CC BY
23
Таблица 2
Значения осадок модели в процессе нагружения для третьей серии опытов
N, кН Рср, кПа Значения осадок для опытов, мм, для угла поворота составных элементов опорной плиты
0° 10° 10° 20° 30°
0 0 0 0 0 0 0
20,0 74,07 1,23 1,46 1,27 1,28 1,25
40,0 148,15 2,68 3,06 3 2,63 2,8
60,0 222,22 4,15 4,71 4,69 4,11 4,45
80,0 296,30 5,54 6,41 6,33 5,52 6,09
100,0 370,37 6,97 7,98 7,96 7,06 7,69
120,0 444,44 8,47 9,47 9,52 8,59 9,25
140,0 518,52 10,01 11,03 11,04 10,06 10,88
160,0 592,59 11,55 12,56 12,49 11,42 12,48
180,0 666,67 13,28 14,16 14,03 13,14 14,15
200,0 740,74 15,05 15,9 15,62 14,68 15,99
220,0 814,81 17,19 17,83 17,38 15,77 18,09
240,0 888,89 19,55 19,78 19,46 17,94 21
260,0 962,96 22,2 22,26 21,84 19,36
280,0 1037,04 26,63 25,78 25,29 22,04
300,0 1111,11 24,56
Предельное давление, кПа 1074 1081 1101 1191 940
Анализ экспериментальных данных для серии опытов с моделями фундаментов с поворотом составных элементов опорной плиты показывает, что наибольшее значение величины несущей способности основания достигается для случая поворота плит на угол 20°, см. рис. 2. Максимальное значение осадки 24,56 мм. Величина предельного давления при этом составляет 1191 кПа. Значение предельного давления
увеличилось на 9,8 % для случая модели с поворотом элементов опорной плиты на угол 20° по сравнению со случаем без поворота.
Р, кПа
0 200 400 600 800 1000 1200
Рис. 2. График осадок третьей серии экспериментов для моделей с ломаным очертанием опорной плиты
Выводы
1. Проверена работоспособность и эффективность конструкций сборных фундаментов с опорной плитой состоящей из трех элементов.
2. На основании экспериментальных исследований работы моделей фундаментов, отличающихся поворотом составных элементов опорной плиты, установлено, что наибольшее значение величины несущей способности основания достигается для случая поворота плит на угол 20°.
Литература
1. Мурзенко Ю.Н. Испытательная машина МФ-1 для экспериментальных исследований оснований и фундаментов // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1965. № 10.
Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт) 21 ноября 2006 г.
УДК: 539.16:691
ЭМАНИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ РАДОНА МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ
© 2007 г. В.И. Павленко, Ю.В. Ветрова, П.В. Матюхин
Природные источники ионизирующего излучения вносят основной вклад в дозу облучения населения. Средняя эффективная эквивалентная доза, обусловленная природными источниками, составляет около 2/3 дозы от всех источников ионизирующего излуче-
ния, воздействующих в настоящее время на человека [1].
От 40 до 90 % излучения обусловлено радоном и его а-активных короткоживущих изотопов - торона и актинона [2, 3]. Радиоактивные газы радон, торон и
актинон образуются в горных породах и минералах при а-распаде естественных изотопов радия [4]:
288 Яа^ 4 Не+ 28б(радон), Т1/2= 3,825 сут; 288 Яа^ 4 Не+ 220 Тп (торон), Т1/2= 54,5 с;
228 Яа^ 2 Не+ 219 Ап (актинон), Т1/2= 3,92 с.
Наибольшую радиационную опасность представляет более долгоживущий радон. Согласно НРБ-99, объемная активность радиоизотопа радона в воздушной среде помещений в строящихся зданиях не должна превышать 100 Бк/м3, а в существующих - 200 Бк/м3.
В производственных помещениях предприятий по производству строительных материалов обусловленная радоном активность воздушной среды, как правило, значительно превышает этот уровень, что объясняется существенным возрастанием концентрации радона и его дочерних продуктов в местах, где происходит дробление, измельчение и термическая обработка минерального сырья.
Атомы радона, образующиеся в минералах при распаде радия, находятся в междуузлиях кристаллической решетки основного вещества. Дефектность структуры (микро- и макротрещины), образовавшаяся в процессе переработки минерального сырья, приводит к диффузии радиоактивного газа в направлении его пониженной концентрации, т. е. в окружающую газовую среду.
