Оцінка та урахування екзотермії цементів у технології залізобетонних контейнерів

Виконані дослідження і методики використано при виготовленні промислових ВБК в травні-липні 1998 р. Функціонувала інформаційно-довідкова система лабораторного контролю якості компонентів і підбору складу бетону, контролювалася температура на поверхнях опалубки і обичайки контейнера. В з'вязку з високою літньою температурою 38 С бетонна суміш охолоджувалась поливанням барабану автобетонозмішувача водою.

Встановлено, що запровадження розробок дозволило:

– вибрати для технології ВБК низькотермічні цементи і хімічні добавки, що знижують тепловиділення і температурні напруження в бетоні виробу;

– підвищити однорідність бетонної суміші за показниками щільності, рухливості і кількості втягнутого повітря;

– знизити температурні градієнти за товщиною стінки з 26 до 21 С у період максимального підвищення температури.

Результати, отримані при виконанні роботи, покладено в основу перспективної інформаційної технології бетонних виробів і конструкцій природного тверднення ІТ “Термобет-М” для виробництва ВБК. За техніко-економічними розрахунками і даними інформаційного відділу Запорізької АЕС система тимчасового сухого схову відходів ядерного палива більш ніж у п’ять разів економічніша транспортування і захоронення їх у Красноярському краї Росії.

 

 

1. Розглянуто можливості реалізації специфічної задачі виготовлення масивних залізобетонних контейнерів для схову відходів техногенної природи з урахуванням тепловиділення при твердненні цементу і бетону, як фактора, що підлягає кількісній оцінці і регулюванню на основі інформаційного підходу для вирішення технологічних проблем.

2. Розроблено методику розрахунку і прогнозу температурних полів і напружень у тілі залізобетонних виробів циліндричного типу з урахуванням екзотермії цементів із метою дотримання нормативних вимог до властивостей бетону, мінімізації або усунення дефектів внаслідок несприятливого розвитку термонапруженого стану.

3. Виконано термокінетичний аналіз придатності низькотермічних цементів і хімічних добавок пластифікуючого і повітрявтягуючого типів для виготовлення контейнерів. Запропоновано ряд переваги вибору цементів за критерієм мінімізації екзотермії: Кам'янець-Подільський (61кал/г) > Рибницький (50кал/г) > Івано-Франківський (48кал/г) > Здолбуновський (44 кал/г). Показано, що рекомендовані добавки дозволяють знижувати тепловиділення на ранніх стадіях тверднення цементів на 15... 30%.

4. Вирішено задачу розрахунку і прогнозу температурних полів і напружень при твердненні бетону у виробах циліндричного типу по рівнянню теплопровідності з внутрішнім джерелом тепла, вираженим фізико-хімічною функцією зміни ступеня перетворення (гідратації) цементу за даними диференціальної калориметрії.

5. Калориметрична інформація з результатів термокінетичного аналізу гідратації цементу і вимірів тепловиділення бетону в спеціальному термосному калориметрі, а також технологічні характеристики використано при розробці комп'ютерної інформаційно-довідкової системи контролю якості компонентів для добору, оперативного коригування складів бетону при відпрацьовуванні параметрів виготовлення експериментального і промислових вентильованих бетонних контейнерів на Запорізькій АЕС.

6. Проведено комплекс досліджень властивостей бетонної суміші і бетонів, вивчено характер розподілу температурних полів у перерізах контейнерів. Підтверджено справедливість теоретичних і експериментальних передумов про можливість регулювання процесів тверднення бетону в масивних виробах циліндричного типу з урахуванням екзотермії цементів.

7. Обгрунтовано варіант структури інформаційної технології бетону “Термобет-М” стосовно до виготовлення бетонних контейнерів, що складається з банку нормативно-технологічних даних із вимогами до компонентів бетонної суміші та критеріями оптимізації і бази бетонознавчих знань із правилами та методиками добору складів, визначення тепловиділення цементу і бетону, розрахунку температурних полів і напружень.

