автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Эффективный серпентинитовый бетон "сухой" радиационно-тепловой защиты реактора ВВЭР

На правах рукописи

Есенов Амра Владимирович

ЭФФЕКТИВНЫЙ СЕРПЕНТИНИТОВЫЙ БЕТОН «СУХОЙ» РАДИАЦИОННО-ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ РЕАКТОРА ВВЭР

Специальность: 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 о ДЕК 2014

Москва - 2014

005556925

005556925

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Пустовгар Андрей Петрович

Официальные оппоненты: Барабаш Дмитрий Евгеньевич, доктор

технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

архитектурно-строительный университет», профессор кафедры «Строительные конструкции, основания и фундаменты им. профессора Ю.М. Борисова»

Тарасов Роман Викторович, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», декан технологического факультета

Ведущая организация: - Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тверской государственный технический университет»

Защита состоится «26»декабря 2014 г. в 12часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.138.02, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. 420УЛК. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» www.mgsu.ru Автореферат разослан ^¿-юХ^ 2014 г.

Ученый секретарь ^ () Алимов Лев Алексеевич

диссертационного совета.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Шахта реактора воспринимает статические и

динамические нагрузки от оборудования АЭС (корпус реактора, активная зона,

СУЗ, и др.) и является несущей строительной конструкцией реакторного

отделения, выполненной из обычного железобетона. Между бетонной шахтой

реактора и металлическим корпусом устраивается радиационно-тепловая

защита из серпентинитового бетона («сухая» защита), предназначенная для

снижения потоков радиационных излучений, температурных нагрузок на

конструкции шахты реактора и обеспечения работы системы внекорпусного

контроля мощности реактора.

Накопленный опыт при строительстве АЭС показал, что применяемый в

«сухой» защите серпентинитовый бетон обладает низкой технологичностью и

не гарантирует отсутствие дефектов в виде каверн и пустот в затвердевшем

бетоне. Дополнительно, для безопасной эксплуатации «сухой» защиты,

необходима сушка затвердевшего бетона для удаления остаточной, не связанной

воды, что значительно увеличивает сроки строительства и усложняет

технологию возведения «сухой» защиты.

Решение задачи получения эффективных серпентинитовых бетонов с

сохранением требуемых технических характеристик возможно за счет

комплексного использования воздушной извести и суперпластификаторов на

основе эфиров поликарбоксилатов.

Работа выполнена в соответствии с локальным проектом №12 НИУ

МГСУ (Государственный контракт 16.552.11.7025) «Проведение центром

коллективного пользования научным оборудованием «ГР ЦКП МГСУ»

поисковых научно-исследовательских работ в области энергосбережения и

энергоэффективности зданий и сооружений» в рамках ФЦП «Исследования и

разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического

комплекса России на 2007-2013 годы», а так же в рамках НИР по теме:

«Разработка рекомендаций по использованию химических добавок к тяжелому

и особо тяжелому бетонам для ускорения производства бетонных работ и

методики оценки эффективности их применения»

з

Цель работы - получить эффективный серпентинитовый бетон для «сухой» радиационно-тепловой защиты реактора ВВЭР за счет комплексного использования воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• обосновать получение эффективного серпентинитового бетона для «сухой» радиационно-тепловой защиты реактора ВВЭР с добавками воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов;

• установить закономерности изменения технических и технологических характеристик серпентинитового бетона модифицированного добавками воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов;

• разработать составы эффективного серпентинитового бетона для «сухой» защиты реактора ВВЭР модифицированного добавками воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов;

• исследовать состав, структуру и свойства эффективного серпентинитового бетона;

• разработать рекомендации по подбору состава серпентинитового бетона для «сухой» защиты реактора ВВЭР и технологический регламент производства работ по устройству «сухой» защиты, исключающий процесс сушки серпентинитового бетона, произвести опытное внедрение.

