High density eco-concrete for radiation shielding

Autor: Tamayo Castañeda, Pablo
Přispěvatelé: Thomas García, Carlos, Rico Arenal, Jokin, Universidad de Cantabria
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: UCrea Repositorio Abierto de la Universidad de Cantabria
Universidad de Cantabria (UC)
Popis: RESUMEN: La búsqueda de materiales de construcción más sostenibles, capaces de cumplir con estándares de calidad y políticas de innovación vigentes, orientadas al ahorro natural recursos y la reducción de la contaminación global, es uno de los mayores desafíos. El hormigón con áridos siderúrgicos tiene un inconveniente principal, que es una alta densidad. Esta alta densidad, sin embargo, lo hace ideal como un escudo contra la radiación electromagnética ionizante (gamma). Otro tipo de radiación ionizante es la de neutrones, que pueden ser efectivamente atenuados por partículas de masa similar como hidrógeno (un protón). En el hormigón, el hidrógeno solo está presente en la hidratación del cemento, por lo que la cantidad de cemento es una variable fundamental a la hora de atenuar los neutrones rápidos incidentes. Cuando se tienen en cuenta ambos tipos de radiación, gamma y neutrones, existe una dicotomía entre aumentar la densidad y aumentar la cantidad de cemento, ya que aumentar uno vuelve a disminuir el otro. En esta tesis doctoral, las propiedades de blindaje del hormigón que utiliza árido calizo, siderúrgico y árido de magnetita especializado, estableciendo que el árido siderúrgico ofrece un comportamiento intermedio entre el árido de calizo y el árido especializado. Además, una casuística tiene propuesto que incluye cómo la variación en la cantidad de cemento de 260‐ 420 kg/m3 y la variación de la relación a/c de 0,39-0,55 afecta la atenuación de radiación gamma y neutrónica para cada dosificación de hormigón, obteniendo numerosas relaciones. Para completar esta tesis, una caracterización previa, completa y necesaria de las dosificaciones de hormigón desarrolladas (propiedades físico-mecánicas y durabilidad) se ha realizado. Finalmente, para extender y cerrar el ciclo de vida del hormigón, un hormigón con árido reciclado ha sido diseñado y fabricado con áridos de hormigón con áridos siderúrgicos para desarrollar un hormigón más sostenible si es posible. Los resultados han mostrado excelentes resultados en comparación con el hormigón calizo de referencia incluso para sustituciones de 100% del árido grueso, lo que garantiza que se pueda dar una segunda vida a este hormigón. ABSTRACT: The search for more sustainable construction materials, capable of complying with quality standards and current innovation policies, aimed at saving natural resources and reducing global pollution, is one of the greatest present societal challenges. Concrete with siderurgical aggregates has a main drawback, which is a high density. This high density, however, makes it ideal as a shield against ionizing electromagnetic radiation (gamma) since a greater accumulation of matter increases the probability of interaction of the particle with photons and thus reducing its energy. Another type of ionizing radiation is neutrons, which can be effectively attenuated by particles of similar mass such as hydrogen (a proton). In concrete, hydrogen is only present in cement hydration products, so the amount of cement is a fundamental variable when it comes to attenuating incident fast neutrons. When both types of radiation, gamma and neutrons are taken into account, there is a dichotomy between increasing density and increasing quantity of cement, since increasing one revert to decreasing the other. In this doctoral thesis, the shielding properties of concrete that use limestone aggregate, siderurgical aggregate and specialized magnetite aggregate have been evaluated, establishing that the siderurgical aggregate offers an intermediate behavior between the limestone aggregate and the specialized aggregate. In addition, a casuistry has been proposed that includes how the variation in the quantity of cement of 260-420 kg/m3 and the variation of the w/c ratio of 0.39-0.55 affects the attenuation of gamma and neutron radiation for each concrete mix, obtaining numerous relations. To complete this thesis, a previous, complete and necessary characterization of the concrete mixes developed (physical-mechanical properties and durability) has been carried out. Finally, to extend and close the life cycle of concrete, recycled aggregate concrete has been designed and manufactured with siderurgical aggregates to develop a more sustainable concrete if possible. The results have shown excellent behavior compared to the reference limestone concrete even for replacements of 100% of the coarse aggregate, which guarantees that it is possible to give a second life to this concrete. This research was co-financed by the European Regional Development Fund (ERDF) and the Ministry of Economy, Industry and Competitiveness (MINECO) within the framework of the project RTC-2016-6693-5 “Development of optimized electric arc furnaces slags valorization processes and concrete development and bituminous mixtures for high-value-added applications” and in collaboration with the company INGECID and the department LADICIM (University of Cantabria).
Databáze: OpenAIRE
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