8. Розроблено “Рекомендації з технології вентильованого бетонного контейнера сухого схову відходів ядерного палива. Інформаційна система контролю якості і виробництва бетонних робіт при виготовленні вентильованого бетонного контейнера”, на підставі яких разом із харківським інститутом “Енегропроект” і одеським ВАТ “Укроргенергобуд” освоєно виробництво контейнерів на Запорізькій АЕС.

 

 

1. Usherov-Marshak A., Sinyakin A., Zavarski A., Ghil Yu. Application of calorimetry to knowledge base of informative technology of concrete // 7th Conference on Calorimetry and Thermal Analysis. – Zakopane (Poland). – 1997. – P. 111.

2. Ушеров-Маршак А. В., Синякин А. Г. Гиль Ю. Б. Выбор цементов и добавок для изготовления массивных конструкций // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 1998. – Вип. 3. – С. 45-48.

3. Гиль Ю. Б. Приобъектный калориметр для оценки тепловыделения в бетоне // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 1998. -Вип. 3. – С. 49-52.

4. Синякин А. Г., Гиль Ю. Б., Литвинов В. В., Ушеров-Маршак А. В. Термокинетические основы информационной технологии бетона // Материалы Междунар. научно-техн. конф. “Современные проблемы строительного материаловедения”. – Часть 1. – Пенза: Изд-во ПГАСА. – 1998. – С. 55-56.

5. Ушеров-Маршак А. В., Синякин А. Г., Гиль Ю. Б., Фунг Бао Ань. Развитие технологии бетона на основе информационного подхода // Вопросы современного строительного материаловедения. – Львов: Львовский филиал образовательной компании “НОЗ”. – 1998. – С. 134-140.

6. Гиль Ю. Б., Доля П. Г., Синякин А. Г., Ушеров-Маршак А. В. Расчет и моделирование температурных полей при твердении бетона в цилиндрических контейнерах // Материалы к 38-му междунар. семинару по моделированию и оптимизации композитов “Оптимизация в материаловедении”. – Одесса: АстроПринт. – 1999. – С. 22-23.

7. Гиль Ю. Б., Доля П. Г. Методика расчета температурных полей при твердении бетона в изделиях цилиндрического типа // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 1999. – Вип. 6. – С. 58-62.

 

 

Гіль Ю. Б. Оцінка та урахування екзотермії цементів у технології залізобетонних контейнерів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук з спеціальності 05. 23. 05 – будівельні матеріали і вироби. – Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, Харків, 1999.

Поставлено і вирішено завдання розробки технології вентильованих бетонних контейнерів для схову радіоактивних, токсичних та інш. техногенних відходів з урахуванням екзотермії твердіючого бетону. За допомогою калориметричного аналізу здійснено вибір цементів і хімічних добавок для бетону. Засвоєно інформаційно-довідкову систему контролю якості компонентів для підбору і коригування складу бетону. Розроблено методику розрахунку температурних полів і напружень в тілі виробу з урахуванням характеристик тепловиділення і температури повітря. В промислових умовах відпрацьовано технологічний регламент виготовлення виробів на основі “Рекомендацій з технології вентильованого бетонного контейнера сухого схову відходів ядерного палива (ССВЯП). Інформаційна система контролю якості і виробництва бетонних робіт при виготовленні вентильованого контейнера (ВБК) ”, запроваджених на Запорізькій атомній станції.

Ключові слова: бетонний контейнер, екзотермія, хімічні добавки, температурні поля.

 

 

Ghil Yu. B. An estimation and calculation of cement exotermy in technology of reinforced-concrete containers. – Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05. 23. 05 – building materials and products. – The Kharkov State Automobile and Highway Technical University, Kharkov, 1999.