Научная новизна:

• Обосновано получение эффективного серпентинитового бетона, обладающего требуемыми техническими характеристиками, необходимыми для «сухой» защиты реактора ВВЭР с добавками воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов, повышающими подвижность бетонной смеси, и исключающими сушку бетона;

• Установлены характерные участки переломов кривых ДТА, ТГ, ДТГ для серпентинитового бетона в диапазоне температуры от 20°С до 1200°С за счет удаления воды различной формы связанности, изменения структуры и фазовых переходов;

• Получены математические модели прочности, плотности и остаточной влажности бетона от водоцементного отношения, содержания цемента и воздушной извести, суперпластификатора на основе эфиров поликарбоксилатов, необходимые для оптимизации состава бетона;

• Произведена расчетная оценка радиационной и термической стойкости портландцементного камня при введении воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов;

• Установлено сохранение требуемых ядерно-физических свойств и радиационной и термической стойкости серпентинитового бетона «сухой» защиты модифицированного добавками воздушной извести и эфирами поликарбоксилатов.

Практическая значимость

• Разработан эффективный состав серпентинитового бетона с добавками воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов, повышенной удобоукладываемости и не требующий дополнительной сушки для удаления остаточной влаги средней плотности 2300 кг/м3; влажностью по массе 3,5% в возрасте 28 суток; подвижностью 19 см; прочностью не менее 10 Мпа в возрасте 28 суток, имеющий требуемые ядерно-физические свойства и радиационную и термическую стойкость.

• Разработана технология получения эффективного серпентинитового бетона для «сухой» радиационно-тепловой защиты реактора ВВЭР с добавками воздушной извести и эфирами поликарбоксилатов, исключающая сушку бетона.

• Разработаны «Рекомендации по подбору состава серпентинитового бетона для «сухой» защиты реактора ВВЭР» и технологический регламент производства работ по устройству «сухой» защиты, исключающий процесс сушки серпентинитового бетона.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных, всероссийских конференциях, выставках:

Международная научная конференция «Интеграция, партнерство, инновации в строительной науке и образовании», Москва, 2011,

Annualmeetingonnucleartechnology, Germany, Berlin, 2013г., 8-ая международная научно-техническая конференция "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР", г. Подольск, 2013г., Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-2013, Москва, 2013, IV Всероссийский молодежный инновационный форум «МИЦ-2013», Нижегородская область, 2013, IX Международный салон изобретений и новых технологий «Новое время», Севастополь, 2013г., XVII Московский международный Салон изобретений и инновационных технологий «Архимед-2014», Москва, 2014

Результаты работы представлялись и удостоены следующими наградами: Золотая медаль, IX Международный салон изобретений и новых технологий «Новое время», Севастополь, 2013г.; Серебряная медаль, XVII Московский международный Салон изобретений, и инновационных технологий «Архимед-2014», Москва, 2014; Призер Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи НТТМ-2013, Москва, 2013, получен грант. Внедрение результатов исследования •Получено ноу-хау «Композиция радиационно-защитного бетона» приказ ФГБОУ ВПО «МГСУ» №153/130 от 20.06.2013;

•Получено ноу-хау «Способ изготовления композиции радиационно-защитного бетона» приказ ФГБОУ ВПО «МГСУ» №152/130 от 20.06.2013;

•Проведено внедрение рекомендаций по подбору состава серпентинитового бетона для «сухой» защиты реактора ВВЭР при проведении научно-исследовательской работы для ПКФ «Концерн Росэнергоатом» по Договору № К.406-11 от 15.09.2011 года по теме: «Разработка рекомендаций по использованию химических добавок к тяжелому и особо тяжелому бетонам для ускорения производства бетонных работ и методики оценки эффективности их применения», расчетный экономический эффект при исключении термообработки с использованием специальной печи составит 54% от общей стоимости работ по строительству «сухой» защиты.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК РФ.

На защиту выносятся:

•Экспериментально-аналитическое обоснование эффективности серпентинитового бетона «сухой» радиационно-тепловой защиты реактора ВВЭР с добавками воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов, позволяющие исключить технологическую операцию сушки бетона.

