СПОСОБ ТОРКРЕТИРОВАНИЯ НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНОЙ БЛОК-УПАКОВКИ
METHOD OF SHOTCRETING OF EXTERNAL SURFACE OF RADIATION PROTECTING PACKAGE

Изобретение относится к атомной технике и технологии, в частности к комплексной утилизации, консервации, временному и длительному хранению радиационно опасных реакторных отсеков (РО), крупногабаритных плавучих и других объектов, например крупнотоннажных надводных кораблей (НК), грузовых транспортных судов, ледоколов и плавучих электростанций с ядерными энергетическими установками (ЯЭУ).
Известен способ установки на длительное хранение радиационно опасных крупногабаритных объектов по патенту РФ №2390063.
По этому способу установки на длительное хранение и хранение радиационно опасных крупногабаритных объектов, установленных рядами на площадку длительного хранения, объект предварительно формируют в блок-упаковку, на которой выполняют опорные поверхности, и транспортируют к месту хранения на пункт длительного хранения (ПДХ). После установки блок-упаковки на место технологического обслуживания на ее поверхность наносят наружное защитное покрытие.
Известен также способ по патенту РФ №2293386 «Способ формирования радиационно-защитной блок-упаковки для установки на береговое хранение».
Этот способ включает проведение комплексного инженерного обследования РО, выемку отработавших тепловыделяющих сборок, демонтаж оборудования из РО, формирование блок-упаковки РО и перегрузку ее на берег, нанесение на наружную поверхность блок-упаковки радиационно-защитного слоя торкрет-бетона толщиной до 30 мм и установку сформированной радиационно-защитной блок-упаковки на береговое хранение.
Однако при длительном хранении блок-упаковок по указанным выше аналогам коррозирует и разрушается внешний иммобилизационный барьер, препятствующий высвобождению радиоактивности и радионуклидов в окружающую природную среду, поэтому периодически приходится осуществлять восстановление наружного защитного покрытия блок-упаковок.
Известен способ торкретирования для антикоррозийной защиты стальных конструкций, изложенный в документе ОАО «ЦНИИ Промзданий» «Руководство по применению торкрет-бетона при возведении, ремонте и восстановлении строительных конструкций, зданий и сооружений» шифр М 10. 1/06 и технических условиях ТУ 5745-001-16216892 «Торкрет-бетон». Этот способ наиболее близок по технической сущности к заявляемому и принят за прототип.
Способ распространяется на использование торкрет-бетона, наносимого на наружную поверхность объекта, на которой предварительно закрепляют известным способом металлическую арматуру диаметром 3÷6 мм в виде сетки со стороной квадрата от 25 мм до 100 мм и затем наносят под давлением сжатого воздуха слой торкрет-бетона, включающий вяжущее - портландцемент, заполнители, химические и минеральные добавки, а в качестве затвердителя - воду.
Монолит такого торкрет-бетона обладает удовлетворительной прочностью, пожаробезопасностью, хорошей морозостойкостью, имеет марку по водонепроницаемости не более W12. При укладке бетонного раствора по этому способу отскок раствора от наружной поверхности доходит до 20%.
Однако по данным ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» скорость коррозии наружных поверхностей блок-упаковок при хранении в атмосферных условиях на ПДХ Крайнего Севера и Дальнего Востока составляет 0,1 мм в год, что приводит к ограниченному сроку службы монолита торкрет-бетона. Ограниченный срок службы железобетонных конструкций связан, прежде всего, с коррозией стальной арматуры. Воздействие на металлическую арматуру влажного воздуха и воды с агрессивными химическими соединениями, которые проникают через гелиевые поры бетона, вызывают коррозию металла. Результатом такого процесса становится появление продуктов коррозии, объем которых до 2,5 раз превышают объем прокоррозировавшего металла. Такое значительное увеличение внутреннего объема способствует появлению напряжений в железобетонных конструкциях и, как следствие, трещин в бетоне, которые приводят к постоянному его разрушению. Поэтому расчетный срок службы наружной поверхности блок-упаковки, изготовленной таким способом, в условиях хранения на ПДХ составит не более 25 лет, что приведет к большим эксплуатационным затратам хранения блок-упаковок и является недостатком и этого способа.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка надежной и недорогой технологии формирования наружной поверхности радиационно-защитной блок-упаковки для установки на длительное хранение на фундаментных опорах ПДХ без каких-либо перемещений.
