Investigation of Radiation Shielding Performance of Perlite and Pumice Aggregate Polymer Concretes

Abstract

The use of polymer concretes in civil engineering applications is increasing day by day due to their high strength as well as impermeability properties to environmental effects and liquid contact. In this context, it is very important that the polymer concretes produced can be used for different purposes. In this study, the radiation shielding performances of polymer concretes produced by mixing polyester resin with perlite and pumice aggregates in the ratio of 0%, 15%, 30% and 45% by volume were investigated experimentally and theoretically. Radiation shielding properties of polymer concretes under the effect of gamma radiation were calculated experimentally using ⁶⁰Co and ¹⁵²Eu radioactive sources and theoretically using XCOM program. Radiation attenuation coefficients were determined for each polymer concrete sample. Finally, the relationships of the findings obtained from the experimental study and the theoretical calculation with each other were considered comparatively and it was revealed that the obtained findings were in harmony with each other.

Keywords

• Polymer concrete
• Aggregate
• Gamma
• Radiation shielding
• Attenuation coefficient
• XCOM

Perlit ve Pomza Agregalı Polimer Betonların Radyasyon Zırhlama Performanslarının Araştırılması

Abstract

Polimer betonların inşaat mühendisliği uygulamalarında kullanımı yüksek mukavemetlerinin yanı sıra çevresel etkilere ve sıvı temasına karşı geçirimsizlik özelliklerinden dolayı her geçen gün artmaktadır. Bu kapsamda üretilen polimer betonların farklı amaçlar için de kullanılabilirlikleri büyük öneme sahiptir. Bu çalışmada, polyester reçine ile hacimce %0, %15, %30 ve %45 oranlarında perlit ve pomza agregalarının karıştırılmasıyla üretilen polimer betonların radyasyon zırhlama performansları deneysel ve teorik olarak araştırılmıştır. Polimer betonların gama radyasyonu etkisi altındaki radyasyon zırhlama özellikleri deneysel olarak ⁶⁰Co ve ¹⁵²Eu radyoaktif kaynakları kullanılarak, teorik olarak ise XCOM programı ile hesaplanmış, her bir polimer beton numunesi için radyasyon zayıflatma katsayıları belirlenmiştir. Son olarak yapılan deneysel çalışmadan ve teorik hesaplamadan elde edilen bulguların birbirleri ile ilişkileri karşılaştırmalı olarak ele alınmış ve elde edilen bulguların birbirleri ile uyum içerisinde olduğu ortaya çıkmıştır.

Keywords

• Polimer beton
• Agrega
• Gama
• Radyasyon zırhlama
• Zayıflatma katsayısı
• XCOM

References

1. [1] Ş. Kılınçarslan, “Barit agregalı ağır betonların radyasyon zırhlamasındaki özellikleri ve optimal karışımlarının araştırılması,” Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, 2004.
2. [2] A. Küçükkılınç, “Samsun ilindeki bazı yapı malzemelerinin gama soğurma özelliklerinin incelenmesi,” Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Samsun, 2019.
3. [3] Z. M. Doğan, “Limonit ve siderit agregalarının ağır beton üretiminde kullanılabilirliğinin araştırılması,” Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fırat Üniversitesi, Elazığ, 2012.
4. [4] B. Akyol, “Radyoterapi merkezi inşaatlarında malzeme seçiminin tasarıma etkisinin araştırılması,” Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, 2015.
5. [5] A. Akkaş, “Alüminyum-Bor-Karbür kompozit malzemelerin radyasyon karşısındaki davranışının belirlenmesi, XCOM bilgisayar programı ile incelenmesi ve yeni bir hibrit kompozit radyasyon zırh malzemesi önerisi,” Doktora Tezi, Enerji Enstitüsü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2015.
6. [6] S. Özen, “Denge ağırlığı ve radyasyonlu ortamlarda zırh işlevi amacına yönelik ağır beton tasarımı,” Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Uludağ Üniversitesi, Bursa, 2013.
7. [7] H. Ertaş, “Kurşun madeni atıklarının radyasyon zırhlama etkilerinin araştırılması,” Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gümüşhane Üniversitesi, Gümüşhane, 2014.
8. [8] E. Bakırhan, “Kurşun maden atığı katkılı ağır betonların radyasyon soğurma katsayılarınınewqrfdcvf 662-1460 keV enerji aralığında incelenmesi,” Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gümüşhane Üniversitesi, Gümüşhane, 2017.

9. [9] Ş. Kılınçarslan ve A. Seven, “Baritli hazır sıva kaplamalarının radyasyon zırh malzemesi olarak kullanımının araştırılması,” Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 18(3), 9-14, 2014.
10. [10] Ş. Biber Temircik, “Yapı Malzemelerinin Radyasyon Geçirgenliği ve Mühendislik Özelliklerinin Araştırılması,” Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Kahramanmaraş, 2015.
11. [11] A. Sharma, M. I. Sayyed, O. Agar, M. R. Kaçal, H. Polat, and F. Akman, “Photon-shielding performance of bismuth oxychloride-filled polyester concretes,” Mater. Chem. Phys., 241, 1-9, 2020.
12. [12] O. Gencel, W. Brostow, C. Ozel, and M. Filiz, “Concretes containing hematite for use as shielding barriers,” Mater. Sci., 16 (3), 1392–1320, 2010.
13. [13] İ. B. Topçu ve A. Uğurlu, “Barit ile üretilmiş ağır betonlar üzerine bir çalışma,” Türkiye Mühendislik Haberleri (TMH), 474 (4), 51-57, 2012.
14. [14] I. M. Nikbin, R. Mohebbi, S. Dezhampanah, S. Mehdipour, R. Mohammadi, and B. Nejat, “Gamma ray shielding properties of heavy-weight concrete containing nano-TiO2,” Radiat. Phys. Chem., 162, 157–167, 2019.
15. [15] Ç. Akkaya Özden, “Polimer betonların donma - çözülme etkisine dayanıklılığı,” Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Namık Kemal Üniversitesi, Tekirdağ, 2010.
16. [16] A. Douba, M. Genedy, E. N. Matteo, U. F. Kandil, J. Stormont, and M. M. Reda Taha, “The significance of nanoparticles on bond strength of polymer concrete to steel,” Int. J. Adhes. Adhes., 74, 77-85, 2017.
17. [17] T. Özturan, “Özel betonlar,” Hazır Beton Dergisi, 118, 70-82, 2013.
18. [18] O. Soykan, C. Öcal, C. Özel, A. Eren ve O. Çelik, “Deprem sonrası betonarme elemanların polimer beton ile onarım ve güçlendirilmesi,” Uluslararası Burdur Deprem ve Çevre Sempozyumu (IBEES2015), Burdur, 2015, s. 227-232.
19. [19] TS EN 12390-7, “Beton - Sertleşmiş Beton Deneyleri - Bölüm 7: Sertleşmiş Betonun Yoğunluğunun Tayini,” Türk Standartları Enstitüsü (TSE), 14 s., Ankara, 2019.
20. [20] M. J. Berger, J. H. Hubbell, S. M. Seltzer, J. Chang, J. S. Coursey, R. Sukumar, D. S. Zucker, and K. Olsen, “XCOM: Photon cross section database,” National Institute of Standards and Technology (NIST), Gaithersburg, USA, 2010.