•Обоснование зависимости изменения технических и технологических характеристик серпентинитового бетона от дозировок воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов, позволяющие регулировать физико-механические характеристики бетона.

•Составы эффективного серпентинитового бетона «сухой» защиты и технологический регламент производства работ по устройству «сухой» защиты.

•Математические модели прочности, плотности и остаточной влажности серпентинитового бетона, которые позволяют использовать оптимальное содержание цемента и добавок воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов при проектировании составов.

•Результаты опытно-промышленной апробации, которые позволяют разработать и внедрить технологический регламент производства серпентинитового бетона с комплексными модифицирующими добавками для «сухой» защиты реактора ВВЭР.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 204 страницы машинописного текста, 45 рисунков, 32 таблицы, 8 приложений, 95 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Представленное научное исследование направлено на разработку эффективного серпентинитового бетона для «сухой» защиты реактора ВВЭР, позволяющего исключить процесс термообработки бетона, необходимый для обеспечения стабильности физико-химических свойств бетона и отсутствия выделения водорода во время эксплуатации.

В основе исследования лежит научная гипотеза: разработка новой композиции с применением в составе серпентинитового бетона модификатора на основе воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов, которые позволят снизить водопогребление бетонной смеси при повышении ее подвижности и увеличить тепловыделения в бетоне, что приведет к саморазогреву и удалению остаточной свободной воды, без дополнительной технологической операции сушки бетона. Таким образом, новая композиция позволит исключить технологическую операцию сушки бетона и повысить подвижность бетонной смеси, что значительно упростит технологию изготовления «сухой» защиты, уменьшит продолжительность ее изготовления, трудозатраты и повысит качество укладки бетона, выраженное в уменьшении количества дефектов в виде каверн и пустот.

В экспериментальном исследовании свойств бетона «сухой» защиты реактора ВВЭР были использованы следующие материалы: портландцемент М500-Д0 (ЦЕМ 11/А-Ш 42.5 Н, ОАО «Холсим (Рус)») по ГОСТ 31108-2003; воздушная известь 2 сорта (г. Ковров) по ГОСТ 9179-77 (1989);серпентинитовый щебень из плотных горных пород по ТУ 95.6112-76, ГОСТ 8267-93; серпентиниговая галя (песок) ТУ 95.6112-76, ГОСТ 8736-93; поликарбоксилатный суперпластификатор Карбоксинор по ТУ 2216-020-71150986-2013.

Для регистрации тепловых эффектов в процессе гидратации цемента с добавкой воздушной извести применялся изотермический калориметр ТАМ AIR фирмы ТА Instruments. Степень гидратации образцов и количество химически-связанной воды определялись методом дифференциального термического анализа на приборе LABSYS TGA/DSC/DTA фирмы SETARAM. Процесс фазообразования при гидратации образцов цемента с добавкой воздушной извести на 3, 7 и 28 сутки твердения исследовался методом порошковой рентгеновской дифракгометрии на приборе ARL XTRA фирмы Thermo Fisher Scientific.

Исследования тепловыделения проводились на образцах цемента с добавкой 5, 10, 20 и 30 массовых долей оксида кальция. Из экспериментальных данных были получены графики тепловыделения в процессе гидратации изученных образцов и построена зависимость величины суммарного теплового

потока для образцов с различным содержанием воздушной извести.

g

Установлено, что суммарное тепловыделение увеличивается прямо пропорционально количеству введенной добавки воздушной извести. Кроме того, с течением времени твердения изученных образцов количество тепловыделения также возрастает, что свидетельствует о повышении температуры в результате саморазогрева. Определено количество выделившегося тепла образцов в 1 и 3 сутки и установлено, что при введении воздушной извести значительно увеличивается суммарное тепловыделение в цементном тесте в результате взаимодействия ее с водой. Тепловой поток при этом достигает 3,5 МВт/г при контрольном образце - 2.1 МВт/г; температура образцов, содержащих 20 и 30 % воздушной извести в первые 12 часов поднимается до 41 и 47°С соответственно.

