Оцінка та урахування екзотермії цементів у технології залізобетонних контейнерів

Міністерство освіти України

Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет

 

Спеціальність 05. 23. 05 – Будівельні матеріали та вироби

 

Гіль Юрій Борисович

УДК 666. 97

 

Харків -1999

 

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури на кафедрі “Фізико-хімічна механіка і технологія будівельних матеріалів і виробів”.

Науковий керівник: заслужений діяч науки та техніки України, доктор технічних наук, професор Ушеров-Маршак Олександр Володимирович, кафедра “Фізико-хімічна механіка і технологія будівельних матеріалів і виробів” Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури

Офіційні опоненти: заслужений діяч науки та техніки України, доктор технічних наук, професор Вознесенський Віталій Анатолійович, завідуючий кафедрою “Процеси та апарати в технології будівельних матеріалів” Одеської державної академії будівництва та архітектури; доктор технічних наук, професор Філатов Лев Григорович, кафедра “Архітектура та інженерні вишукування” Сумського державного аграрного університету

Провідна установа: Дніпропетровське орендне підприємство науково-дослідного інституту будівельного виробництва Державного Комітету України у справах будівництва, архітектури і житлової політики

Захист відбудеться “9” вересня 1999 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64. 059. 01 при Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті Міністерства освіти України, за адресою: 310078, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету за адресою: 310078, м. Харків, вул. Петровського, 25.

 

 

Актуальність роботи. Вирішення ряду значних екологічних проблем пов'язане з утилізацією або захороненням токсичних, радіоактивних та інших різновидів відходів промисловості та енергетики. Зокрема, експлуатація реакторів атомних електростанцій супроводжується природним процесом заміни відпрацьованих тепловиділяючих елементів (ТВЕЛ). Одним із шляхів рішення цієї проблеми є сухий схов відходів ядерного палива (ССВЯП) в масивних вентильованих бетонних контейнерах (ВБК) на спеціальних майданчиках. Це один із варіантів захоронення ТВЕЛ, поширений в США, Франції, Англії та інш. країнах. Високий ступінь відповідальності конструкції обумовлює відповідні вимоги до властивостей і технології бетону. У цьому конкретному випадку не ставляться вимоги до радіаційної стійкості.

Масивність контейнера – фактор, що визначає вимоги до вибору компонентів і складу бетону, обгрунтуванню технологічних параметрів, режимів тверднення. Особливе значення при цьому відіграє тепловиділення бетону в результаті экзотермії цементу. Тепловиділення, як внутрішнє джерело тепла, може чинити негативний вплив на термонапружений стан і викликати появу дефектів структури бетону. Незважаючи на опрацьованість багатьох аспектів оцінки і урахування цього явища не вирішено ряд завдань коректного визначення та математичного опису функції тепловиділення для прогнозу температурних полів у твердіючому бетоні. Складність їх вирішення утруднює розробку і освоєння технологій бетону на сучасному інформаційному рівні. При цьому інформація про тепловиділення виконує подвійну роль. З одного боку, дані про тепловиділення на різних стадіях гідратації дозволяють обгрунтувати ефективність застосування цементів і добавок, з іншого – оцінка і урахування екзотермії необхідні для призначення раціональних режимів тверднення бетону в реальних умовах.

Мета роботи. Розробка і освоєння технології залізобетонних контейнерів з урахуванням екзотермії цементів.

Задачі роботи:

– оцінка придатності цементів України за даними про тепловиділення для технології контейнерів;

– аналіз ефективності дії хімічних добавок пластифікуючого і повітрявтягуючого типів на швидкість і повноту тепловиділення на ранніх стадіях гідратації цементів;

– формування банків нормативно-технологічних даних і бетонознавчих баз знань для визначення технологічних параметрів виготовлення ВБК;

– розробка методики розрахунку температурних полів і напружень в бетонних виробах циліндричного типу;

– проведення розрахунку температурних полів і напружень у бетоні, що твердіє, з урахуванням екзотермії цементу;

– розробка “Рекомендацій з технології вентильованого бетонного контейнера сухого схову відходів ядерного палива. Інформаційна система контролю якості і виробництва бетонних робіт при виготовленні вентильованого бетонного контейнера”;

– відпрацьовування елементів інформаційної технології при виготовленні експериментального і промислових контейнерів.

Наукова новизна роботи:

– за термокінетичними характеристиками процесів тверднення цементів у присутності хімічних добавок обгрунтована їхня придатність для технології залізобетонних контейнерів;

– для рішення задачі теплопереносу в бетоні, що твердіє, вперше введений фізико-хімічний параметр – умовний ступінь перетворення (гідратації) цементу за даними термокінетичного аналізу;

– запропонована методика розрахунку і моделювання температурних полів і напружень у бетонних виробах циліндричного типу з урахуванням екзотермії цементу;

– установлено закономірності розвитку температурних полів і напружень у залізобетонних контейнерах залежно від термокінетичних характеристик тверднення цементів;

– розроблена структура інформаційної технології залізобетонних контейнерів, база бетонознавчих знань якої доповнена методикою розрахунку і прогнозу температурних полів і напружень.

Практичне значення отриманих результатів:

– оцінена роль термокінетичного фактора при твердненні цементів у присутності добавок поверхнево-активних речовин у технології залізобетонних контейнерів;

– за даними термокінетичного аналізу визначений ряд переваги використання низькотермічних цементів і хімічних добавок, що знижують тепловиділення, у технології залізобетонних контейнерів;

– розроблена інформаційно-довідкова система оцінки якості компонентів, добору і коригування складів бетону для виготовлення залізобетонних контейнерів;

– розроблено “Рекомендації з технології вентильованого бетонного контейнера сухого схову відходів ядерного палива. Інформаційна система контролю якості і виробництва бетонних робіт при виготовленні вентильованого