CC BY
14
- © В.П. Конухин, Ю.Г. Смирнов,
А.О. Орлов, 2012
УЛК 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.
В 2004 г. в рамках программы «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 Nord 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 сушествования объекта: от выбора площадки до, непосредственно, процесса строительства. При этом в качестве важнейшей предпосылки для предстояшей безопасной эксплуатации радиационно-опасного 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 пло-шадок хранения, оборудованных су-довозными рельсовыми путями, и предназначен для открытого хранения 120 реакторных отсеков. Размеры плошадки определены, исходя из максимальных габаритных размеров РО АПЛ III поколения. Обший вид
Рис. 1. Общий вид строящегося комплекса ПДХ РО в Сайда-губе
площадки с размешенными на ней реакторными отсеками представлен на рис. 1.
Железобетонная стапельная плита, предназначенная для размещения реакторных отсеков, размешается 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 (надбетонка) 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 факторов, влияющих на их эксплуа-
тационные 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 неразру-шающим методом с использованием электронного склерометра ОЮ1 -БСИМЭТ 2000 (Швейцария). Диапазон измерений прибора составляет 10—70 МПа. Действие его основано на принципе упругого отскока. Не-разрушающий 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 не-разрушающим способами.
Расположение и количество площадок измерений принималось согласно программе проведения исследований с учётом более полного ох-
вата поверхности 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
Рис. 3. Общий вид комплекта измерительного прибора DIGI - SCHMDT 2000
среднеквадратичное 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 пли-180
ты 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 И50.
Таким образом, было подтверждено соответствие характеристик бетона внутри железобетонных конструкций стапельной плиты требованиям проекта.
Выводы
При строительстве радиационно-опасного 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 морозостойкость, водонепроницаемость и
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 ме-
ряд других, в соответствии с нормативными документами определяющим показателем является фактическая прочность бетона.
Выполненные работы по определению прочностных характеристик бетона стапельной плиты неразру-шающим методом с использованием электронного склерометра ОЮ1 -БСИМЭТ 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 неразрушаю-щим методом. По прочности бетон соответствует марке 350 или классу В27.5, по морозостойкости — марке П50.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
тодов 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. пттт?
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Конухин В.П. — доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией, vladimir@goi.kolasc.net.ru,
Смирнов Ю.Г. — научный сотрудник, smirnov@goi.kolasc.net.ru, Орлов А.О. — научный сотрудник.
Горный институт Кольского научного центра РАН, aleor@goi.kolasc.net.ru
А