При исследовании степени гидратации методом дифференциального термического анализа (В/Ц- 0,5) установлено, что на 28 сутки образцы с добавкой воздушной извести 0, 20% и 30% от массы цемента содержат соответственно 15,26, и 29,9 химически-связанной воды (% от массы цемента) (Таблица 1). Увеличение содержания химически-связанной воды в образцах с добавкой воздушной извести обусловлено взаимодействием компонентов по реакции СаО + Н20 = Са(ОН)2.

Исследования фазообразования в процессе гидратации образцов на 3, 7 и 28 сутки твердения показали, что в их составе присутствуют фазы С8Н - геля, портландита, бета-С28, СЗБ и этгрингита.

Таблица 1 - Количество химически-связанной воды в возрасте 3, 7 и 28 суток

№ Образец Потери по массе, % Са(ОН)2, % по массе Количество химически-связанной воды, % от массы цемента

Пик при 500-550°С 50- 1000°С

1 №1, 3 сут. 1,901 24,880 7,82 13,3

2 №2, 3 сут. 3,498 23,987 14,38 19,5

3 №3, 3 сут. 5,443 25,120 22,38 26,6

4 №1, 7 сут. 2,514 23,702 10,34 14,3

5 №2, 7 сут. 3,876 24,576 15,93 25,0

6 №3, 7 сут. 4,959 25,529 20,39 29,5

7 №1, 28 сут. 1,27 20,16 5,21 15,0

8 №2, 28 сут. 2,79 21,77 11,46 26,3

9 №3, 28 сут. 4,02 22,89 16,51 29,9

С введением в состав цемента воздушной извести на дифрактограммах образцов увеличивается интенсивность дифракционных пиков портландита, а интенсивность пиков гидросиликатов кальция уменьшается, что свидетельствует о преимущественном связывании воды при гидратации в портландит, а не в СБН-гель и гидроалюминатные фазы.

На зарегистрированных термограммах образцов с увеличением содержания вводимой воздушной извести увеличивается потеря по массе и интенсивность эндотермического эффекта при 500-550°С соответствующего процессу диссоциации портландита. При этом наблюдались уменьшения потери по массе в температурных интервалах от 100° С до 170° С и от 700° С до 900°С которые соответствуют ступенчатому разложению гидросиликатов кальция и гидроалюминатных фаз.

Исследования показали, что добавление в цемент воздушной извести приводит на ранней стадии твердения к резкому увеличению содержания химически-связанной воды в серпентинитовом бетоне за счет образования Са(ОН)г, а на поздних стадиях к медленному росту содержания химически-связанной воды за счет гидратации фаз портландцемента.

Был произведен расчет количества испаренной воды в бетоне за счет саморазогрева при гидратации цемента и воздушной извести. Таблица 2- Расчет физико-химических показателей серпентинитового

бетона с добавкой воздушной извести

Компоненты бетонной смеси Образцы

1 2 3 4 5

Портландцемент, кг/м3 376 356 336 316 286

Воздушная известь, кг/м3 0 20 30 60 90

Щебень, кг/м3 1090 1090 1090 1090 1090

Песок, кг/м3 664 664 664 664 664

Вода, кг/м3 221 205 195 180 165

Показатели

Е (Количество выделившейся теплоты), ккал/м3 11280 15905 20530 25154 34404

Максимальная температура бетона, °С 40 47 55 63 80

Удельная теплоемкость испарения воды, г, ккал/кг 580 578 575 572 568

Количество испаренной воды в бетоне (кг/м3) 19,4 27,5 35,7 44 60,5

Остаточное количество свободной воды в бетоне, кг/м3на 28 сутки 146.6 119,9 101,6 72.2 36

Практически наблюдался эффект снижения остаточного количества воды и удалось добиться на образцах с содержанием воздушной извести 30% от массы цемента в возрасте 28 суток влажности бетона 3,5% по массе. Графически полученные данные представлены на рисунке 1.

