Металлонасыщенные бетоны для защиты от электромагнитного излучения

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 691 699.88

Винницкий национальный технический университет

МЕТАЛЛОНАСЫЩЕННЫЕ БЕТОНЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Лемешев М.С.

Электромагнитное загрязнение окружающей среды - сравнительно новый экологический фактор, опасность которого быстро растет по мере развития и использования современных электронных технологий и систем, являющихся источниками электромагнитных излучений (ЭМИ).

Достоверно установлено, что организм человека реагирует как на изменения естественного геомагнитного поля, так и на воздействие электромагнитных излучений от технических источников [1-5]. Отрицательное влияние электромагнитного поля (ЭМП) на здоровье человека является предметом большого количества научных исследований. С каждым годом увеличивается количество научных данных, свидетельствующих о биологическом действии электромагнитных полей на человека, его иммунную и нервную системы. В связи с постоянным увеличением производства и использования электромагнитной энергии ее воздействие на все живые организмы будет увеличиваться.

Радиозащитные материалы для защиты от ЭМИ

Радиозащитные материалы (РЗМ) являются обычно сложными по своему составу. Их создают с использованием дисперсных металлов, углеродсодержащих добавок, ферритов и вяжущего 6. Ферритовые порошки наиболее широко применяемыми наполнителями экранирующих материалов. Связующим служат синтетические смолы или минеральные гидравлические вяжущие.

В Винницком национальном техническом университете начаты работы по созданию РЗМ на основе бетона электропроводного металлонасыщенного (бетэл-м). Бетэл-м плотной и особенно ячеистой структуры с использованием металлических шламов стал базовым материалом для создания радиопоглощающих и радиоэкранирующих изделий [6-8].

Образование пространственной объемной электропроводной матрицы обеспечивает электропроводный наполнитель, мелкодисперсный порошок шламу стали ШХ-15. За счет образования электропроводной матрицы бетэл-м владеет радиозащитными свойствами.

Металлический порошок, полученный на основе шлифовального шлама имеет ряд особенностей по сравнению с порошками, полученными с помощью других технологий. В процессе шлифования (абразивного истирания) при высоких температурах происходит процесс окисления металла, который иногда называют процессом его оксидирования [9-11]. На поверхности частиц стали ШХ-15 образуется три слоя, которые приблизительно соответствуют закиси железа (FeO), магнетиту (Fe3O4) и Fe2O3. радиозащитный электромагнитный излучение цементный

Под гомогенной оксидной пленкой образуется смешанная зона металла и оксидов. Шлифовальные шламы стали ШХ-15 необходимо рассматривать как специально подготовленный наполнитель для изготовления РЗМ по целому ряду причин:

Ш высокое содержание металла и его оксидов;

Ш наличие легирующих добавок;

Ш высокая дисперсность частиц (средний размер-(5-4,5)*10-6м, удельная поверхность (0,5-2)* 10-6 м2/кг);

Ш наличие закиси железа (FeO), магнетита (Fe3O4) и Fe2O3 в верхнем слое невостановленного шлама придает материалу ферромагнитные свойства, характерные для радиозащитных композиций;

Ш соизмеримость линейных температурных деформаций стали и цементного камня, дает возможность использовать композицию (сталь-цементный камень) в большом диапазоне температур;

Ш наличие адгезии между гидратными новообразованиями цемента и металлом, в отличие от углеродсодержаших проводниковых компонентов, обеспечивает стабильные электрофизические свойства.

Шлам стали ШХ-15 представляется возможным рассматривать, как многофазную систему, обладающую целым комплексом электрофизических свойств. При наличии в цементной связке такого наполнителя образуется композиционный материал, для которого характерны такие признаки, как гетерогенность, гетерофазность материалов, их многокомпонентность и, что очень важно для радиопоглощающих материалов, наличие большой поверхности раздела фаз между составляющими компонентами [12-15]. Необходимо отметить, что наличие в структуре объемной электропроводной матрицы мелкодисперсного шлама обеспечивает многократное переотражение, разсеивание ЭМИ с превращением в тепловую энергию. При этом возможны варианты трансформации электрофизических свойств ингредиентов в новые свойства, проявление свойств аддитивности.

Исследование радиозащитных свойств бетэла-м

Эффективность экранирования можно оценить суммой соответствующих составляющих, которая как правило выражается в децибелах:

Э= Эпогл + Эотр + Эм.отр

где Эпогл - поглощение экраном электромагнитной энергии; Эотр - отражение электромагнитной волны экраном ; Эм.отр - коэффициент, учитывающий многократные внутренние пepeoтражения волны от поверхностей экрана ( при Эпогл >10Дб коэффициент Эм.отр не учитывается) .

В результате проведенных исследований получили эффективность экранирования, поглощения и отражения металлонасыщенной цементной пасты бетэла-м в зависимости от частоты ЭМИ, структуры материала и концентрации шлама в композиционном материале (см. табл.1).

Таблица 1 Радиозащитные свойства металлонасыщенной цементной пасты

Как видно из табл. 1 независимо от структуры материла по мере увеличения концентрации шлама эффективность экранирования увеличивается, и вместе с ней увеличивается уровень поглощения и отражения ЭМИ. Необходимо отметить, что при уменьшении частоты излучения эффективность экранирования уменьшается, а при увеличении наоборот - увеличивается.