Основным техническим результатом, благодаря которому обеспечивается выполнение поставленной задачи, является значительное увеличение (на порядок) срока длительного хранения блок-упаковки, за счет построения защитного барьера при формировании наружной защитной поверхности блок-упаковки с использованием современных материалов для арматурной сетки и состава торкрет-бетона.
Получение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что согласно предлагаемому способу на наружной поверхности блок-упаковки закрепляют арматурную сетку и наносят под давлением сжатого воздуха слой торкрет-бетона, покрывающий сетку и включающий портландцемент, заполнители, химические и минеральные добавки, а также воду. При этом используют сетку со стороной ячейки не менее 110×110 мм, изготовленную из наномодифицированной базальтопластиковой арматуры с песчаным наружным покрытием, сетку устанавливают с зазором не более 8 мм от торкретируемой поверхности, а торкрет-бетон наносят при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент марки 500
37,0÷39,2
Плотный песок (модуль плотности не менее 2)
29,8÷32,7
Микрокремнезем
5,8÷6,0
Добавка «Реламикс СП-2» по
ТУ-5870-002-14153664-04
1,1÷1,5
Зола
4,5÷5,2
Вода
17,7÷18,8
В частном случае заявленного способа торкретирования наружных поверхностей блок-упаковки в целях уменьшения ее массы и габаритов максимальный слой торкрет-бетона наносят толщиной не более 25 мм.
Сочетание арматурной сетки, изготовленной из базальтопластиковых стержней с наружным песчаным покрытием и модифицированных наноглиной, с торкрет-бетоном позволяет создать монолитное наружное покрытие, обладающее следующими свойствами по сравнению с монолитом торкрет-бетона с металлической арматурной сеткой:
- абсолютная коррозионная стойкость;
- абсолютная пожаробезопасность;
- повышенные прочностные характеристики;
- повышенная стойкость к агрессивным средам;
- обеспечение повышенной экологической и радиационной безопасности.
От эмпирически найденных при испытаниях оптимальных размеров ячейки сетки и расстояния сетки от наружной поверхности зависят минимизация отскока торкрет-бетона, а также снижение себестоимости сетки.
Наружное монолитное покрытие блок-упаковки с такими свойствами обеспечит ее безопасное хранение на фундаментных опорах ПДХ на несколько сот лет.
Производство базальтопластиковой арматуры (БПА) в виде стержней, модифицированных наноглиной, началось в России в 2007 г. БПА - это арматура АНК-Б-6 (обозначение производителя арматуры при заказе), производимая ООО «Гален» (г. Чебоксары, РФ), проходила различные испытания не только в России (ОАО «ЦТСС», ООО «Гален»), но и в Великобритании. Испытания БПА на долговечность проходили на факультете конструкционного проектирования университета Шеффилда (The University of Sheffield, UK). Исследования заключались в выдержке образцов в щелочной среде ph 9 и определении прочности на растяжение, изгиб и сжатие, с последующей экстраполяцией полученных результатов по показателю долговечности. По результатам исследований сохранение прочности от воздействия окружающей среды за период 100 лет в среде влажного бетона при температуре 20°C составляет 94%.
По результатам исследований, проведенных в России (ОАО «ЦТСС», ООО «Гален»), получены следующие результаты:
- монолитное бетонное наружное покрытие, армированное сеткой из базальтопластиковых стержней, модифицированных наноглиной, обладает повышенными прочностными характеристиками (больше на 17% по сравнению с армированной металлической сеткой);
- монолитное бетонное наружное покрытие армированное сеткой из базальтопластиковых стержней, модифицированных наноглиной является абсолютно коррозионностойким и негорючим материалом;
- предел прочности сцепления бетона с БПА диаметром 5÷6 мм с нанесенным на поверхность стержней песчаным покрытием в 2,7 раза больше по сравнению с арматурной сеткой из металлической проволоки ⌀ 5÷6 мм при глубине заделки 30 мм;
- наименьшая величина отскока бетонной смеси от наружной торкретируемой поверхности не более 5% от массы сухой смеси (до 20% торкрет-бетон с металлической сеткой) была определена при нанесении на наружную поверхность, с закрепленной арматурной сеткой, с величиной ячейки 110×110 мм, изготовленной из базальтопластиковых стержней, модифицированных наноглиной, диаметром 5÷6 мм с песчаным наружным покрытием, при этом арматурная сетка была установлена на расстоянии 8 мм от наружной поверхности;
- соотношение компонентов бетонной смеси с использованием добавки «Реламикс СП-2» по ТУ-5870-002-14153664-04 позволяет повысить проектную марку бетона на 15÷25%, получить подвижность бетонной смеси до П5, с одновременным увеличением прочности бетона в первые двое суток нормального твердения на 15÷20%. Добавка «Реламикс СП-2» уплотняет структуру бетона, обеспечивает повышение его морозостойкости до F>500 и водонепроницаемости W>16, обладает ингибирующими свойствами по отношению к арматуре.