На основе анализа результатов нейтронного профилирования «сухой» защиты, полученных специалистами МГСУ при ее изготовлении, установлено, что содержание остаточной свободной воды в бетоне после термообработки «сухой» защиты составляет 71,2 кг/м3, что соответствует влажности 3,5% по массе. Таким образом, полученный результат соответствует значению, позволяющему исключить процесс термообработки бетона.

об

и ГС ■ 2 1

с е£ - ____4

го 4 X о ш ^ -- ♦ 3 сутки

л о ? ■ 7 сутки

I 2 X го ▲ 28 сутки

со 1

10 20 30 40 Содержание возд. извести, % от массы цемента

Рисунок 1 - Изменение влажности образцов бетона

Полное эффективное использование собственного тепловыделения

серпентинитового бетона, содержащего воздушную известь, можно считать

способом его термической обработки, обеспечивающим уменьшение

потребности в поступлении внешней тепловой энергии на обогревание бетона

для достижения требуемых показателей качества «сухой» защиты.

11

Введение в состав цемента воздушной извести ускоряет процессы структурообразования при гидратации портландцемента. При затворении бетонной смеси, содержащей воздушную известь, наблюдалось сокращение сроков схватывания образцов. Следствием является уменьшение времени сохранения подвижности бетонной смеси. Смесь с добавкой воздушной извести теряет свою подвижность через 30 минут.

Определение реологических и физико-механических показателей бетона проводилось на образцах, содержащих 20% (образцы 2, 4) и 30% (образцы 3,5) воздушной извести. Образцы 4 и 5 дополнительно содержали лимонную кислоту для сохранения подвижности бетонной смеси.

Таблица 3- Результаты определения реологических показателей качества бетонной смеси

Показатели Образцы

1 2 3 4 5

Подвижность, см 20 19 18 21 19

Подвижность через 30 минут, см 14 0 0 10 11

Таблица 4 — Результаты определения физико-механических показателей качества бетона в возрасте 3, 7 и 28 суток

Показатели Образцы

1 2 3 4 5

Прочность при сжатии, МПа:

- 3 суток 18,3 17,7 14,3 16,2 11,6

- 7 суток 24,3 21,2 15,3 22 12,3

- 28 суток 48,0 41,3 32,5 59,8 36,3

Плотность бетона, кг/м3:

- 3 суток 2415 2325 2300 2358 2390

- 7 суток 2371 2325 2320 2389 2240

- 28 суток 2367 2319 2335 2350 2340

Влажность, %:

- 3 суток 6 5,1 4,4 4,8 4

- 7 суток 5,5 5,2 4,5 4,6 3,8

- 28 суток 4,6 4,9 4,0 4,0 3,5

Остаточное содержание

свободной воды (кг/м3):

- 3 суток 115 112 97 108 92

- 7 суток 108 115 100 105 82

- 28 суток 104 102 94 92 77

В результате проведения эксперимента получены математические зависимости предела прочности при сжатии, плотности и влажности бетона. Добавка поликарбоксилата была использована в оптимальном соотношении для сохранения водоцементного отношения и требуемой подвижности бетонной смеси. Варьируемыми факторами являлись концентрация воздушной извести и лимонная кислота.

Анализ уравнений регрессии позволил установить следующие закономерности: все свойства бетона «сухой» защиты зависят от количества введенных добавок. С увеличением количества добавок прочность -уменьшается; средняя плотность раствора - уменьшается, влажность — уменьшается. Оптимальным введением воздушной извести является его количество, равное 30% от расхода цемента.

Экспериментальные данные показали, что образцы с добавкой воздушной извести характеризуются снижением прочности в начальные сроки твердения: снижение прочности на 7 сутки составляет 14 % , а на 28 сутки - 27 % .

