滨海环境安全壳混凝土氯离子侵蚀规律研究.pdf
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1、2 0 1 5年 第 5期 (总 第 3 0 7 期 ) Nu m b 5 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T 髓 0RETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 5 0 1 7 滨海环境安全壳混凝土 氯离子侵蚀规律研究 汤志杰, 廖开星, 孔祥龙。 李毅 。 违文新 ( 苏州热工研究院有限公司 寿命中心老化管理技术研究所 , 江苏 苏州 2 1 5 0 0 4 ) 摘要: 通过综合盐雾箱模拟滨海地区大
2、气环境 , 采用安全壳同等级同配合比混凝土试件 , 经不同侵蚀时间, 研究了盐雾环境下 氯离子在安全壳混凝土中的扩散规律, 并对 F i c k s 第二扩散定律进行了修正。 用修正模型进行数值分析, 结果显示要让安全壳安 全运行 4 0年, 则钢筋保护层厚度至少为 5 1 m m; 而想延寿至 6 0 年 , 则钢筋保护层厚度需要增加到 5 6 to n i 。 关键词 : 滨海大气环境 ; 安全壳 ; 混凝土; 氯离子 中图分类号: T U 5 2 8 O 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 5 - 0 0 6 6 - 0 4 D
3、i f f us i on of chl or i de I on i nt o c ont ai nme nt c on cr e t e unde r coa s t aI e nvi r onment T ANG zh , LL 40 Kmx mg,KONG Xi a n gl o n g, LI Yi ,T I We n x i n ( De p a r t me m o f Ag e i n g Ma n a g e me m, S u z h o u Nu c l e a r P o we r R e s e a r c h I n s ti t u t e , S u z h o
4、 u 2 1 5 0 0 4, Ch i n a ) Abs t r ac t : Co n c r e t e s p e c i me ns , wi t h the s a me r a tio o f the c o n t a i nme nt c o nc r e t e ,we r e t e s t e d i n s a l t s p r a y t e s t c h a mb e r wh i c h s i mu l a t e d t h e a t mo s p h e ric e n vir o n me n t i n c o a s t a l are a
5、Th e r u l e o f d i f f us i o n o f c h l o rid e i o n i n t o c o n t a i n me n t c o n c r e t e h a d b e e n d i s c u s s e d u nd e r d i f f e r e n t e r o s i o n time a n d i mp r o v e d Fi c ks s e c o n d l a w Us i n g i mp r o v e d mo d e l f o r n u me ric a l a n a l y s i s ,t
6、 he r e s u l t s s h o w tha t t h e t h i c k n e s s o f c o v e r s h o u l d b eat l e a s t 5 1 mi nf o rthe40 y e ars s a f e o p e r a tio n o ft h e c o n t a inme n t ; i fp r o l o n gl i f et o 6 0 y e a r s,t hethi c kn e s s n e e dt oi n c r e a s e t o 5 6 i n lT 1 K e y wo r d s: c
7、o a s t a l a tm o s p h e ri c e n v ir o n me nt; c o n t a i n me n t b u i l d i n g; c o n c r e t e ; c h l o ri d e i o n 安全壳是核反应堆 的保护结构 , 是继核 燃料包壳 、 一 回路压力边界之后的第三道安全屏障, 其功能是当一回路 管道发生破裂、 造成失 水事故 时 , 将事 故中的裂变产物 限 制和消除在其内部。 Me h t a 教授 曾在 混凝 土耐久性五 十年进展 主 旨报告中指出 : “ 当今世界混凝土破坏原因, 按重要性递 减顺序排列是 : 钢
8、筋腐蚀 、 冻害、 物理 化学作用 。 ” 而在 引 起钢筋锈蚀 的因素之中 , 氯离子侵蚀作用最为显著 。 由于国内大部分核电站处于高温高湿的滨海地区 , 海 风和雾气中含有的氯离子极易沉积在安全壳混凝土表面 , 并 向其 内部 渗透 , 引起钢 筋 的锈 蚀 , 极 大地 危害 了安全 壳结构的可靠性 能和安全 性能。 因此混凝土 安全壳作 为 核反应堆最后一 道保护 屏 障, 由氯 离子侵 蚀 引起 的安 全 问题。 本试验通过综合盐雾箱模拟滨海地 区大气环境 , 采用 安全壳 同等级 同配合 比混凝 土试件 , 经不同侵蚀时 间, 研 究了盐雾环境下氯离子在安全壳混凝土 中的扩散规律
9、, 并 对 F i c k s 第二扩散定律进行了修正。 1 试 验 1 1 试验材料及 配合 比 为了尽可能模拟某核电厂安全壳混凝土的真实情况 , 试验用混凝土的配制强度为 C 5 0 , 原材料除生产场地不 同 外, 其余规格都相同: 水泥采用珠江粤绣 P I I 4 2 5级水 泥; 粉煤灰为珠 江电厂 I 级粉煤灰 ; 粗 骨料分别采用 粒径 5 1 6 mm和 1 6 - 3 1 5 ra i n的连续级配的小石和大石 ; 细骨 料采用粒径 0 1 6 - 5 m n l 的中砂 ; 外加剂采用江苏博特公 司 生产 的 Y M V I I I 。 试 验采用 1 5 0 1T U T
10、 I 1 5 0 1T l l n1 5 0 m m 壳混凝土结构耐久性问题是每个核电厂必须密切关注的 的立方体试件, 水胶比为0 4 1 。 混凝土配合比见表 1 。 表 1 混凝土配合比 1 2试件 处理 混凝土浇筑后 , 首先在标准环境 ( 温度 ( 2 0 4 - 3 ) , 相 对湿度不小于 9 0 ) 下养护 2 8 d , 然后 从试 件 4个侧面选 收稿日期 : 2 0 1 4 - 0 9 - 0 6 基 金项 目: 国家高技术研究发展计划( 8 6 3计划) ( 2 0 1 2 A A 0 5 0 9 0 1 ) 6 6 取一个光滑面作为侵蚀 面, 浇筑 面、 底 面及其 他
11、 3个侧 面 均用环氧树脂密封 , 干燥 1 d后 , 放入综合盐 雾箱开始试 验 , 混凝土试块侵蚀表面与垂直方 向应尽可能成 2 0 。 角 , 见 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 式中: C ( X , t ) 暴露时间为 t 时 , 深度 X处 的氯离子浓 度 , ; 暴露面与取样层间的距离 , c m; 卜一 混凝土暴露在氯盐环境 中所持续的时间 , s ; C 表面氯离子浓度 , ; 混凝土初始氯离子浓度 , ; 1 P 矿 一 误差函 数, 表达 式为 I d z 。 J 0 根据所钡
12、 4 氯离子含量 , 以式 ( 5 ) 为依据用最小二乘法 拟合混凝土扩散系数 D和表面氯离子含量 c 。 , 拟合结果 见表 2 。 表 2 盐雾试验拟合结果 2 1 表面氯离子含量 c 时变规律 从表 2中可 以看出, 除7 d外 , 混凝土表面氯离子浓度 C 一开始随着侵蚀时间不断增大 , 且早期增长速度较快 , 随后逐渐减慢 , 并逐步趋于稳定。 学术界普遍采用 指数模 型 , 即 K a s s i r 理论模型 来拟合 , 见式( 6 ) : C ( t )=C ( 1一e ) ( 6 ) 式 中: C ( t ) f 时刻的混凝土表面氯离子浓度 , ; C 混凝土表面氯离子浓度最
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