Коэффициент эманирования радона для бетона значительно больше, чем для многих других видов строительных материалов [4]. В связи с этим проведение исследований по эманации радона из горного сырья, используемого для производства бетона, является актуальной задачей.
Основными видами сырья, используемого для производства бетона, как известно, являются кварцевые пески, граниты, портландцемент, керамзитовый гравий.
В работе исследовано минеральное горное сырье, добытое в карьерах Белгородской области. Кварцевые пески Волоконовского и Нижне-Ольшанского месторождений относятся к группе средне- и мелкообломочных пород с размерами обломков от долей миллиметра до 2 мм.
Средний химический состав песков (% по массе):
- Нижне-Ольшанского карьера: 8Ю2 - 92,4; А12О3 - 2,36; Бе2О3 - 0,77; СаО - 1,88; М^ - 0,2; 8О3 - 0,05; п.п.п. - 2,34;
- Волоконовского карьера: 8Ю2 - 93,37; А12О3 - 2,08; Бе2О3 - 0,71; СаО - 1,73; М^ - 0,21; п.п.п. - 1,90.
Минералогический состав кварцевого песка:
- Нижне-Ольшанского карьера: кварц 92 %, полевой шпат, мусковит;
- Волоконовского карьера: кварц 93 % с глинистыми минералами.
Широко используемые в стройиндустрии граниты Яковлевского подземного рудника железных руд по минералогическому составу соответствуют розовато-зеленовото-серым плагиогранитам [5]. Химическая
характеристика: 8Ю2 - 69,96; А12О3 - 15,80; Бе2О3 - 2,03; СаО - 2,63; МgО - 0,45; ТЮ2 - 0,15; №20 - 4,82; К20 - 4,82; Р205 - 0,036; п.п.п. - 1,16. Породообразующие минералы плагиогранитов: кислый плагиоклаз; кварц; микроклин; биотит.
Выполнены исследования по эманации радона из ПЦ500Д0, выпускаемого Белгородским цементным заводом. Минералогический состав портландцемент-ного клинкера (% по массе): С28 - 19,27; С38 - 59,60; С3А - 5,42; СА - 13,51; Са804 - 0,38; - 0,81. Химический состав песков клинкера (% по массе): 8Ю2 - 22,41; А12О3 - 4,89; Бе2О3 - 4,45; СаО - 66,09; МgО - 0,81; 8О3 - 0,23; Я20 - 0,90.
Произведены исследования радиационной безопасности керамзитового гравия марки М400(П50), выпускаемого АО «Керамзит» (г. Белгород).
Общую радиоактивность и удельную эффективную активность 226Яа определяли у-спектромет-рическим методом на установке «Гамма радиометр РУГ-91М. АДАНИ», а объемную активность радона на установке «Радиометр радона РРА-01М». Исследования выполнены в аккредитованной в ВНИИФТРИ лаборатории радиационного контроля «Спектр» БГТУ им. В.Г. Шухова.
В таблице приведены данные радиационных исследований ряда горных пород, используемых при производстве строительного бетона в зависимости от дисперсности сырья.
Удельная радиоактивность радия (Ауд226Ка), общая суммарная эффективная активность (Аэфф) и объемная активность радона (Л0222Ки) в зависимости от дисперсности сырья для изготовления бетона
Размер фракций, мм Ащ 226 Ra, Бк/кг Аэфф, Бк/кг AO222Rn, Бк/м3
Песок кварцевый (Волоконовский)
0,3 - 0,5 18,26 18,26 69,22
0,5 - 0,8 15,42 15,42 58,59
Песок кварцевый (Нижне-Ольшанский)
0,3 - 0,5 16,6 22,77 63,75
0,5 - 0,8 15,20 19,255 39,5
Щебень гранитный
1 - 3 224,3 374,5 90,5
3 - 6 201,3 388,8 107
Керамзитовый гравий
0 - 5 109,15 170,63 38
> 5 104,33 281,26 21,7
Портландцемент М500Д0
- 57,14 75,26 21
Наибольшей суммарной эффективной радиоактивностью обладает горное сырье, преимущественно мелкой фракции, кроме гранита. Обращает на себя
внимание повышение активности радионуклида 226Яа - источника радона 222Яп в более мелких фракциях всего ряда исследованного горного сырья.