4
10
2
Стержни, изготовленные из базальтопластиковых материалов, модифицированных наноглиной, позволяют изготовить арматурную сетку с абсолютной коррозионной стойкостью и пожаробезопасностью, повышенными прочностными характеристиками и стойкостью к агрессивным средам. Наноглина основана на смектитовых глинах, таких как монтмориллонит - гидратированный гидроксид силиката натрия, кальция, алюминия, магния (Na, Са) (Al Mg)6(Si O)3(ОН)6nHO. Монтмориллонит встречается в пластах смектитовых глин в естественном геологическом состоянии.
Выбранные материалы и порядок построения монолитного бетонного наружного покрытия блок-упаковки позволяют:
- создать надежную и долговременную биологическую защиту окружающей природе и обслуживающему персоналу ПДХ;
- значительно снизить эксплуатационные расходы по обслуживанию блок-упаковок на ПДХ за счет увеличения на порядок времени длительного хранения блок-упаковки на фундаментных опорах ПДХ без каких-либо перемещений;
- значительно сократить отскок бетонной смеси от наружной торкретируемой поверхности;
- снизить трудоемкость технологического процесса торкретирования наружной поверхности по сравнению с торкретированием при использовании металлической арматурной сетки и, соответственно, снизить дозовые нагрузки на персонал.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими чертежами:
Фиг. 1. Схема расположения технологического оборудования и блок-упаковки для выполнения торкретных работ.
Фиг. 2. Сечение А-А. Разрез монолитного бетонного наружного покрытия блок-упаковки.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Наружная поверхность блок-упаковки 1 должна быть отпескоструена, т.е. подготовлена для укладки торкрет-бетона 2.
На наружные поверхности блок-упаковки 1, стоящей на опорных фундаментах 3 ПДХ, навешивается арматурная сетка 4, изготовленная из базальтопластиковых стержней ⌀ 5÷6 мм с песчаным наружным покрытием 5 и с использованием наномодификатора - наноглины.
Арматурная сетка 4 имеет величину ячейки 110×110 мм и закрепляется на расстоянии 8 мм от наружной поверхности блок-упаковки 1 любым известным способом. В рабочей зоне торкретирования располагают и соединяют в технологической последовательности (Фиг. 1) следующее оборудование для выполнения торкретных работ:
- компрессор 6;
- цемент-пушка 7;
- сопло 8;
- водяной бак 9;
- воздухораспределитель 10.
В цемент-пушку 7 загружают сухую смесь при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Портландцемент марки 500
37,0÷39,2
Плотный песок (модуль плотности не менее 2)
29,8÷32,7
Микрокремнезем
5,8÷6,0
Добавка «Ремикс СП-2»
1,1÷1,5
Зола
4,5÷5,2
Данную сухую смесь в указанных масс.% приготавливают в стандартном смесителе (на фиг. 1 смеситель не показан). Воду в количестве, соответствующем 17,7÷18,8 масс.%, заливают в водяной бак 9.
После включения компрессора 6 сжатый воздух через воздухораспределитель 10 поступает в водяной бак 9 и цемент-пушку 7. Из цемент-пушки 7 сухая смесь и из водяного бака 9 вода поступают под давлением сжатого воздуха в сопло 8, где и происходит смешивание воды с сухой смесью в соотношении масс %: сухая смесь 82,3÷83,4, вода 17,7÷18,8.
Из сопла 8 выбрасывается на наружную поверхность блок-упаковки 1 раствор торкрет-бетона 2 под давлением сжатого воздуха, при этом сопло 8 должно находиться от наружной поверхности блок-упаковки 1 на расстоянии 500÷1000 мм. Это расстояние регулируется вручную торкрет-бетонщиком. Далее процесс торкретирования продолжается до образования торкретного слоя на наружной поверхности блок-упаковки 1 толщиной не более 25 мм по типовой технологии торкретирования.
Нанесенный предлагаемым способом и с применением указанных материалов торкрет-бетон на всю наружную поверхность блок-упаковки позволяет создать прочный наружный защитный иммобилизационный барьер, обеспечивающий радиационную и экологическую защиту окружающей среды и персонала в соответствии с требованиями МАГАТЭ и на порядок лет увеличить срок хранения блок-упаковок без каких-либо перемещений с фундаментных опор ПДХ.