Строительные материалы для энергетического строительства. Методические указания к лабораторным работам по разделу «Подбор состава тяжелого бетона для

УДК 691

ББК 38.3 С86

Р е ц е н з е н т :

доктор технических наук В.Н. Соловьев, профессор кафедры строительства объектов тепловой и атомной энергетики ФГБОУ ВПО «МГСУ»

С о с т а в и т е л и :

А.П. Пустовгар, кандидат технических наук, профессор кафедры строительства объектов тепловой и атомной энергетики;

С.А. Пашкевич, кандидат технических наук,

доцент кафедры строительства объектов тепловой и атомной энергетики

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

С86 Строительные материалы для энергетического строительства : методические указания к лабораторным работам по разделу «Подбор состава тяжелого бетона для радиационной защиты» для студентов магистратуры направления подготовки 270800 «Строительство» / М-во образования и науки Росс. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т, каф. строительства объектов тепловой и атомной энергетики ; сост. А.П. Пустовгар, С.А. Пашкевич. Москва : МГСУ, 2014. 16 с.

Изложены общие указания к проведению лабораторных работ по дисциплинам «Строительные материалы радиационной защиты», «Технология конструкционных материалов», исходные данные и химический состав материалов.

Для студентов магистратуры, обучающихся по направлению подготовки 270800 «Строительство».

УДК 691

ББК 38.3

© ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2014

2

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ студентами магистратуры в рамках изучения курса «Строительные материалы для энергетического строительства» по разделу «Подбор состава тяжелого бетона для радиационной защиты».

Цель методических указаний – оказать помощь студенту:

–в закреплении и углублении теоретических знаний;

–в приобретении навыков подбора состава тяжелого бетона с заданными свойствами для конструкций радиационной защиты.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Перед началом выполнения лабораторной работы следует самостоятельно изучить теоретический материал в соответствующем разделе дисциплины и ознакомиться с требованиями действующих на момент проведения лабораторных работ на территории Российской Федерации нормативных документов.

После получения задания на выполнение лабораторной работы студент должен составить подробный план ее проведения и календарный план выполнения. После согласования плана лабораторной работы с руководителем испытательной лаборатории студент проходит курс по технике безопасности и правилам поведения в помещениях испытательной лаборатории, по результатам которого выдается допуск на проведение лабораторной работы в рамках выданного задания.

По завершении лабораторной работы студент в индивидуальном порядке подготавливает и сдает научному руководителю отчет о результатах выполненной работы, содержащий следующие разделы.

Цель проведения лабораторной работы по заданной теме. Задачи лабораторной работы, сформулированные на основании

выданного задания.

Краткий литературный обзор по теме лабораторной работы. Результаты лабораторной работы.

Выводы. Библиографический список.

Отчет следует оформлять в строгом соответствии с требованиями ГОСТ 7.32.

3

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПОДБОРА СОСТАВА

ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА ДЛЯ РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ

аличие потоков ионизирующих излучений, возникающих в результате ядерных реакций в активной зоне реактора, требует сооружения вокруг него устройства радиационной защиты из тяжелого бетона. Толщина конструкции радиационной защиты рассчитывается распределением плотностей потоков нейтронного и гамма-излучения в радиационной защите из тяжелого бетона, определяемыми химическим составом тяжелого бетона защиты, с последующим переходом к значениям эквивалентной дозы. В связи с этим подбор технологического состава бетонной смеси для радиационной защиты начинается с определения вида вяжущего и заполнителя, обеспечивающих эффективную радиационную защиту обслуживающего персонала и технологического оборудования.

Вкачестве вяжущего используется: портландцемент (в том числе

сдобавкой шамота, серпентинита, хромита или датолита в качестве тонкомолотого наполнителя), глиноземистый цемент, гипсоглиноземистый цемент, магнезиальный цемент.

При подборе состава бетонной смеси для радиационной защиты следует производить его корректировку на эксплуатационный период, учитывая, что в составе бетона остается только химически связанная

сцементом вода затворения, а остальная вода испаряется.

Для эксплуатационного периода количество химически связанной воды принимается равным 20 % от массы портландцемента, 30 % от массы глиноземистого или гипсоглиноземистого цемента и 40 % от массы магнезиального цемента.

Вкачестве мелкого заполнителя обычно используется кварцевый песок (иногда с добавкой карбида бора), гематит, лимонит, колеманит, шамот, серпентинит, датолит, хромит.

Вкачестве крупного заполнителя в составах тяжелых бетонов радиационной защиты используется: гранит, известняк, лимонит, стальной скрап, гематит, щамот, серпентинит, датолит, хромит.

Выбор вида вяжущего и заполнителей для бетонной смеси радиационной защиты следует производить с учетом данных об их химическом составе (см. прил.).

Расчет технологического состава бетонной смеси по распределению плотности потоков и мощности эквивалентной дозы различных излучений производится с учетом макроскопического сечения выведения быстрых нейтронов в соответствии с методическими указаниями к курсовой работе «Расчет защиты реактора».

4

Подвижность бетонной смеси (осадка конуса) задается в зависимости от метода ее транспортирования и укладки, размеров и конфигурации конструкции, густоты армирования и других условий.