The tasks of development of a technology of ventilated concrete containers for storage of radioactive, toxic and other techno scraps with taking into account the heat evolution of hardening concrete are posed and solved. The choosing of cements and chemical additives for concrete is realized with the help of calorimetric analysis. The directory monitoring system of quality of components for a selection and adjustment of structures of concrete is mastered. The techniques for calculation of temperature fields and pressure in a product are developed in view of performances of heat evolution and air temperature. In industrial conditions the technological rules of manufacture of products, as a basis of the “Recommendations for a technology of ventilated concrete container for dry storage of scraps of nuclear fuel (DSSNF) is completed. The information monitoring system of quality and production of concrete work at manufacture of the ventilated concrete container (VCC) ”, introduced on the Zaporozhye atomic server.

Key words: concrete container, heat evolution, chemical components, temperature fields.

 

 

Гиль Ю. Б. Оценка и учет экзотермии цементов в технологии железобетонных контейнеров. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 23. 05 – строительные материалы и изделия. – Харьковский государственный автомобильно-дорожный технический университет, Харьков, 1999.

Сформулирована и решена задача разработки технологии железобетонных контейнеров для хранения отходов промышленности и энергетики с соблюдением соответствующего уровня требований нормативно-технологического характера. Обоснована целесообразность использования информационного подхода к решению технологических задач с применением компьютерной техники.

Отмечена особая роль тепловыделения в технологии массивных железобетонных изделий, а также необходимость оценки и учета экзотермии цементов для снижения и устранения термических напряжений и деформаций, которые могут привести к возникновению дефектов структуры в виде температурных трещин. Доказана необходимость получения количественной информации о характере распределения температуры в сечениях контейнера. Показано, что до настоящего времени не решен корректно ряд задач определения и математического описания функции тепловыделения для прогноза температурных полей в твердеющем бетоне.

Методом дифференциальной микрокалориметрии осуществлен выбор низкотермичных цементов и химических добавок пластифицирующего и воздухововлекающего типов для технологии железобетонных контейнеров. Предложен ряд предпочтительности выбора цементов по критерию минимизации экзотермии: Каменец-Подольский (61кал/г) > Рыбницкий (50кал/г) > Ивано-Франковский (48кал/г) > Здолбуновский (44 кал/г).

Сформирован банк данных информационно-справочной системы лабораторного и технологического контроля качества компонентов и свойств бетонной смеси и бетона.

Разработана методика расчета и прогноза температурных полей в твердеющем бетоне изделий цилиндрического типа с использованием аппарата теплопереноса. Внутренний источник тепла (экзотермия) описывается с помощью предложенной функции / – изменения условной степени превращения (гидратации) цемента по данным термокинетического анализа.

С применением информационно-справочной системы выполнен подбор составов бетонов, изучены технологические свойства бетонной смеси и физико-механические характеристики бетона в соответствии с целями и задачами технологии железобетонных контейнеров. Для оценки тепловыделения производственных составов бетона непосредственно на площадке бетонирования изделия сконструирован и используется приобъектный калориметр термосного типа.

Осуществлен прогноз температурных полей и напряжений при твердении бетона в сечениях контейнера. Показано, что при применении низкотермичных цементов и снижающих тепловыделение добавок, обеспечивается благоприятное термонапряженное состояние, которое не приводит к образованию дефектов структуры в виде трещин.

Результаты исследований внедрены в технологию вентилируемых бетонных контейнеров для захоронения отработанных тепловыделяющих элементов на Запорожской АЭС. Проведены натурные измерения распределения температуры в сечениях контейнера, установлены основные закономерности теплопереноса, подтвердившие правильность выдвинутых предпосылок и перспективность информационного подхода к решению конкретных технологических задач.

Разработаны “Рекомендации по технологии вентилируемого бетонного контейнера сухого хранения отходов ядерного топлива. Информационная система контроля качества и производства бетонных работ при изготовлении вентилируемого бетонного контейнера”.

Ключевые слова: бетонный контейнер, экзотермия, химические добавки, температурные поля.