Есенов Амра Владимирович. Эффективный серпентинитовый бетон "сухой" радиационно-тепловой защиты реактора ВВЭР

Краткое описание

Есенов Амра Владимирович. Эффективный серпентинитовый бетон "сухой" радиационно-тепловой защиты реактора ВВЭР: диссертация ... кандидата технических наук: 05.23.05 / Есенов Амра Владимирович;[Место защиты: Московский государственный строительный университет].- Москва, 2014.- 204 с.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение . '
. высшего профессионального образования . .
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Есенов Амра Владимирович
ЭФФЕКТИВНЫЙ СЕРПЕНТИНИТОВЫЙ БЕТОН
«СУХОЙ» РАДИАЦИОННО-ТЕПДОВОЙ ЗАЩИТЫ
РЕАКТОРА ВВЭР
Специальность: 05.23.05 — Строительные материалы и изделия
Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук
Научный руководитель ' кандидат технических наук, доцент А.П. Пустовгар
Москва-2014.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 6
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕТОНА ДЛЯ «СУХОЙ» РАДАЦИОННО-ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ РЕАКТОРА ВВЭР 12
1.1. Анализ существующих решений изготовления бетона для
«сухой» защиты 12
1.2. Требования к бетону «сухой» защиты 19
1.3. Методики испытаний образцов бетона «сухой» защиты 26
1.4. Анализ состояния и вербальная постановка задачи на
исследование 37
Выводы 43
Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ И ОБОРУДОВАНИЯ. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 44
2.1. Характеристика материалов для проведения исследований 44
2.2. Характеристика оборудования и методы проведения
экспериментов 46
2.3. Планирование эксперимента и математическая обработка
результатов измерений 49
Выводы 55
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕРПЕНТИНИТОВОГО БЕТОНА С ПРИМЕНЕНИЕМ
МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК 56
3.1. Экспериментальные исследования серпентинитового бетона 56
3.1.1. Исследование кинетики твердения бетона, содержащего
воздушную известь и эфиры поликарбоксилатов 56
3.1.2. Исследование степени гидратации цементного камня в
возрасте 3, 7 и 28 суток 60
з
3.1.3. Влияние воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов
на физико-механические свойства бетона 61
3.1.4. Исследование внутренних тепловыделений для
уменьшения остаточной влажности бетона 66
3.1.5. Исследование микроструктуры бетона 68
3.1.6. Исследование влияния воздушной извести на ядерно-физические свойства бетона 69
3.2 . Результаты экспериментальных исследований серпентинитового бетона 72
3.2.1. Результаты исследований кинетики твердения бетона,
содержащего воздушную известь и эфиры поликарбоксилатов 72
3.2.2. Результаты исследований степени гидратации
цементного камня бетона в возрасте 3, 7 и 28 суток 74
3.2.3. Результаты влияния воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов на физико-механические свойства бетона.. 87
3.2.4. Результаты исследований внутренних тепловыделений
для уменьшения остаточной влажности бетона 89
3.2.5. Исследование микроструктуры бетона 92
3.2.6. Результаты исследования влияния воздушной извести на
ядерно-физические свойства бетона 94
3.3. Математическое планирование эксперимента 97
Выводы 101
Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО
СЕРПЕНТИНИТОВОГО БЕТОНА С МОДИФИЦИРУЮЩИМИ ДОБАВКАМИ 102
4.1. Изменение кинетики твердения бетона, содержащего воздушную
известь и эфиры поликарбоксилатов 102
4.2. Влияние концентрации воздушной извести на степень
гидратации цементного камня 107
4.3. Влияние модифицирующих добавок на подвижность и
сохраняемость подвижности бетонной смеси 110
4.4. Влияние модифицирующих добавок на уменьшение влажности
бетона 113
4.5. Влияние количества воды затворения и модифицирующих
добавок на прочность бетона 119
4.6. Влияние воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов на
ядерно-физические свойства 122
4.7. Оценка влияния введения воздушной извести и эфира поликарбоксилата в состав бетона на его радиационную и
термическую стойкость 124
Выводы 133
Глава 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕРПЕНТИНИТОВОГО БЕТОНА. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ 134
5.1 Разработка технологического регламента производства эффективного серпентинитового бетона с использованием воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов и внедрение
результатов исследований 134
5.2. Оценка экономической эффективности использования серпентинитового бетона с добавками воздушной извести и эфиров
поликарбоксилатов 140
5.3 Рекомендации по подбору состава серпентинитового бетона
«сухой» радиационно-тепловой защиты реактора ВВЭР 146
Выводы 155
Общие выводы 157
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 159
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 160
ПРИЛОЖЕНИЯ 170
Приложение 1. Изотермический калориметр ТАМ AIR фирмы ТА
Instruments 171
Приложение 2. Методика определения степени гидратации при
помощи ДСК 175
Приложение 3. Прибор Вика для определения срока схватывания
цементного теста 178
Приложение 4. Лабораторный бетоносмеситель ЛС-ЦБ-10 180
Приложение 5. Сканирующий микроскоп Quanta 200 с приставкой
для элементного анализа Apollo 40 181
Приложение 6. Технологический регламент производства работ по
устройству «сухой» защиты реактора ВВЭР 183
Приложение 7. Программа расчета MATLAB 197
Приложение 8. АКТ о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы (НИИ «Строительных материалов и технологий») 203
ВВЕДЕНИЕ
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 реактора ВВЭР 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».
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
•5
остаточной влаги средней плотности 2300 кг/м ; 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, Annual meeting on nuclear technology, 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.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленная диссертационная работа содержит все необходимые этапы исследования «Эффективный серпентинитовый бетон «сухой» радиационно-тепловой защиты реактора ВВЭР» от теоретического анализа и методических основ эффективности серпентинитового бетона с добавками воздушной извести и поликарбоксилата при строительстве «сухой» защиты реактора ВВЭР до практических рекомендаций по использованию результатов проведенных исследований.
В процессе работы над диссертацией было выполнено:
• Обосновано получение эффективного серпентинитового бетона для «сухой» радиационно-тепловой защиты реактора ВВЭР с добавками воздушной извести и эфирами поликарбоксилатов.
• Исследованы состав, структура и свойства эффективного серпентинитового бетона.
• Установлены закономерности изменения технических и технологических характеристик серпентинитового бетона модифицированного добавками воздушной извести и эфиров поликарбоксилатов.
• Разработаны составы эффективного серпентинитового бетона для «сухой» защиты реактора ВВЭР модифицированного добавками воздушной извести и эфирами поликарбоксилатов.
• 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, произвести опытное внедрение.