CC BY
88
© В.П. Конухин, Ю.Г. Смирнов, А.О. Орлов, 2011
УДК 620.179:693.542
В.П. Конухин, Ю.Г. Смирнов, А. О. Орлов
ОЦЕНКА ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ РАДИАЦИОННООПАСНОГО ОБЪЕКТА В АРКТИКЕ
Представлены результаты экспериментальных исследований прочностных характеристик бетона в железобетонных конструкциях стапельной плиты и технологических сооружений пункта долговременного хранения реакторных отсеков утилизируемых АПЛ на Кольском полуострове. Подтверждено соответствие качества бетона проектным показателям.
Ключевые слова: реакторный отсек, атомная энергия, стапельная плита, железобетонная конструкция, электронный склерометр.
п 2004 году в рамках программы
А# «Глобальное партнерство» и двухстороннего сотрудничества ФРГ и Российской Федерации было начато строительство объекта «Пункт долговременного хранения реакторных отсеков (ПДХ РО) утилизируемых АПЛ в Сайда-Губе» (оператор проекта - немецкая фирма Energiewerke N0^ GmbH; главный российский партнер - Российский научный центр «Курчатовский институт»).
С целью обеспечения безопасных условий длительного хранения реакторных отсеков Федеральным агентством по атомной энергии России была сформирована концепция многоуровневого контроля на всех стадиях существования объекта: от выбора площадки до, непосредственно, процесса строительства. При этом в качестве важнейшей предпосылки для предстоящей безопасной эксплуатации радиационноопасного объекта в течение длительного времени было принято высокое качество строительных работ.
Строящийся ПДХ РО утилизируемых АПЛ расположен в Мурманской области на севере Кольского полуострова в 7 км от г. Снежногорска и 100 км от г. Мурманска на берегу Баренцева моря в заливе Сайда-Губа. Температура воздуха в зимний период (9 месяцев) может достигать минус 20—30 С. Район характеризуется частыми снегопадами и метелями, годовая сумма осадков 800—1000 мм. Устойчивый снежный покров образуется, как правило, в начале ноября, дата окончательного схода снежного покрова приходится на май. Скорость ветра на Мурманском побережье Кольского полуострова в среднем составляет 7—8 м/с. Влажность воздуха более 80 %, в целом для района характерна относительно мягкая зима и короткое прохладное лето.
ПДХ РО представляет собой ряд параллельных железобетонных площадок хранения, оборудованных судовозными рельсовыми путями, и предназначен для открытого хранения 120 реакторных отсеков. Размеры площадки определены, исходя из максимальных габаритных
Рис. 1. Общий вид строящегося комплекса ПДХРО в Сайда-Губе
размеров РО АПЛ III поколения. Общий вид площадки с размещёнными на ней реакторными отсеками представлен на рис. 1.
Железобетонная стапельная плита, предназначенная для размещения реакторных отсеков, размещается на скальном или насыпном основании, на которое уложена щебёночная подушка, закреплённая бетонной стяжкой. Каждая отдельная плита под отсек бетонируется непрерывной заливкой. Плита имеет температурные швы и дренажные канавки. Сверху стапельная плита покрывается защитным слоем бетона (надбе-тонка) и гидроизоляционным полимерным покрытием. Конструкция стапельной плиты приведена на рис. 2.
Строительство ПДХ РО в Сайда-Губе осуществляется согласно жёстко установленного графика. Для оценки состояния железобетонных конструкций необходим всесторонний анализ факто-
ров, влияющих на их эксплуатационные характеристики: состав и прочность бетона, морозостойкость, водонепроницаемость и другие показатели. Однако при всем многообразии контролируемых параметров определяющим фактором принято считать соответствие фактической прочности бетона проектным требованиям [1, 2].
Для оценки качества бетонных конструкций производился оперативный периодический контроль прочности бетона стапельных плит неразрушающим методом с использованием электронного склерометра DIGI - SCHMDT 2000 (Швейцария). Диапазон измерений прибора составляет 10—70 МПа. Действие его основано на принципе упругого отскока. Неразрушающий контроль прочности бетона склерометром Шмидта и его аналогами включен в нормативные документы многих стран, а на строящемся объекте осуществлялся в соот-
Рис. 2. Конструкция стапельной плиты
ветствии с действующими российскими стандартами [3].
Преимущества данного метода обусловлены его высокой производительностью, оперативностью, достоверностью получаемых результатов и возможностью проведения весьма значительных объёмов испытаний.
Промышленные испытания по определению прочности бетона на стапельной плите строящегося ПДХ РО производились после набора бетоном нормативной прочности. Предварительно были выполнены сравнительные испытания прочности бетона на сжатие с использованием лабораторного гидравлического пресса и электронного склерометра Шмидта. Результаты испытаний свидетельствовали о высокой сходимости значений прочности образцов бетона на сжатие, полученных разрушающим и неразрушающим способами.
Расположение и количество площадок измерений принималось согласно программе проведения исследований с учётом более полного охвата поверхно-
сти контролируемых плит (10—12 площадок на плиту). Перед началом испытаний производилось выравнивание измеряемой поверхности, где это было необходимо, наждачным кругом с электрическим приводом, зачистка их от пыли и остатков цементного раствора. Склерометр во время производства замеров, располагался так, чтобы усилие прикладывалось перпендикулярно к испытываемой поверхности в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора.