Данные микроскопических исследований (рисунок 2) подтверждают, что вода, испаряясь, оставляет поры, размер и количество которых зависит от концентрации воздушной извести. Это объясняет некоторое снижение прочности на сжатие бетона. Однако количество пор не достигало критических значений и не приводило к существенному снижению прочности и плотности затвердевшего материала.

Анализ полученных результатов показал, что исследованные образцы бетона имеют близкие по значению коэффициенты накопления тепловых нейтронов. Коэффициенты накопления тепловых нейтронов зависят от химического состава бетона и определяются параметром для тепловых нейтронов (Т). Результаты расчета коэффициентов накопления по толщине защиты представлены графически на рисунке 3. Данный факт свидетельствует о том, что составы серпентинитового бетона с добавками воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов сохраняют требуемые ядерно-физические свойства, предъявляемые к бетону «сухой» защиты.

а) б)

Рисунок 2 - Микроструктура серпентинитового бетона: а) контрольного состава без воздушной извести; б) образца, содержащего 30% воздушной извести в

возрасте 28 суток

Коэффициенты накопления тепловых нейтронов по толщине защиты

0 20 40 60

■ 1 0,09911 59,0704 372,92916 705,896

■ 2 0,09953 58,84733 373,05316 708,58347

■ 3 0,09974 58,734 373,10025 709,90574

■ 4 0,09953 58,84733 373,05316 708,58347

■ 5 0,09974 58,734 373,10025 709,90574

Рисунок 3 - Значения коэффициентов накопления тепловых нейтронов по толщине «сухой» защиты для различных составов

Результаты численной оценки радиационных, термических и радиационно-термических изменений объема и прочности при сжатии портландцементного камня в возрасте 28 суток без воздушной извести и с добавкой 20-30% воздушной извести в возрасте 28 суток приведены на рисунках 4 -9 для условий эксплуатации и аварийных температурах «сухой» защиты.

Температура нагревания, ос

100 200 300

400

Рисунок 4 - Расчетная оценка зависимости термической объемной усадки портландцементного камня

0) яз

О 2

X О) £

С ю

ш о

о

о

X

н

о

о -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6

Флюенс быстрых нейтронов, 10го нейтрон/см2 (Е>0,8 МэВ)

0,1 0,2 0,3 0,4

ч

----Цементный камень без извести |

хЧ -Цементный камень с известью |

' \\ \

\

\ ' ч

Рисунок 5- Расчетная оценка развития радиационной (только за счет радиации) объемной усадки портландцементного камня с увеличением флюенса быстрых нейтронов с энергией более 0,8 МэВ в условиях работы «сухой» защиты (до

100°С)

; о

1 -0,5 1 -1

¡¡£-1,5

- -9 I га ^ 1 2-2 5

-з

! о-3,5 : -4 ! -4,5 : -5

Флюенс быстрых нейтронов, 1020 нейтрон/см2 (Е>0,8 МэВ}

0,1 0,2 0,3 0,4

■ — ■ Цементный камень без извести : -Цементный камень с известью

Рисунок 6 - Расчетная оценка развития радиационно-термической (радиационной + термической) объемной усадки портландцементного камня с увеличением флюенса быстрых нейтронов с энергией более 0,8 МэВ в эксплуатационных условиях работы «сухой» защиты (до 100°С)

* к

I § 1 £ о ш 3

с о: £2

1,2

! о.б

0,2

50

Температура нагревания, °С

100 150 200

250

300

350

___

Цементный ! камень с известью ,

Рисунок 7- Расчетная оценка зависимости термического изменения прочности при сжатии портландцементного камня от температуры нагревания

* к Я

ш М о

5 х 4

Т 01 01

Ч э -

111 °о5

ФОТ

о с >> О £ 5

о о К X о й н X о

& 9-

1,6

1,4

1,2

3 1 з

х 0,8 г:

^0,6 0,4 0,2 О

Флюенс быстрых нейтронов, 10й нейтрон/см2 (Е>0,8 МзВ)

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

/

/

Цементный камень без извести Цементный камень с известью

-

!

