Đang tải... (xem toàn văn)
Bê tông được sử dụng trong xây dựng các cơ sở hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân với hai mục đích chính: (1) che chắn bức xạ ion hóa và (2) nâng đỡ các kết cấu của thùng lò phản ứng. Kết cấu bê tông gần thùng lò phản ứng được gọi là tường chắn sinh học (biological shielding wall)- BSW (hình 1) bao quanh thùng lò và có chiều dày từ 1-3 mét tùy thuộc vào thiết kế.
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG SĨNG SIÊU ÂM KIỂM TRA BÊ TƠNG KẾT CẤU BỊ ẢNH HƯỞNG BỞI NHIỆT ĐỘ CAO MÔ PHỎNG TAI NẠN NĨNG CHẢY LÕI LỊ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Bê tông sử dụng xây dựng sở hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân với hai mục đích chính: (1) che chắn xạ ion hóa (2) nâng đỡ kết cấu thùng lị phản ứng Kết cấu bê tơng gần thùng lị phản ứng gọi tường chắn sinh học (biological shielding wall)BSW (hình 1) bao quanh thùng lị có chiều dày từ 1-3 mét tùy thuộc vào thiết kế Trong điều kiện vận hành bình thường, mặt BSW chịu thông lượng xạ cao (tia neutron gamma) từ thùng lị, nhiệt độ kiểm sốt 65oC để tránh nước thối hóa nhiệt độ cao Tuy nhiên, bị cố nặng (severe accident) ví dụ tai nạn nóng chảy lõi lị phản ứng nhà máy điện hạt nhân Fukushima daiichi, BSW tiếp xúc cục xạ nhiệt từ nhiên liệu nóng chảy Những thối hóa nhiệt bê tơng kết cấu ảnh hưởng đến khả chịu lực trình tháo dỡ nhiên liệu nóng chảy kéo dài hàng chục năm Mục đích nghiên cứu đánh giá khả sử dụng sóng âm để đánh giá tính chất bê tông bị tiếp xúc nhiệt độ cao Mặt dù khó để tiếp cận BSW xạ cao, JAEA (cơ quan lược nguyên tử Nhật bản) nghiên cứu sử dụng laser dựa sóng siêu âm (Laser ultrasonics) để khảo sát tính tồn vẹn (integrity assessment) BSW Vì vậy, nghiên cứu tài trợ JAEA để đánh giá thông số sóng âm bê tơng bị thối hóa nhiệt 24 Số 64 - Tháng 9/2020 Hình Tường chắn sinh học lò phản ứng áp lực (Nguồn: Nuclear Engineering and Design 295 (2015) 534–548) Bê tông hỗn hợp nhào trộn từ xi măng, nước cốt liệu gia cường (đá) theo tỷ lệ định Xi măng hòa trộn với nước tạo loaị gel, thành phần calcium-silicate-hydroxide (C-S-H) portlandite Ca(OH)2 Nước tồn bê tơng nhiều dạng khác nhau, tiếp xúc nhiệt độ cao gây nước bẽ gãy liên kết nước gel tùy thuộc vào nhiệt độ tiếp xúc, ví dụ như: - Mất nước tự (free water) 100oC THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN - Mất nước mao dẫn (capillary water) khoảng 100oC – 500oC Trong đó: Ed mơ đun đàn hồi động, ρ mật độ bê tơng,Vp vận tốc sóng dọc, Vs vận tốc sóng ngang νd hệ số poisson động Trong nghiên - Phá hủy liên kết nước liên kết hóa học cứu này, biến đổi Hilbert (Hilbert transforma(chemically bound water) 400oC tion) sử dụng để chuyển đổi sóng thu nhận Cơ chế thối hóa gây co ngót (shrinkage) sang dạng đường bao (envelope), từ xác gel Bên cạnh đó, nhiệt độ cao gây giãn định sóng ngang nở nhiệt số loại đá (thơng thường chiếm (nguồn ASTM C 597 https://doi.org/10.1016/j khoảng 70% thể tích bê tơng) Sự thay đổi thể tích cemconres.2009.05.003) không đồng gel đá gây nhiều vết nứt Các mẫu bê tơng trộn có thành phần tương làm giảm tính bê tơng tự với bê tông sử dụng nhà máy điện Phương pháp khơng phá hủy dựa sóng siêu Fukushima daiichi, bao gồm 157 kg nước, 285 âm sử dụng rộng rãi việc phát kg cát, 838 kg đá thô, 1% chất phụ gia tỷ lệ không liên tục khuyết tật loại vật nước/xi măng 0.55 Mẫu đúc thành hình trụ liệu khác Sóng siêu âm truyền chất (φ100 × 200 mm) giữ hydrat hóa rắn thường bao gồm ba thành phần: (1) sóng 28 ngày Mẫu sau 28 ngày đạt cường độ nén trung dọc (longitudinal wave), hạt di chuyển bình khoảng 40 MPa Sau đó, mẫu nung với hướng truyền sóng; (2) sóng ngang nhiệt độ từ 105oC đến 800oC Thời gian tốc (shear wave), hạt di chuyển vng góc độ nung tính tốn để đảm bảo trình với hướng truyền; (3) sóng bề mặt (thể rõ thối hóa diễn đồng nhiệt độ sóng truyền mỏng) Sóng dọc khác (như bảng 1) ứng dụng rộng rãi kiểm tra thay đổi bên Bảng Chế độ xử lý nhiệt mẫu bê tơng vật liệu khơng có tính định hướng rỗ khí khơng đồng Trong đó, sóng ngang nhạy cảm với khuyết tật có định hướng nứt Trong bê tơng, nứt xảy