Наиболее высокая эманирующая способность радона проявляется в гранитном минеральном сырье, что свидетельствует о более высоком содержании в нем радионуклида 226Яа. Эманирующая способность радона из кварцевого песка и керамзитового гравия возрастает в наиболее мелких фракциях.
Анализ проведенных исследований показал, что кварцевый песок, керамзитовый гравий, портландцемент являются низкорадиоактивными и соответствуют первому, а щебень гранитный - второму классу радиационной безопасности.
Эманирующая способность радона из исследованного минерального сырья при нормальной температуре (около 25 °С) может быть преставлена в раду активности:
Портландцемент < керамзитовый гравий < песок кварцевый < щебень гранитный.
Показатели по активности радона в исследованном сырье при нормальной температуре практически укладываются требованиям НРБ-99
Эффективная активность радона из кварцевого песка и гранита различных фракций возрастает при увеличении температуры термообработки сырья.
При термоактивации песка в диапазоне температур 300 - 600 °С, происходит увеличение эманирую-щей способности радона (с 40 до 160 Бк/м3), а при дальнейшем увеличении температуры (до 900 °С) эманирующая способность снижалась. Максимальная эманация радона из кварцевого песка Нижне-Ольшанского и Волоконовского месторождения достигала 160 Бк/м3 и 125 Бк/м3 соответственно. Скорость эманации радона из кварцевого песка при его термообработке меняется неравномерно. Максимальная скорость эманирования радона наблюдалась в интервале температур 450 - 600 °С.
При повышении температуры термообработки гранита от 20 до 100° С активность радона в окружающей газовой среде возрастает от 70 Бк/м3 (мелкие фракции) и 120 Бк/м3 (крупные фракции) при 20° С до 80 Бк/м3 (мелкие фракции) и 135 Бк/м3 (крупные фракции) при 100° С.
В интервале температур 100 - 900 °С термообработки гранита эманирующая способность радона интенсифицируется. Максимальная активность его наблюдалась для наиболее крупной фракции гранита (8 - 12 мм) и достигала 160 Бк/м3 при 400 °С и 265 Бк/м3 при 900 °С, т.е. произошло увеличение эманирующей способности радона в 2,2 раза.
Таким образом, повышение температуры термообработки гранита стимулирует его эманирующую способность, по-видимому, за счет диффузионных процессов и механического разрушения гранита при термоударе, что подтверждается микроскопическим методом. При температуре выше 400 °С на поверхности гранита образуются микроскопические трещины (рис. 1).
^ • Г*
^.У ' 1
а б
Рис. 1. Поверхность гранита под микроскопом (х 400): а - до термообработки; б - после термообработки (400 °С)
Важно было выявить и вклад в радоновую составляющую вяжущего компонента - портландцемента.
При термообработке портландцемента в интервале температур 100 - 950 °С наблюдались температурные участки изменения эманирующей способности радона (рис. 2). При минимальных температурах в области 130 и 180 °С наблюдался эмалирующий всплеск радона, что может быть обусловлено структурно-фазовыми превращениями в кристаллической решетке (а и Р-Са804). Эманирация радона в портландцементе в области 130 - 180 °С составляла 30 Бк/м3.
Максимальная эффективная активность радона наблюдалась в диапазоне температур 600 - 950 °С.
АО 222Кп, Бк/м3 100 '
80 ■
60 -40
20 ■
Н
Таким образом, максимальная эманирующая способность радона наблюдается при структурно -фазовых и полиморфных превращениях кристаллической решетки, происходящих при нагревании материала, и данный процесс сопровождается усилением макро- и микродефектностью твердого тела и отдельных кристаллов.
Литература
1. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений. М., 1989.
2. Маренный А.М., Савкин М.Н., Шинкарев С.М. Модель для
оценки коллективной дозы облучения населения России от радона // АНРИ. 1999. № 4. С. 4-11.
3. Польский О.Г., Голубкова А.И. и др. Радоновая составляющая радиационного фона помещений жилых домов на территории г. Москвы // АНРИ. 1999. № 2. С. 10-20.
4. Гусев Н.Г., Дмитриев П.П. Радиоактивные цепочки: Справочник. М., 1978.
5. Петрографический словарь / Под ред. В.П. Петрова. М.,
1981.С. 81.
17 ноября 2006 г.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Рис. 2. Изменение активности радона в цементе при термообработке
