Цементы на основе композиций системы BaO – Al2O3 – Fе2O3 для защиты от электромагнитного излучения

Abstract

RU: Диссертация посвящена вопросам создания новых эффективных цементов на основе композиций системы BaO – Al2O3 – Fe2O3 для защиты от электромагнитного излучения. Сформирована база термодинамических данных, проведена теоретическая оценка направленности и установлена вероятность протекания комплекса твердофазных реакций в системе BaO – Al2O3 – Fe2O3. Теоретически и экспериментально доказана стабильность коннод системы до 1300 ºС. Доказано существование двух тройных соединений в системе в виде ряда твердых растворов. Проведена полная триангуляция системы BaO – Al2O3 – Fe2O3 при температуре 1300 ºС. Рассчитаны и проанализированы геометро-топологические характеристики системы с учетом разбиения ее на 12 элементарных треугольников. Определена концентрационная область системы BaO – Al2O3 – Fe2O3, ограниченная фазами ВаAl2О4 – BaAl12O19 – BaFе12О19 и перспективная для получения специальных защитных цементов. Разработаны физико-химические основы получения новых специальных цементов из сырьевой смеси, состоящей из углекислого бария, глинозема и оксида железа (III). Получены барийсодержащие цементы, которые являются высокопрочными – до 54 МПа; быстросхватывающимися – начало схватывания 35 – 50 мин, конец – 1 час 20 мин – 1 час 40 мин; быстротвердеющими – прочность при сжатии в возрасте 3 суток твердения – до 22,7 МПа; вяжущими воздушного твердения с низким водоцементным отношением 0,12 – 0,14. Установлены особенности протекания процессов фазообразования в барийсодержащем клинкере рационального фазового состава: ВaAl2O4 (20 масс. %) – BaFе12O19 (80 масс. %). Выявлено, что твердофазные реакции клинкерообразования начинают протекать с заметной скоростью выше температуры 800 ºС и полностью завершаются при температуре 1000 ºС. Определено, что для всех значений температур скорость суммарного взаимодействия близка к линейной функции и преобладающую роль в механизме выполняют диффузионные процессы. Исследованы процессы гидратации барийсодержащего цемента и установлены основные продукты гидратации, включающие совокупность гидроалюминатов бария различной основности, что определяет высокие прочностные и эксплуатационные свойства цементного камня. Проведены испытания ферромагнитных свойств полученных барийсодержащих цементов: остаточная индукция – 0,21 Тл; коэрцитивная сила – 340 кА/м; удельное электрическое сопротивление – 1,5·105; температура Кюри составляет 465 °С. Полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что данные цементы могут использоваться в качестве связки при производстве ферромагнитных материалов, а также при получении защитных композиционных материалов различной конфигурации. По результатам опытно-промышленных испытаний на базе лаборатории ООО «Кермет-У» бетонных образцов, полученных на основе разработанного барийсодержащего цемента с ферромагнитными свойствами и гексаферрита бария как заполнителя, установлено, что полученные бетоны обладают достаточно высокой прочностью, необходимым комплексом ферромагнитных характеристик и могут быть рекомендованы как защитные композиционные материалы сложной формы. Проверена возможность применения барийсодержащего цемента рационального фазового состава и бетона на его основе в качестве штукатурного материала для уменьшения воздействия электромагнитного излучения на персонал и технические объекты. В результате исследования установлено, что полученные материалы обладают высокими показателями экранирования электромагнитного излучения (до 27 дБ) в диапазоне частот 80 – 100 кГц.

EN: The dissertation is devoted to the problems of creation of new cements based on the compositions of BaO – Al2O3 – Fe2O3 system for the protection from electromagnetic radia-tion. The special cements obtaining was proceded by the theoretical study of the three-component system BaO – Al2O3 – Fe2O3 in the subsolidus region. Thermodynamic estima-tion of solid-phase reactions in the system has been fulfilled; geometro-topological characteristics of system phases has been given; the existence of two ternary compounds in the system as a number of solid solutions has been proved. Based on the conducted theoretical studies barium-containing cements have been obtained. They proved to be high-strength – compressive strength is up to 54 MPa after 28 days of hardening; quick-setting ones – the start of seizing is 30 – 50 min, the end is 1h 20 min – 1 h 40 min; quickly hardening – compressive strength sfter 3 days is up to 22,7 MPa; binders of air-hardening with low water-cement ratio – 0,12 – 0,14; coercive force – 340 kA/m; electrical resistance – 1,5·105 Ohm·m; Curie temperature is equal to 465 °С. Concretes based on the developed barium-containing cement and barium hexaferrite as a aggregate have high characteristics of electromagnetic radiation screening in the frequency range of 80 – 100 кGz.