Badanie gazoprzepuszczalności betonu osłonowego przeznaczonego do konstrukcji ochronnych w energetyce jądrowej

• Autorzy: Jóźwiak-Niedźwiedzka Daria , Kubissa Wojciech , Choinska-Colombel Marta , Brachaczek Aneta , Pawlak Marcin

Identyfikatory

DOI

10.24423/9788365550590.ch5

Warianty tytułu

EN

The study of gas permeability of shielding concrete intended for protective structures in nuclear energy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca dotyczy badania gazoprzepuszczalności betonu osłonowego przy użyciu trzech różnych metod. W badaniach porównano betony z kruszywem serpentynitowym i magnetytowym oraz cementami CEM I i CEM III. Wyniki wykazały, że beton z kruszywem magnetytowym cechuje się niższą gazoprzepuszczalnością oraz wyższą wytrzymałością na ściskanie w porównaniu do betonu z kruszywem serpentynitowym. Z kolei betony wykonane z cementu hutniczego charakteryzowały się większą szczelnością niż te z cementu portlandzkiego. Określono korelacje między wskaźnikami przepuszczalności powietrza i azotu, które mogą być użyteczne w nieniszczącym szacowaniu gazoprzepuszczalności betonu w kluczowych konstrukcjach, takich jak przyszłe elektrownie jądrowe w Polsce.

EN

The research conducted focuses on investigating the gas permeability of shielding concrete using three different methods. The study compared concretes made with serpentinite and magnetite aggregates, as well as those made with slag and Portland cement. The results indicated that concrete containing magnetite aggregate displayed lower gas permeability and higher compressive strength compared to concrete with serpentinite aggregate. Furthermore, concretes made with slag cement CEM III demonstrated greater tightness than those made with Portland cement CEM I. Additionally, correlations were established between air and nitrogen permeability indices, which could be valuable for non-destructive estimation of gas permeability in actual structures, such as future nuclear power plants in Poland.

Słowa kluczowe

PL

beton osłonowy; kruszywo specjalne; gazoprzepuszczalność; metody badawcze; mikrostruktura; strefa kontaktowa kruszywo-zaczyn

EN

shielding concrete; special aggregate; gas permeability; testing methods; microstructure; interfacial transition zone

• Wydawca: Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN
• Czasopismo: IPPT Reports on Fundamental Technological Research
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 2
• Strony: 74--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jóźwiak-Niedźwiedzka Daria

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0003-3681-0817

autor

Kubissa Wojciech

• Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii, Politechnika Warszawska, Płock