gel, tiếp xúc gel/đá nứt bề mặt Ứng dụng sóng ngang kiểm tra siêu âm hạn chế trở ngại lớn xác định thời gian phát sinh (rising time) sóng dọc có tốc độ lan truyền nhanh nên tới đầu dò nhận (receiving trans- Sự thay đổi màu sắc xuất nứt bề mặt ducer) sớm gây chồng chéo tín hiệu ghi thể hình Kiểm tra siêu âm sử dụng đầu dị 100kHz truyền sóng trực tiếp kết nối với nhận thiết bị nhận xung OLYMPUS 5077PR máy Để đánh giá tính tồn vẹn, xác định thơng số mơ sóng TEKTRONIX DPO2022B Thiết lập đun đàn hồi trường quan trọng, thử nghiệm thể hình Tín hiệu trước nhiên cần xác định hai, vận tốc sóng dọc sau biến đổi Hilbert thể hình Bên sóng ngang để tính tốn theo cơng thức: cạnh đó, chuyển pha gel (phase transformation) kiểm tra phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), cường độ nén, trọng lượng (weight loss) thay đổi độ xốp (porosity) Số 64 - Tháng 9/2020 25 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN kiểm tra để tìm mối tương quan thay mô đun đàn hồi vận tốc truyền âm giảm đáng kể Cơ chế thối hóa liên quan đến bay đổi bê tông với thông số sóng siêu âm nước tự Trong khoảng 105 400oC, nước mao dẫn gây suy giảm nhanh mơ đun đàn hồi vận tốc sóng âm Hình Sự thay đổi bề mặt sau nung nhiệt độ khác (2) Trên 400oC, phân hủy pha gel (CS-H portlandite) diễn mạnh mẽ Các vết nứt bề mặt rõ sau 400oC co giãn không gel đá, nhiên suy giảm mô đun đàn hồi tốc độ siêu âm giảm dần Từ 600oC đến 800oC, bê tông 80% cường độ nén ban đầu, thay đổi mô đun đàn hồi tốc độ siêu âm bão hòa Cấu trúc C-S-H gel bị phân hủy đáng kể biến đổi pha thành - C2S + Nghiên cứu cho thấy phương pháp đo sóng siêu âm nhạy cảm với suy thối nhiệt bê tơng, đặc biệt nước 105oC phân hủy portlandite từ 400 đến 600oC Sóng ngang suy giảm 100%, sóng dọc suy giảm 70% 400oC Mối tương quan mô đun đàn hồi động mô đun đàn hồi tĩnh phạm vi chịu nhiệt từ 25 đến 400oC, tương ứng với phạm vi mô đun đàn hồi động từ 20-40 GPa cho thấy phạm vi ứng dụng sóng siêu âm để khảo sát tính tồn vẹn bê tơng phạm vi Hình Thiết lập thử nghiệm để đo vận tốc truyền sóng siêu âm Hình Thay đổi sóng siêu âm (trái) vận tốc truyền sóng P-wave (sóng dọc) S-wave (sóng ngang) (phải) nhiệt độ khác Hình Sóng tiếp nhận đầu dò trước biến đổi Hilbert (trái), sau biến đổi Hilbert (phải) Tóm tắt kết nghiên cứu (tham chiếu hình 6): + Khi bê tơng chịu nhiệt độ lên tới 800oC, thối hóa chia thành loại: suy thoái nước 400oC suy thoái phân hủy (decomposition) 400oC: (1) Ở 105oC, tiếp xúc nhiệt thời gian dài, Hình Mối tương quan mơ đun đàn hồi 26 Số 64 - Tháng 9/2020 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN tĩnh xác định phương pháp nén học mô đun đàn hồi động xác định phương pháp sóng siêu âm Thơng tin chi tiết nghiên cứu xem thêm tại: http://www.jsm.or.jp/ejam/Vol.11No.4/AA/ AA170/AA170.pdf Nhut L.V., Kenta Murakami, et al., Applicability of ultrasonic-wave based method for integrity assessment of concrete severely damaged by heat, E-Journal of Advanced Maintenance Vol.11 No (2020) 163-171 Lưu Vũ Nhựt Trung tâm NDE TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Y Le Pape, “Structural effects of radiationinduced volumetric expansion on unreinforced concrete biological shields,” Nucl Eng Des., vol 295, pp 534–548, 2015 [2] ASTM C597-16: Standard Test Method for Pulse Velocity Trough Concrete (www.astm.org) [3] R Birgül, “Hilbert transformation of waveforms to determine shear wave velocity in concrete,” Cem Concr Res., vol 39, no 8, pp 696– 700, 2009 Số 64 - Tháng 9/2020 27 ... đồng nhiệt độ sóng truyền mỏng) Sóng dọc khác (như bảng 1) ứng dụng rộng rãi kiểm tra thay đổi bên Bảng Chế độ xử lý nhiệt mẫu bê tông vật liệu tính định hướng rỗ khí khơng đồng Trong đó, sóng. .. đá, nhiên suy giảm mô đun đàn hồi tốc độ siêu âm giảm dần Từ 600oC đến 800oC, bê tông 80% cường độ nén ban đầu, thay đổi mô đun đàn hồi tốc độ siêu âm bão hòa Cấu trúc C-S-H gel bị phân hủy đáng... đàn hồi động mô đun đàn hồi tĩnh phạm vi chịu nhiệt từ 25 đến 400oC, tương ứng với phạm vi mô đun đàn hồi động từ 20-40 GPa cho thấy phạm vi ứng dụng sóng siêu âm để khảo sát tính tồn vẹn bê tơng