ISSN:
Website: www.jomc.vn
Nghiên cứu chế tạo bê tông chịu nhiệt cản xạ sử dụng cốt liệu nặng và hệ kết dính PC40–CA50
Tóm tắt
Nghiên cứu nhằm chế tạo bê tông chịu nhiệt cản xạ sử dụng cốt liệu nặng và hệ chất kết dính hỗn hợp PC40–CA50, đáp ứng đồng thời yêu cầu về tính công tác, khối lượng thể tích, cường độ nén ở điều kiện thường, cường độ nén sau tác động nhiệt và khả năng cản bức xạ gamma. Cấp phối được tính theo phương pháp thể tích tuyệt đối; cốt liệu quặng magnetit–hematit được gia công thành hai cấp hạt 0–5 mm và 5–20 mm. Ảnh hưởng của tỷ lệ cốt liệu lớn/cốt liệu nhỏ, hàm lượng chất kết dính, loại cốt liệu, tỷ lệ PC40/CA50, cốt liệu chịu lửa, tro bay và meta cao lanh được khảo sát. Mẫu được xác định độ sụt, khối lượng thể tích, cường độ nén ở trạng thái tự nhiên, sau sấy, sau nung 600 °C. Khả năng cản gamma được đo bằng nguồn Co-60 ở mức năng lượng 1,17 MeV và 1,33 MeV; chiều dày lớp giảm một nửa (half-value layer, HVL) tại mức năng lượng 1,25 MeV được nội suy từ hệ số suy giảm tuyến tính. Thành phần pha và vi cấu trúc được khảo sát bằng nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả xác định tỷ lệ thể tích cốt liệu lớn/cốt liệu nhỏ 55/45 và tổng chất kết dính 385 kg/m³ là phù hợp. Cấp phối CP12 chứa 308 kg/m³ PC40 và 77 kg/m³ CA50 đạt độ sụt 60 mm, khối lượng thể tích 28 ngày 3.615 kg/m³, cường độ nén 28 ngày 38,8 MPa, cường độ sau nung 600 °C 33,8 MPa, tỷ lệ cường độ nén dư 79,1% và bê tông không rạn nứt sau nung. HVL tại 1,25 MeV tăng từ (3,29 ± 0,18) cm ở trạng thái tự nhiên lên (3,54 ± 0,21) cm sau nung. Ảnh chụp SEM cho thấy mẫu chỉ dùng PC40 xuất hiện vết nứt nhỏ bên trong sau nung, trong khi trường ảnh của hệ PC40–CA50 không ghi nhận vết nứt. Trong phạm vi khảo sát, CP12 được lựa chọn làm cấp phối nền; mức thay thế 10% tro bay hoặc 10% meta cao lanh cho hiệu quả tổng hợp khả quan nhất về cường độ và khả năng duy trì cường độ sau khi chịu tác động nhiệt.
Tài liệu tham khảo
- International Atomic Energy Agency (IAEA), Radiation Protection Aspects of Design for Nuclear Power Plants, IAEA Safety Standards Series No. NS-G-1.13. Vienna: IAEA, 2005.
- A. M. Onaizi et al., “Radiation-shielding concrete: A review of materials, performance, and the impact of radiation on concrete properties,” Journal of Building Engineering, vol. 97, 110800, 2024.
- S. O. Ekolu and M. A. Ramushu, “Material selection and mix design of radiation shielding concrete,” in Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting IV, 2016, pp. 404–410.
- C. Thomas, J. Rico, P. Tamayo, F. Ballester, J. Setién, and J. Polanco, “Effect of elevated temperature on the mechanical properties and microstructure of heavy-weight magnetite concrete with steel fibers,” Cement and Concrete Composites, vol. 103, pp. 80–91, 2019.
- K. Sakr and E. El-Hakim, “Effect of high temperature or fire on heavy weight concrete properties,” Cement and Concrete Research, vol. 35, no. 3, pp. 590–596, 2005.
- X. Huang, Z. Chen, Q. Tao, L. Xie, D. Jin, and D. Wu, “Effect of magnetite concrete on splitting tensile strength and gamma ray shielding performance exposed to repeated heating at high temperature,” Materials, vol. 16, no. 7, 2592, 2023.
- D. Madeja et al., “Effect of temperature on gamma radiation shielding capabilities of bauxite-based refractory concrete,” Cement and Concrete Composites, vol. 152, 105608, 2024.
- L. Luo et al., “Effects of high temperatures on the splitting tensile strength and gamma ray shielding performance of radiation shielding concrete,” Construction and Building Materials, vol. 343, 127953, 2022.
- E. Horszczaruk, P. Sikora, and P. Zaporowski, “Mechanical properties of shielding concrete with magnetite aggregate subjected to high temperature,” Procedia Engineering, vol. 108, pp. 39–46, 2015.
- ASTM International, ASTM C637-26: Standard Specification for High-Density Aggregates for Concrete. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2026.
- GOST R 70222-2022, Extra heavy-weight concretes. Specifications.
- GOST 20910-2019, Refractory concretes – Specifications.
- ACI 304.3R-20, Heavyweight Concrete: Measuring, Mixing, Transporting, and Placing. ACI Committee 304.
- ACI PRC-211.1-22, Selecting Proportions for Normal-Density and High-Density Concrete Guide. ACI Committee 211.
- H. Shiraishi, “Measurement of γ-ray attenuation in matter” (E4).
- Berger, M. J., & Hubbell, J. H. (1987). XCOM: Photon Cross Sections on a Personal Computer. NBSIR 87-3597, National Bureau of Standards, Gaithersburg, MD. DOI: 10.6028/NBS.IR.87-3597.
- JCGM 100:2008, Evaluation of measurement data – Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM), mục 5.1.
- T. C. Ling and C. S. Poon, “High temperatures properties of barit concrete with cathode ray tube funnel glass,” Fire and Materials, vol. 38, no. 3, pp. 385–397, 2014.
- A.-L. Beaucour et al., “Influence of elevated temperature on properties of radiation shielding concrete with electric arc furnace slag as coarse aggregate,” Construction and Building Materials, vol. 256, 119385, 2020.
- M. A. Tantawy, “Effect of High Temperatures on the Microstructure of Cement Paste,” Journal of Materials Science and Chemical Engineering, vol. 5, no. 11, pp. 33–48, 2017.
- ISO 4037-1:2019, Radiological protection — X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of photon energy — Part 1: Radiation characteristics and production methods.