Vliv zvýšených teplot na beton biologického stínění

Abstract

Proces prodlužování platnosti licencí pro provoz jaderných elektráren (JE) je v současnosti aktuálním tématem v mnoha zemích, což vyplývá z mohutné výstavby JE v 70. a 80. letech minulého století, jejichž licencím nyní v blízké době vyprší platnost. Tento proces je přísně kontrolován a vyžaduje detailní studie týkající se otázek bezpečnosti podložené expertní analýzou a zkouškami in-situ. Z tohoto důvodu se porozumění degradačním mechanismům na konstrukcích JE, zvláště pak uvnitř kontejnmentu, stalo středem zájmu mezinárodních organizací, národních regulačních úřadů a mnoha výzkumných organizací v oblasti jaderného průmyslu. Beton biologického stínění (BBS) slouží jako bariéra chránící okolní prostředí od škodlivých účinků vznikajícího ionizujícího záření, přičemž je vystaven negativním vlivům neutronového záření a záření gama, doplněné tepelným zatížením. Dopady ozáření betonu na jeho vlastnosti nebyly dosud v příliš velkém rozsahu prostudovány a současný stav poznání obsahuje značné nedostatky. Kromě toho, složení BBS si v mnoha případech vyžaduje velmi specifický návrh převážně z hlediska použitého typu kameniva. Přestože vlivy vysokých teplot na degradaci mnoha druhů betonů jsou již poměrně dobře známy, informací o chování těchto specifických druhů betonů je podstatně méně. Z toho vyplývá, že obě zmíněné oblasti vyžadují pokračování ve výzkumných aktivitách společně s postupným vývojem nástrojů pro efektivní a průkazné určování reálného stavu betonových konstrukcí JE. Tato diplomová práce je zaměřena na studium dopadu tepelného zatížení pěti vybraných reprezentativních druhů BBS s použitím jak destruktivních, tak nedestruktivních zkoušek, za účelem stanovení závislostí snadno získatelných parametrů prostřednictvím NDT na míře degradace, která je reprezentována poklesem hodnot mechanických vlastností získaných ze zkoušek destruktivních. Druhým důležitým účelem této práce bylo přímé porovnání chování jednotlivých druhů studovaných betonů, lišících se pouze druhem použitého kameniva, vystavených tepelnému zatěžování.

The verification process of licenses for operation life of nuclear power plants (NPPs) is currently topical in many countries due to the high boom of NPPs´ construction in 1970s and 1980s, which means that the duration period of their original licences is close to the end. This process is highly controlled and requires detailed studies relating safety issues, which are verified by expert analyses and on-site testing. Therefore, the issue of understanding the degradation mechanisms of NPPs´ concrete structures, especially inside the containment, has become the interest of international agencies, national regulatory bodies as well as of many research institutions dealing with nuclear industry. Biological shielding concrete (BSC) serves the protection function of the surrounding environment, being the barrier which attenuates the majority of generated ionising radiation, and suffers from the negative effects of neutron and gamma irradiation accompanied by thermal loading. The effects of irradiation have not yet been researched in broad extent and the present bulk of information involves significant gaps. Moreover, the composition of BSC in many cases requires special design with the use of unconventional aggregate types. Although, the influence of heating on various types of concrete has been investigated widely, there is less data dealing with special concrete used as biological shield. Both areas therefore require further research, complemented with the development of tools determining the actual state of the NPPs´ concrete structures. This thesis is aimed at the investigation of thermal effects on five concrete types for use as BSC. Both destructive and non-destructive tests were conducted in order to investigate relationships between the concrete parameters, which can be easily obtained by NDT, and the actual degree of degradation, as the loss of mechanical properties achieved by destructive tests. The second main purpose was to give comparison of the performances between the studied concrete types differing only in the used aggregate.