1

Рисунок 8- Расчетная оценка радиационного (только за счет радиации) изменения прочности при сжатии портландцементного камня с увеличением флюенса быстрых нейтронов с энергией более 0,8 МэВ в условиях работы «сухой» защиты (до 100 0 С)

х ь §

X О 1

0 о | о. х 5

с § ч:

ф 0) X С Х

ш * 5

1 II 1 I 8

I

ё о ® Ь о >,

о 2

1.2

1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

Флюенс быстрых нейтронов, 10го нейтрон/см! (Е>0,8 МэВ)

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

!

1 1 Цементный камень без извести Цементный камень с известью '

- 1

Рисунок 9 - Расчетная оценка радиационно-термического (радиационного + термического) изменения прочности при сжатии портландцементного камня с увеличением флюенса быстрых нейтронов с энергией более 0,8 МэВ в условиях работы «сухой» защиты (до 100 °С)

Из рисунков видно, что при введении воздушной извести и термическая, и радиационная, и радиационно-термическая усадка портландцементного камня при одинаковом возрасте (28 суток) за счет увеличения степени гидратации уменьшается. Это свидетельствует о положительном влиянии воздушной извести на термическую и радиационную стойкость цементного камня.

Степень изменения прочности при сжатии портландцементного камня с воздушной известью на 20-ь40 % более значительна, чем у камня без воздушной извести, так как за счет увеличения степени гидратации цемента его способность к дополнительной гидратации снижается. Это свидетельствует о некотором снижении термической и радиационной стойкости цементного камня и соответствующих бетонов по прочности при сжатии при введении воздушной извести. Вместе с тем влияние введения воздушной извести на прочность не столь велико и может быть компенсировано использованием цементов большей марки.

Таким образом, по выполненным расчетным оценкам введение воздушной извести в состав бетонов в количестве 20 - 30% от массы портландцемента можно считать допустимым с точки зрения влияния на термическую и радиационную стойкость бетонов, так как оно увеличивает их термическую и радиационную стойкость по усадке и вызывает снижение термической и радиационной стойкости по прочности на сжатие на величину, которая не исключает возможность использования бетонов по назначению.

На основании анализа полученных результатов разработаны рекомендации подбора состава серпенгинитового бетона с комплексными добавками и определен экономический эффект от использования серпентинитового бетона, содержащего 30% воздушной извести. При исключении технологии термообработки с использованием специальной печки эффект составит 54% от общей стоимости работ по строительству «сухой» защиты, срок монтажа «сухой» защиты сократится на 84%.

Все технологические операции при производстве работ по устройству

«сухой» защиты реактора ВВЭР и мероприятия по контролю качества были

отработаны в Научно-исследовательском институте «Строительных материалов

18

и технологий» ФГБОУ ВПО «МГСУ» и легли в основу технологического регламента производства работ по изготовлению «сухой» защиты реактора ВВЭР.

Общие выводы

1. Обосновано получение эффективного серпентинитового бетона с сохранением требуемых технических характеристик для «сухой» защиты реактора ВВЭР с добавками воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов;

2. Установлены характерные участки переломов кривых ДТА, ТГ, ДТГ для серпентинитового бетона в диапазоне температуры от 20°С до 1200°С за счет удаления воды различной формы связанности, изменения структуры и фазовых переходов;

3. Получены математические модели прочпости, плотности и остаточной влажности бетона от водоцементного отношения, содержания цемента и воздушной извести, суперпластификатора на основе эфиров поликарбоксилатов, необходимые для оптимизации состава бетона;

4. Произведена расчетная оценка радиационной и термической стойкости портландцементного камня при введении воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов и подтверждено положительное влияние воздушной извести на термическую и радиационную стойкость цементного камня ;

5. Установлено сохранение требуемых ядерно-физических свойств и радиационной и термической стойкости серпентинитового бетона «сухой» защиты модифицированного добавками воздушной извести и эфирами поликарбоксилатов;

