ЖУКОВ В.В, ХАДЖИШАЛАПОВ Г.Н. Жаростойкий теплоизоляционный бетон и блок для устройства теплоизоляции лайнера ядерного реактора нового поколения

В связи с разработкой ядерных реакторов нового поколения в рамках Федеральных научно-технических программ «Экологически чистые АЭС нового поколения», «Ядерная энергетика повышенной безопасности» и «Фундаментальные и поисковые исследования в обеспечении разработки перспективных проектов ядерных энергетических установок (ЯЭУ) нового поколения» во исполнение распоряжения Правительства РФ от 05.07.01 №886-Р (реализация инициативы Президента РФ Путина В.В. по комплексному решению политических, экономических и экологических проблем, связанных с обеспечением человечества энергией) большой интерес представляет разработка состава и исследования технологии устройства теплоизоляции шахты реактора из легких жаростойких бетонов. Применение таких бетонов для теплоизоляции шахты обусловлено тем, что роль биологической защиты в реакторах нового поколения играет теплоноситель - жидкий свинец. Поэтому нет необходимости для теплоизоляции лайнера реактора использовать тяжелые и сверхтяжелые бетоны (с заполнителями из лимонитовых, магнетитовых, гематитовых и баритовых руд), бетоны с железным скрапом и борными добавками. Основной задачей в данном случае было получение бетона с наибольшей средней плотностью (не менее 3500-4000 кг/м 3) и наибольшим содержанием воды, которая не испаряется при температуре 100°С. От средней плотности бетона и количества воды (фактически водорода) зависит толщина биологической защиты.

Основные исследования этих видов бетонов в нашей стране были проведены в НИИЖБ (б. ЦНИИПС) А.Е Десовым, С.А.Миро- новым и К.К.Пономаревым. Исследованиями в области жаростойких бетонов для применения в реакторостроении занимался В.П.Поспелов. Им были разработаны тяжелые жаростойкие бетоны с гематитовым, магнетитовым, хромомагнезитовым и хромитовым заполнителями на портландцементе и жидком стекле с температурой применения до 1000°С.

Обширные работы по созданию новых видов жаростойких бетонов, исследованию их свойств, технологии изготовления, включая нормативную базу для их использования в строительстве, проводились такими учеными, как К.Д.Некрасов, В.И.Мурашев, А.Ф.Милованов, В.В.Жуков, Ю.П.Горлов, А.П.Тарасова, Н.П.Жданова, М. Г. Масленникова, Ф.И.Мельников, А.П.Абыэов, В.Н.Самойленко, Б.А.Альтшуллер, Б.Д.Тотурбиев и др.

В связи с тем, что в настоящее время проектируются новые экологически безопасные реакторы, в которых роль тепловой и биологической защиты отводится теплоносителю - расплавленному свинцу, соответственно коренным образом меняется назначение жаростойких бетонов: они должны выполнять роль теплоизоляции, позволяющей уменьшить температуру нагрева обычного тяжелого бетона с 450°С (температура расплавленного свинца) до 100°С. Также возникла необходимость разработки технологии устройства теплоизоляции, которая удовлетворяла бы требованиям, предъявляемым к жаростойким бетонам для теплоизоляции лайнера ядерного реактора нового поколения с жидкометаллическим (жидкосвинцовым) теплоносителем.

Сложность исследований заключается в разработке состава бетона и технологии устройства теплоизоляции, удовлетворяющих комплексу специфических требований, предъявляемых к жаростойкому материалу теплоизоляции шахты реактора, таких как стойкость бетона в расплаве свинца на участках ожидаемого их контакта в аварийных ситуациях, совместимость коэффициентов линейного температурного расширения бетона и стали при удовлетворительных показателях прочих заданных параметров: теплопроводности, прочности, деформативности, пластичности и разработки технологии устройства тепловой изоляции из сборных блоков и монолитного теплоизоляционного жаростойкого бетона.

С 1999 г. в НИИЖБе, ОАО «Оргэнергострой» Минтопэнерго РФ и в Дагестанском государственном техническом университете велись работы над эскизным проектом шахты реактора нового поколения, исследовались составы и физико-механические, физико-хи- мические, теплофизические свойства жаростойкого бетона по заданию и на основе исходных данных, представленных «Научно-исследовательским и конструкторским институтом энерготехники им. Доллежая» (ФГУП НИИКИЭТ) и ОАО «Конструкторским бюро специального машиностроения» (КБСМ) с использованием современных достижений в области материалов, расчетных программ и строительной техники.

Для теплоизоляции лайнера реактора был рекомендован жаростойкий теплоизоляционный бетон на основе высокотиноземистого цемента «Талюм» и заполнителя из шлаковой пемзы (патент № 2247093 - сырьевая смесь для изготовления жаростойкого конструкционно-теплоизоляционного бетона), составы которого приведены в табл. 1.



Показатели прочности бетонов при сжатии составов 1 и 2 при различных условиях твердения приведены в табл. 2.

Теплопроводность бетона X = =0,5 Вт / м°С, коэффициент линейного температурного расширения a = 11-12 • 106 1/°С. Последний близок к аналогичному показателю металла лайнера реакторной установки, что очень важно для синхронной работы металлического лайнера и теплоизоляции.

На основе разработанного состава бетона был предложен метод устройства теплоизоляции лайнера из сборных блоков (патент Ne 38347 - блок для футеровки лайнера атомного реактора, патент № 39902 - блок для футеровки лайнера реакторной установки) и из монолитного бетона (патент № 2276764 - способ устройства футеровки из жаростойкого бетона лайнера реакторной установки).

Устройство теплоизоляции является одним из основных этапов при возведении шахты реактора типа «БРЕСТ-ОД-ЗОО». Технология устройства тепловой изоляции является достаточно сложной задачей, особенно если применяется монолитная теплоизоляция лайнера реактора, так как возникают проблемы с удобоукладываемостью жаростойкой бетонной смеси (подвижность ее должна быть не более 2-3 см). Для жаростойких бетонов на основе высокоглиноземистых цементов применение пластифицирующих добавок ограничено, так как они не оказывают воздействия, улучшающего удобоукладываемость бетонных смесей, и необходимо проводить дополнительные исследования для изучения влияния подобных добавок на удобоукладываемость.

При устройстве монолитной теплоизоляции необходимо разработать режим сушки и первого разогрева жаростойкого бетона, технологию удаления излишней воды, пара и выбросов газа через вентиляционные технологические каналы.

При устройстве тепловой изоляции из сборных блоков процесс сушки и первого нагрева переносится в заводские условия.

В связи с этим интерес представляет строительный блок для теплоизоляции лайнера ядерного реактора (патент № 38347). Такой блок изготовляют из бетонной смеси, состав которой приведен в табл.

1. Применение этого блока для теплоизоляции лайнера ядерного реактора позволяет устранить деформативные явления в процессе эксплуатации ядерного реактора при рабочей температуре 450°С и аварийном подъеме температуры до 650 °С в зоне контакта лайнера ядерного реактора с теплоизоляцией.

На рисунке приведен вид строительного блока и схема шарнирного устройства для теплоизоляции лайнера ядерного реактора размером 1,2x0,4x0,4 м, снабженный катками-шарнирами, зафиксированными на уровне сопрягаемой с лайнером ядерного реактора поверхности.

Бетон и железобетон, 2007 №3