горообразной или параллелепипедной формы с приплюснутыми концовками, образующимися при прессовании, его соответствующая наружная поверхность совпадает с соответствующей поверхностью отделенных фрагментов. Возможна и иная форма брикетов и боя.
Объемные размеры указанных концовки(ок) и/или фрагмента(ов) выполнены фракционной крупностью от 1,0 мм до 20 мм, но не более 20 мм, что обуславливается условиями их образования при спекании брикетов. Использование вкладышей-боя более 20 мм нецелесообразно и по стоимости, так как величина 20 мм уже обеспечивает достаточную радиационную защиту.
Брикеты 3 получают в производственных условиях на заводах черной металлургии, например, на ОАО «Лебединский ГОК» согласно ТУ 0726-000-00186803-20001, где осуществляется прессование поступающей железосодержащей руды в виде порошка при температуре 100°С в металлических формах-матрицах, в результате которого образуются брикеты с содержанием железа, например, 85% и торообразной формы по торцам которых образуются объемные элементы 4 в виде наплывов - концовок. Полученные брикеты подлежат дальнейшей транспортировки заказчику.
Отходы (вкладыши-бои) брикетов образуются при их складировании, погрузке и выгрузке в транспортные средства. Брикеты грузят транспортерами, на которых происходит массовое отделение-отрыв концовок а также фрагментов 4 от тела брикета 3 по срезам 6. Лента транспортеров представляет собой сетку с размерами ячеек из расчета отсева негабаритных гранул менее 1,0 мм и более 20 мм. При этом полученные
вкладыши-бой 4 брикетов является отходом производства и ранее до предложенного конструктивного использования подлежал утилизации.
Использование же их в качестве структурообразователя для бетонной сырьевой массы изделий позволяет расширить базу дешевого заполнителя, что сказывается на снижении его стоимости, а также сырья и изделия из него.
Кроме того, композиционный состав брикетов, и, следовательно, его концовок и фрагментов, содержащий железа свыше 75% от массы брикета и, аналогично, от массы его боя, влияет на повышение прочности структуры бетонного изделия до 130 МПа и его радиационной стойкости, что позволяет уменьшить толщину «а» (Фиг.4) материала изделия, например, стенки 7 контейнера 2 с ОЯТ или РАО. Кроме железа в состав материала брикета, а, следовательно, и вкладышей-боя может входить, например, известь в количестве 9%, остальное - вода соответственно от их массового состава.
Объемные размеры вкладышей-боя, как отходов, могут отличаться друг от друга в пределах 1,0-20 мм. Их форма произвольна. Размеры брикетов на указанном выше производителе в продольном сечении составляют около 110×50 мм, а поперечном сечении около 35 мм2, соответственно размеры вкладышей-боя определяются величиной силы прессования, которая зависит от технических характеристик оборудования.
Указанное изделие со структурообразователем как заполнителем, используемым в составе бетонной массы, изготавливается следующим образом.
Гранулообразный вкладыш-бой, являющийся отходом, дозируется и вводится как структурообразователь в виде заполнителя в тяжелую бетонную смесь, из которой изготавливается изделие, например, контейнер. Смесь тяжелого бетона может содержать, например, портландцемент, дробь, химические добавки, регуляторы бетонной смеси, например, суперпластификатор. Далее смесь со структурообразователем перемешивается до однородного состава, при этом концовки и фрагменты равномерно распределяются в конструкции изделия, являясь ее неотделимой
частью (Фиг.3). Для повышения плотности смеси их количество в м3 бетона увеличивают. Фракционный состав вкладышей-боя также может быть различным от 1 мм до 20 мм. Далее смесь затворяется водой.
Для изготовления изделия полученная смесь со вкладышами-боем, который равномерно удерживается в ней, укладывается в опалубки, составляющие стенки контейнера и отверждается в них в течение 1...28 суток в зависимости от заданного режима твердения.
Возможность осуществления заявляемого устройства изделия со структурообразователем, подтверждается использованием в нем недефицитных элементов, а также недорогих материалов, обладающих оптимальными эксплуатационными характеристиками со свойствами, обеспечивающими качественную защиту от радиационного излучения, в том числе на уровне функционального обобщения, с достижением технического результата, заключающегося в сравнении с прототипом в снижении стоимости бетонных изделий благодаря использованию дешевой конструкции структурообразователя как отхода, подлежащего утилизации, так и уменьшению их габаритных размеров в связи с повышением прочности заполнителя с высоким содержанием железа как железосодержащего отхода производства черной металлургии, что позволило одновременно повысить и радиационную стойкость изделий. Кроме того, указанное устройство изделий позволило расширить и базу их заполнителей и наполнителей.
1. Изделие из бетонной сырьевой массы со структурообразователем, выполненным в виде вкладышей-боя спеченных брикетов, образованных путем самопроизвольного отделения от брикетов, и выполненных на основе железосодержащих отходов производства черной металлургии.
2. Изделие по п.1, отличающееся тем, что вкладыши-бой выполнены в виде концовок, расположенных на противоположных торцах брикетов, и фрагментов брикетов.
3. Изделие по п.1 или 2, отличающееся тем, что концовки и фрагменты спеченного брикета выполнены на основе руды, содержащей свыше 75% железа.
4. Изделие по п.1, отличающееся тем, что вкладыши-бой выполнены фракционной крупностью от 1 мм до 20 мм.
5. Изделие по п.1, отличающееся тем, что брикет выполнен торообразной или параллелепипедной формы.
