Show simple item record

Influence of Neutron and Gamma Irradiation on Concrete Properties and Structural Performance

dc.contributor.advisorŠtemberk Petr
dc.contributor.authorYuliia Khmurovska
dc.date.accessioned2019-09-11T22:19:14Z
dc.date.available2019-09-11T22:19:14Z
dc.date.issued2019-09-12
dc.identifierKOS-690665689405
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10467/85315
dc.description.abstractTato práce se zabývá numerickým a experimentálním zkoumáním vlivu ozařování na vlastnosti betonu a jeho mechanickou odezvu. Ozařování neutrony způsobuje radiačně indukovanou volumetrickou expanzi kameniva, která spolu se smrštěním cementové malty vede k nerovnoměrnému rozložení napětí v betonové konstrukci a následně k lokální koncentraci napětí. Trhliny v betonu vznikají, když hodnoty napětí dosahují meze pevnosti. Výsledkem je výrazné zhoršení vlastností betonu (pevnost, modul pružnosti atd.), které ovlivňují jeho mechanickou odezvu. Z tohoto důvodu byla provedena numerická analýza (sdružená úloha poškození-dotvarování) betonového biologického stínění reaktoru VVER 440/213 pomocí metody konečných prvků, která kombinuje nejnovější teoretická a experimentální data. Výsledky ukazují, že stínící vlastnosti betonového biologického stínění mohou být sníženy důsledkem vzniku radiálních trhlin, nicméně železobetonová nosná stěna, která se nachází přímo za biologickým stíněním, může dodatečně zajistit potřebné stínění. Ozařování gama zářením rovněž způsobuje radiačně indukovanou radiolýzu vody, která může ovlivnit dotvarování betonové konstrukce, jelikož dotvarování, mimo jiné, závisí na množství a stavu vody v cementové pastě. Předložený experimentální výzkum však ukazuje nevýznamný účinek gama-záření na dotvarování betonu. Existující modely se tedy dají použít pro výpočet dotvarování betonu ozářeného gama zářením a současně jako první odhad pro beton ozářený neutrony. Dále byl zkoumán vliv gama záření na beton raného stáří s cílem prozkoumat možnosti alternativního návrhu betonových prvků, které se používají ve spojitosti s ukládáním radioaktivních odpadů. Výsledky ukazují snížení pevnosti vzorku po 356 dnech ozařovaní, avšak způsob ošetřování (přítomnost nebo nepřítomnost izolace) má mnohem větší účinek než gama-záření na měřené vlastnosti cementové malty. Doporučuje se tedy zajistit vysokou vlhkost a normální okolní teplotu během betonáže a ošetřování těchto betonových prvků pro snížení potenciálně negativních účinků gama-záření, jako je vysychání vyvolané ozářením. Dodatečné příklady tvorby a použití různých kódů a modelů (Rigid Body Spring Model, model hydratace, model mikrostruktury, obrazová analýza) pro související úlohy jsou uvedené v příloze.cze
dc.description.abstractThis study presents numerical and experimental investigation of the effect of irradiation on concrete properties and structural performance. The neutron irradiation causes radiation-induced volumetric expansion of aggregates which together with cement mortar shrinkage leads to nonuniform strain distribution in concrete and consequently to the local stress concentration. Occurrence of cracks in concrete starts when the stresses reach the strength value. It results in significant reduction of concrete properties (strength, elastic modulus, etc.) which affects the structural performance of concrete. Due to this fact, the coupled damage-creep finite element analysis of the concrete biological shield of VVER 440/213 which combines the newest theoretical and experimental data was performed. The results show that shielding properties of the biological shield may be reduced due to the occurrence of the radial cracks, however, the concrete wall, which is situated right behind the biological shield, will backup the necessary shielding. Additionally, the gamma-ray irradiation causes radiation-induced water radiolysis, which can affect concrete creep, as it, besides others, depends on the amount and the state of water in the cement paste, however, the presented experimental investigation shows an insignificant effect of gamma-ray irradiation on cement mortar creep. Therefore, the creep of gamma-irradiated concrete structures as well as the first estimation of creep of neutron-irradiated structures can be predicted by the existing numerical models. The effect of gamma-ray irradiation on concrete starting from early-age was investigated in order to estimate possibilities of the alternative design in the field of radioactive waste disposal. The results show the reduction of strength after 356 days of irradiation, however, the effect of curing conditions (presence or absence of insulation) has a much larger effect than the gamma-radiation on the measured properties of mortar. Therefore, it can be recommended to provide high humidity and normal ambient temperature during casting and curing for reduction of the potentially negative effects of gamma radiation, such as the irradiation-induced drying. Additionally, examples of application of various approaches (Rigid Body Spring Model, hydration model, microstructure model, image processing) to the related tasks are presented in the Appendix.eng
dc.publisherČeské vysoké učení technické v Praze. Vypočetní a informační centrum.cze
dc.publisherCzech Technical University in Prague. Computing and Information Centre.eng
dc.rightsA university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html.eng
dc.rightsVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html.cze
dc.subjectcementová maltacze
dc.subjectbetoncze
dc.subjectdotvarovánícze
dc.subjectpoškozenícze
dc.subjectrané stářícze
dc.subjectexperimentcze
dc.subjectmetoda konečných prvkůcze
dc.subjectozařování gama zářenímcze
dc.subjectozařování neutronycze
dc.subjectradiačně indukovaná objemová expanzecze
dc.subjectmechanická odezvacze
dc.subjectcement mortareng
dc.subjectconcreteeng
dc.subjectcreepeng
dc.subjectdamageeng
dc.subjectearly-ageeng
dc.subjectexperimenteng
dc.subjectfinite element methodeng
dc.subjectgamma-ray irradiationeng
dc.subjectneutron irradiationeng
dc.subjectradiation-induced volumetric expansioneng
dc.subjectstructural performanceeng
dc.titleVliv neutronového a gama ozařování na vlastnosti betonu a jeho mechanickou odezvucze
dc.titleInfluence of Neutron and Gamma Irradiation on Concrete Properties and Structural Performanceeng
dc.typeDOKTORSKÁ PRÁCEcze
dc.typeDISSERTATIONeng
dc.contributor.refereePatzák Bořek
theses.degree.disciplineKonstrukce a dopravní stavbycze
theses.degree.grantorkatedra betonových a zděných konstrukcícze
theses.degree.programmeStavební inženýrstvícze


Files in this item






This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record