Подвижность бетонной смеси (осадка конуса) в зависимости от вида конструкции и процента армирования приведена в табл. 1.

3. ПОДБОР СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА ДЛЯ РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ

Подбор состава тяжелого бетона осуществляется расчетноэкспериментальным методом с учетом указаний ГОСТ 27006.

3.1.Выбор марки цемента

Вкачестве основного вяжущего для тяжелых бетонов конструкций радиационной защиты рекомендуется применять цемент, марка которого определяется условием обеспечения заданной прочности бетона. В зависимости от заданного класса бетона по прочности на сжатие марка цемента выбирается по табл. 2.

Таблица 2

Соответствие марок цемента классам бетона

5

Для повышения активности цемента бетонов низких марок следует применять тонкомолотые добавки: доменный гранулированный шлак, золу ТЭС, известняк, каменную муку и другие.

Количество добавки (Д) рассчитывается в зависимости от активности имеющегося цемента по формуле (1):

Д ц см

ц

где Д — содержание добавки в смешанном вяжущем, % по массе; Rц — активность цемента; Rсм – активность смешанного вяжущего.

3.2. Определение качества заполнителей

При определении качества заполнителей следует проверить соответствие их зернового состава требованиям стандарта, вычислить крупность песка и наибольшую крупность щебня (гравия).

Вычисление полного остатка (Ai, %) на конкретном сите производится суммированием частных остатков на данном сите и ситах крупнее данного. По полученным значениям полных остатков строят кривые просеивания песка и щебня (гравия), которые сравнивают с требованиями стандарта.

аибольшая крупность заполнителя характеризуется размером отверстий сита, полный остаток на котором не превышает 10 %.

аименьшая крупность заполнителя характеризуется размером отверстий первого из сит, полный остаток на котором составляет не менее 95 % массы просеиваемой пробы.

Модуль крупности песка (Мк) находят по формуле (2)

Мк

Зависимость водопотребности песка в составе бетонной смеси от модуля крупности определяется по табл. 3.

Таблица 3

Зависимость водопотребности песка от модуля крупности

Для промежуточных значений модуля крупности водопотребность находят методом интерполяции.

6

При определении качества крупного заполнителя также следует учитывать требования ГОСТ 26633 к содержанию отдельных фракций (табл. 4).

3.3. Определение водоцементного отношения

Водоцементное отношение (В/Ц), необходимое для получения бетона заданной прочности, находят по формуле (3)

В⁄Ц

Ц⁄В

где Ц/В определяется по результатам расчета по формулам (4) и (5):

где Rб — заданная прочность бетона в возрасте 28 суток, МПа; Rц — активность (марка) цемента, МПа; А и А1 — коэффициенты, учитывающие качество заполнителей (табл. 5).

П р и м е ч а н и е.

Высококачественные материалы — щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок оптимальной крупности и портландцемент высокой активности; заполнитель чистый, промытый, фракционированные, с оптимальным зерновым составом смеси фракций.

Рядовые материалы — заполнители среднего качества, в том числе гравий, отвечающие требованиям стандарта, портландцемент средней активности и высокомарочный шлакопортландцемент.

Материалы пониженного качества — крупный заполнитель низкой активности и мелкие пески, цементы низкой активности.

7

3.4. Определение расхода воды

Расход воды определяют в зависимости от требуемых показателей удобоукладываемости бетонной смеси и крупности заполнителя по табл. 6.

Таблица 6

Примерный расход воды на 1 м3 бетонной смеси

П р и м е ч а н и я.

1.Данные табл. 6 справедливы для бетона, изготовляемого на песке средней

крупности с водопотребностью Вп = 7 % и портландцементе с нормальной густотой

26—28 %.

При изменении нормальной густоты цементного теста поправка на расход воды составляет 3—5 кг на каждый процент изменения.

2.При расходе цемента свыше 400 кг расход воды увеличивают на 1 кг на каждые 10 кг цемента сверх 400 кг.

Окончательный расход воды рассчитывается с учетом поправки на водопотребность песка по формуле (6).

где Втабл — расход воды по табл. 7; Впотр — водопотребность песка по табл. 4.

8

3.5. Определение расхода вяжущего

Расход вяжущего Ц находят по формуле (7).

ЦВ В⁄Ц

При расчете расхода вяжущего следует учитывать его минимальное содержание в 1 м3 бетона, в соответствии с данными табл. 7.

Таблица 7

Минимальный расход цемента

3.6. Определение расхода заполнителей

Расчет расхода заполнителей производится, исходя их следующих положений:

1. Объем плотно уложенного бетона, принимаемый в расчете равным 1 м3, без учета воздушных пустот, слагается из объема зерен мелкого и крупного заполнителей и объема цементного теста, заполняющего пустоты между зернами заполнителей. Это положение выражается уравнением абсолютных объемов (8).

2. Пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены цементно-песчаным раствором с некоторой раздвижкой зерен, что выражается уравнением (9).

где Ц, В, П, К — расход цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг; ц, в, п, к — плотность этих материалов, кг/дм3; н к — насыпная плотность крупного заполнителя, кг/дм3; к — пустотность крупного заполнителя в насыпном состоянии в долях единицы объема, вычисляемая по формуле (10):

9