Зачищенная поверхность площадки имела круглую или овальную форму, достаточную для снятия 12 измерений. Расстояние между местами (точками) испытаний не менее 30 мм, между площадками в среднем — 2—4 м.
Средняя величина прочности по каждой площадке измерения рассчитывалась как среднеарифметическое значение по 12 замерам (по ГОСТу достаточно 5 замеров). Максимальное и минимальное значение при этом отбрасывалось. Определялось также, среднеквад-
Рис. 3. Общий вид комплекта измерительного прибора DIGI - SCHMDT2000
ратичное отклонение прочности и коэффициент вариаций.
Результаты измерений обрабатывались с использованием персонального компьютера при помощи программного обеспечения Vista Transfer и Vista Pro. Общий вид комплекта измерительного прибора DIGI - SCHMDT 2000 изображен на рис. 3.
В процессе производства натурных измерений было установлено, что бетонирование в зимнее время методом термоса не всегда способствовало полному набору нормативной прочности, хотя в весенний период все несущие конструкции стапельной плиты достаточно быстро набирали проектную прочность (класс бетона В 22,5). Кроме того, на некоторых несущих конструкциях стапельной плиты определялась динамика
набора прочности в течение нескольких месяцев. Пример этих замеров иллюстрирует рис. 4.
Полученные в 2005—2008 гг. результаты замеров более чем по 90 блокам стапельной плиты подтверждают высокую эффективность данного метода для оперативного контроля прочностных характеристик бетона.
Для оценки реальных показателей прочности и морозостойкости бетона железобетонных несущих конструкций внутри плиты был производён отбор проб методом выбуривания кернов, согласно ГОСТ 28570—90 «Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций» и ГОСТ 18105—86 «Правила контроля прочности».
Рис. 4. Динамика набора прочности на одной из несущих конструкций
Рис. 5. Выбуренные керны из тела стапельной плиты
Участки для выбуривания выбирались в местах свободных от арматуры, наличие которой определялось с помощью электронного прибора. Для выбуривания образцов-кернов из бетонных конструкций применялось электрическая буровая установка «ДИАМАНТ GDB 1600 WE» с режущим инструментом в виде кольцевого
алмазного сверла фирмы BOSCH (Германия). Установка предназначена для выбуривания кернов в бетоне и железобетоне с промывкой водой до глубины 0,5 м. что соответствует середине высоты плиты. Диаметр выбуренного отверстия составлял 106 мм. Буровая установка располагалась на специальной раме с направляющей консолью и крепилась к плите распорными болтами. На рис. 5 показаны выбуренные керны из тела стапельной плиты.
Как видно из рис. 4, на кернах встречаются небольшие каверны. Это связано с наличием пузырьков воздуха оставшегося после виброуплотнения бетона. В лабораторных условиях из кернов были изготовлены образцы-цилиндры с одинаковыми высотой и диаметром и проведены исследования по определению их прочности и морозостойкости.
Испытания образцов-кернов проводились в соответствии с действующими нормативными документами и показали следующие результаты:
• по прочности бетонные образцы-керны соответствуют марке бетона 350 или классу бетона В 27.5;
• испытания на морозостойкость показало, что среднее значение потери прочности основных образцов после промежуточных 20 циклов замораживания-оттаивания составило 1,9 %, а после 30 циклов — 3,0 %, что не превышает допустимые 5,0 %.
• образцы-керны бетона по морозостойкости соответствуют заданной марке F150.
Таким образом, было подтверждено соответствие характеристик бетона внутри железобетонных конструкций стапельной плиты требованиям проекта.
Выводы
При строительстве радиационноопасного наземного объекта, которым является ПДХ РО утилизируемых АПЛ в Сайда-Губе, должна быть обеспечена заданная устойчивость всех несущих конструкций хранилища.
При всем многообразии контролируемых параметров, таких как морозо-
1. ГОСТ 28570—90. Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций. Введ. 01.01.91. — М.: Изд-во стандартов, 1990. — 9 с.
2. Клевцов В.А., Коревицкая М.Г., Матвеев Ю.К. Применение неразрушающих методов
стойкость, водонепроницаемость и ряд других, в соответствии с нормативными документами определяющим показателем является фактическая прочность бетона.
Выполненные работы по определению прочностных характеристик бетона стапельной плиты неразрушающим методом с использованием электронного склерометра DIGI - SCHMDT 2000 свидетельствуют о технической возможности и высокой эффективности данного способа для оперативного периодического контроля прочности бетона. Проведённый комплекс исследований показал высокое качество бетона в несущих конструкциях стапельной плиты и других технологических сооружений ПДХ РО.
Выбуренные бетонные образцы-керны из внутреннего слоя бетона стапельной плиты подтвердили результаты, полученные неразрушающим методом. По прочности бетон соответствует марке З50 или классу В27.5, по морозостойкости — марке F150.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
при обследовании монолитных конструкций. Бетон и железобетон. — 1996. — № 7.
3. ГОСТ 22690—88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. Введ. 01.01.91. М.: Изд-во стандартов, 1988. — 19 с. шгЛ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------------
Конухин В.П. — доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией, Горный институт Кольского научного центра РАН, [email protected],
Смирнов Ю.Г. — научный сотрудник Горного института Кольского научного центра РАН, [email protected],
Орлов А.О. — научный сотрудник Горного института Кольского научного центра РАН, [email protected]