6. Разработан эффективный состав серпентинитового бетона с добавками воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов, повышенной удобоукладываемости и не требующий дополнительной сушки для удаления остаточной влаги средней плотности 2300 кг/м3; влажностью по массе 3,5% в возрасте 28 суток; подвижностью 19 см; прочностью не менее 10 Мпа в возрасте 28 суток, имеющий требуемые ядерно-физические свойства и радиационную и термическую стойкость;

7. Разработана технология получения эффективного серпентинитового бетона для «сухой» радиационно-тепловой защиты реактора ВВЭР с добавками

воздушной извести и эфирами поликарбоксилатов, исключающая сушку бетона;

19

8. Разработаны «Рекомендации по подбору состава серпентинитового бетона для «сухой» защиты реактора ВВЭР» и технологический регламент производства работ по устройству «сухой» защиты, исключающий процесс сушки серпентинитового бетона;

9. Проведено внедрение рекомендаций по подбору состава серпентинитового бетона для «сухой» защиты реактора ВВЭР при проведении научно-исследовательской работы для ПКФ «Концерн Росэнергоатом» по Договору № К.406-11 от 15.09.2011 года по теме: «Разработка рекомендаций по использованию химических добавок к тяжелому и особо тяжелому бетонам для ускорения производства бетонных работ и методики оценки эффективности их применения», расчетный экономический эффект при исключении термообработки с использованием специальной печи составит 54% от общей стоимости работ по строительству «сухой» защиты.

ПУБЛИКАЦИИ

Сведения диссертации отражено в следующих работах:

1. Есенов A.B., Пергаменщик Б.К., Лавданский П.А. Опыт проектирования и возведения «сухой» защиты реактора // сборник трудов международной научной конференции «Интеграция, партнерство, инновации в строительной науке и образовании» - М.:МГСУ, 2011г. - т.2, с.240-241

2. Esenov A., Pustovgar A., Lavdansky P. Radiation shield for PWR reactor [Электронныйресурс] // documentation «Annual meeting on nuclear technology» -Germany. Berlin. 2013 - CD-ROM

3. Есенов A.B., Пустовгар А.П., Лавданский П.А., Пергаменщик Б.К. Инновационная «сухая» защита реактора ВВЭР-ТОИ [Электронный ресурс] // материалы конференции 8-ой международной научно-технической конференции "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР", научно-техническое электронное издание - г. Подольск, 201 Зг. - CD-ROM

В том числе публикации в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК:

4. Жолдак Г.И., Лавданский П.А., Пергаменщик Б.К., Есенов A.B. "Сухая" защита реактора ВВЭР // Вестник МГСУ - 2011, №12, с.316-319

5. Пустовгар А.П., Лавданский П.А., Есенов A.B., Медведев В.В., Еремин A.B., Веденин А.Д. Влияние суперпластификаторов и оксида кальция на гидратацию цемента в серпенттогетовом бетоне [Электронный ресурс] // Интернет-вестник ВолгГАСУ. - 2014, Сер. Политематическая, Вып. 2(33), Ст. 10, Режим доступа: http ://vestnik. vgasu.ru/?source=4&art¡ cl eno= 1624

6. Пустовгар А.П., Лавданский П.А., Есенов A.B., Адамцевич А.О., Ведении А.Д. Анализ тепловыделения гидратации цемента в серпентинитовом бетоне // Научно-технический вестник Поволжья. - г. Казань. 2014, №4, с.179-181

7. Пустовгар А.П., Лавданский П.А., Журавлев A.B., Есенов A.B., Медведев В.В., Веденин А.Д. Тепловыделение гидратации цемента серпентинитового бетона // Научно-технический вестник Поволжья. - г. Казань, 2014, №5.

КОПИ-ЦЕНТР св.: 77 007140227 Тираж 100 экз. г. Москва, ул. Енисейская, д. 36. тел.: 8-499-185-79-54,8-906-787-70-86 www.kopirovka.ru