Таким образом бетэл-м плотной структуры можно отнести быстрее всего к радиоэкранирующим материалам: он обладает значительными отражающими и поглощающими свойствами от ЭМИ. Следует отметить, что необходимым условием радиопоглощающих материалов есть низкий коэффициент отражения. Ячеистый бетон выполняет это условие, однако обладает сравнительно низким поглощением по сравнению с плотним бетоном. Следовательно при комбинировании плотной и ячеистой структуры на основе бетэла-м можно получить эффективную радиопоглощающую конструкцию.

Изменяя электромагнитные характеристики материала (диэлектрическую, магнитную проницаемость) можно регулировать основные параметрами радиопоглощающих конструкций. Для снижения коэффициента отражения радиопоглощающие конструкции необходимо выполнять в виде шиповидной, пирамидальной или другой подобной конструкции.

Выводы

Металлический порошок, полученный на основе шлифовального шлама подшипникового производства следует считать специально подготовленным наполнителем для радиозащитных материалов.

Бетэл-м плотной структуры следует отнести к эффективным радиоэкранирующим материалам из-за сравнительно большого коэффициента отражения, ячеистый бетэл-м - к радиопоглощающему материалу.

Литература

1. Сердюк, В.Р. Технологічні особливості формування металонасичених бетонів для виготовлення радіозахисних екранів / В.Р. Сердюк, М.С. Лемешев, О.В. Христич // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. - 2007. - № 4. - С. 58-65.

2. Лемешев М.С. Теоретические предпосылки создания радио-поглощающего бетона бетела-м / М. С. Лемешев // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДДАБА. - 2005. -№1. - С. 60-64.

3. Лемешев М.С. Покриття із бетелу-м для боротьби з зарядами статичної електрики / М.С. Лемешев, О.В. Христич // Сучасні технології, матеріали і конструкції у будівництві: Науково-технічний збірник. - Вінниця: УНІВЕРСУМ, 2009. - С. 29-31

4. Сердюк В.Р. Радіозахисні покриття варіатропної структури із бетелу-м / В.Р. Сердюк, М.С. Лемешев // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. - 2008. - № 5. - С. 37-40.

5. Сердюк, В.Р. Строительные материалы и изделия для защиты от электромагнитного излучения радиочастотного диапазона / В.Р. Сердюк, М.С. Лемешев // Строительные материалы и изделия. - 2005. - №4. - С. 8-12.

6. Сердюк В. Р. Радіопоглинаючі покриття з бетелу-м / В.Р. Сердюк, М.С. Лемешев // Збірник наукових статей “Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди”. Рівне, 2005. - Випуск № 12. - С. 62-68.

7. Сердюк В.Р. Технологические приемы повышения радиопоглощающих свойств изделий из бетэла-м / В.Р.Сердюк М.С. Лемешев // Строительные материалы и изделия. - 2005. - №5. - С. 2 - 6.

8. Лемешев М.С. Антистатичні покриття із бетелу-м / М.С. Лемешев // Збірник наукових праць за матеріалами ІV Всеукраїнської науково-технічної конференції “Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві”. - Вінниця : ВНТУ. - 2004. - С. 217-223.

9. Лемешев М.С. Електропровідні бетони для антикорозійного захисту підземних інженерних мереж / М.С. Лемешев // Тези доповідей науково-технічної конференції “Індивідуальний житловий будинок”. - Вінниця: ВДТУ. - 1996. - С. 31.

10. Лемешев М.С. Активний метод захисту підземних металевих споруд від електричної корозії / М.С. Лемешев // Матеріали доповідей ІІ Республіканської науково-технічної конференції “ Індівідуальний житловий будинок”. - Вінниця: Континент, 1998. - С.121 -124.

11. Лемешев М.С. Формування структури електропровідного бетону під впливом електричного струму / М.С. Лемешев // Сучасні технології, матеріали і конструкції у будівництві: Науково-технічний збірник. - Вінниця: УНІВЕРСУМ - Вінниця. - 2006. - С. 36-41

12. Лемешев М.С. Формування структури бетелу-м в процесі твердіння під впливом змінного електричного струму / М. С. Лемешев // Матеріали доповідей ІІ Республіканської науково-технічної конференції “ Індівідуальний житловий будинок”. -Вінниця: Континент, 1998. - С.116-120.

13. Лемешев, М. С. Розробка радіозахисних будівельних матеріалів для захисту від електромагнітного випромінювання / М. С. Лемешев // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві: Збірник наукових праць за матеріалами V Всеукраїнської наук.-техн. конф. 1-3 березня 2005 року.- Вінниця:УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2006.- С.244-250.

14. Лемешев М.С. Встановлення основних технологічних факторів при електричному способі формування структури бетелу-м / М. С. Лемешев // Материалы 43 международного семинара по моделированию и оптимизации композитов “Моделирование и оптимизация в материаловедении”, МОК' 43. - Одесса: Астропринт, 2004. -С. 148.

Размещено на Allbest.ru