• https://orcid.org/0000-0001-5626-7917

autor

Choinska-Colombel Marta

• Nantes Universit´e, Ecole Centrale Nantes, Nantes

• https://orcid.org/0000-0003-4799-7226

autor

Brachaczek Aneta

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-8272-4138

autor

Pawlak Marcin

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, Warszawa

• https://orcid.org/0009-0003-0426-2024

Bibliografia

• 1. M.A. Glinicki, Długotrwała funkcjonalność betonu w konstrukcjach osłonowych elektrowni jądrowych, IPPT PAN, Warszawa, 2015.
• 2. IAEA, Ageing Management of Concrete Structures in Nuclear Power Plants, IAEA Nuclear Energy Series, No. NP-T-3.5, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2016.
• 3. G. Nahas, J.M. Torrenti, Durability and safety of concrete structures in the nuclear context, w: Concrete Under Severe Conditions, Two Volume Set, s. 31–46, 2020, doi: https://doi.org/10.1201/b11817-2.
• 4. I. Remec, K.G. Field, D.J. Naus, J.T. Busby, Concrete aging and degradation in NPPs: LWRS program R&D progress report, Transactions of the American Nuclear Society, 109, 403–406, 2014.
• 5. F. Agostini, F. Skoczylas, B. Masson, Sealing of concrete confining structures of French nuclear reactors, w: 11th International Symposium on Brittle Matrix Composites BMC 2015, A.M. Brandt, J. Olek, M.A. Glinicki, Ch.K.Y. Leung, J. Lis (red.), s. 343–352, IPPT PAN, Warszawa, 2015.
• 6. Y. Pei, S. Li, F. Agostini, F. Skoczylas, B. Masson, Sealing of concrete confining structures of French nuclear reactors, Engineering Structures, 197, 109283, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.109283.
• 7. R. Torrent, G. Frenzer, A method for rapid determination of the coefficient of permeability of the “covercrete”, w: International Symposium Non-Destructive Testing in Civil Engineering, s. 985–992, 1995
• 8. P.A.M. Basheer, F.R. Montgomery, A.E. Long, Clam’ tests for measuring in-situ permeation properties of concrete, Nondestructive Testing and Evaluation, 12, 1, 53–73, 1995, doi: https://doi.org/10.1080/10589759508952835.
• 9. D. Whiting, P.D. Cady, Condition Evaluation of Concrete Bridges Relative to Reinforcement Corrosion, Volume 7: Method for Field Measurement of Concrete Permeability. Strategic Highway Research Program, Washington, DC, 1992.
• 10. Final Report, Material Structures, 32, 163–173, 1999, doi: https://doi.org/10.1007/BF02481509.
• 11. ASME, 2017 ASME Boiler and Pressure Vessel Code. An International Code, The American Society of Mechanical Engineers, 2017.
• 12. F. Jacobs, A. Leemann, T. Teruzzi, R. Torrent, E. Denarie, Specification and site control of the permeability of the cover concrete: The Swiss approach Dedicated to Professor Dr. Bernhard Elsener on the occasion of his 60th birthday, Materials and Corrosion, 63, 12, 1127–1133, 2012, doi: https://doi.org/10.1002/maco.201206710.
• 13. M.H. Nguyen, K. Nakarai, Y. Kubori, S. Nishio, Validation of simple nondestructive method for evaluation of cover concrete quality, Construction and Building Materials, 201, 430–438, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.12.109.
• 14. H. Beushausen, R. Torrent, M.G. Alexander, Performance-based approaches for concrete durability: State of the art and future research needs, Cement and Concrete Research, 119, 11–20, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.01.003.
• 15. M.F. Kaplan, Concrete Radiation Shielding Nuclear Physics, Concrete Properties, Design and Construction, Longman Scientific & Technical, Wiley, 1989.
• 16. M. Dąbrowski, D. Jóźwiak-Niedźwiedzka, K. Bogusz, M.A. Glinicki, Influence of serpentinite aggregate on the microstructure and durability of radiation shielding concrete, Construction and Building Materials, 337, 127536, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127536.
• 17. ANS-6.4. Nuclear analysis and design of concrete radiation shielding for nuclear power plants, La Grange Park, IL, 2006.
• 18. ACI 211.1-91, Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete, American Concrete Institute, 2002.
• 19. PN-B-06265:2018, Beton. Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność. Krajowe uzupełnienie PN-EN 206+A1:2016-12, Polski Komitet Normalizacyjny, 2018.
• 20. PN-EN 12350-2, Badanie mieszanki betonowej. Część 2: Badanie konsystencji metodą opadu stożka, Polski Komitet Normalizacyjny, 2019.
• 21. W. Kubissa, M.A. Glinicki, M. Dąbrowski, Permeability testing of radiation shielding concrete manufactured at industrial scale, Materials and Structures, 51, 4, 83, 2018, doi: https://doi.org/10.1617/s11527-018-1213-0.
• 22. PN-EN 12390-2, Badania betonu – Część 2: Wykonywanie i pielęgnacja próbek do badań wytrzymałościowych, Polski Komitet Normalizacyjny, 2019.
• 23. PN-EN 12390-3:2019, Badania betonu – Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań, Polski Komitet Normalizacyjny, 2019.
• 24. M. Basheer, A. Long, F.R. Montgomery, The Autoclam – A new test for permeability, Concrete, 28, 4, 27–29, 1994.
• 25. J. Śliwiński, T. Tracz, Przepuszczalność betonu określana przy przepływie gazu metodą laboratoryjną i polową-porównanie wyników i ich korelacja, w: Konferencja Dni Betonu, s. 949–958, Wisła, 2012.
• 26. M.A. Glinicki, D. Jóźwiak-Niedźwiedzka, K. Gibas, Ocena przepuszczalności betonu z popiołem lotnym wapniowym – koncepcja badań, w: V Konferencja Energia i Środowisko w technologiach materiałów budowlanych, ceramicznych, szklarskich i ogniotrwałych, s. 229–240, Ustroń, 2010.
• 27. L.J. Klinkenberg, The Permeability of Porous Media to Liquids and Gases. Drilling and Production Practice, New York, 1941.
• 28. Q.B. Travis, B. Mobasher, Correlation of elastic modulus and permeability in concrete subjected to elevated temperatures, Journal of Materials in Civil Engineering, 22, 7, 735–740, 2010, doi: https://doi.org/10.1061/(asce)mt.1943-5533.0000074.
• 29. M. Choinska, A. Khelidj, G. Chatzigeorgiou, G. Pijaudier-Cabot, Effects and interactions of temperature and stress-level related damage on permeability of concrete, Cement and Concrete Research, 37, 1, 79–88, 2007, doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2006.09.015.
• 30. P. Lehner, J. Gołaszewski, Relationship of Different Properties from Non-Destructive Testing of Heavy Concrete from Magnetite and Serpentinite, Materials, 14, 15, 4288, 2021, doi: https://doi.org/10.3390/ma14154288.
• 31. M. Awadeen, M. Amin, R.H. Bakr, A.M. Tahwia, Mechanical properties, attenuation coefficient, and microstructure of ultra high-performance heavyweight concrete for radiation shielding applications, Journal of Building Engineering, 82, 108395, 2024, doi: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.108395.
• 32. E. Horszczaruk, P. Brzozowski, Investigation of gamma ray shielding efficiency and physicomechanical performances of heavyweight concrete subjected to high temperature, Construction and Building Materials, 195, 574–582, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.09.113.
• 33. A.S. Ouda, Development of high-performance heavy density concrete using different aggregates for gamma-ray shielding, Progress in Nuclear Energy, 79, 48–55, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2014.11.009.
• 34. A. Sayyadi, Y. Mohammadi, M.R. Adlparvar, Effect of serpentine aggregates on the shielding, mechanical, and durability properties of heavyweight concrete, International Journal of Engineering, 35, 11, 2256–2264, 2022, doi: https://doi.org/10.5829/IJE.2022.35.11B.21.
• 35. M.A.H. Abdullah et al., Recent trends in advanced radiation shielding concrete for construction of facilities: Materials and properties, Polymers (Basel), 14, 14, 2830, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/polym14142830.
• 36. H. Cagnon, J. Verdier, A. Nehme, S. Multon, Towards a harmonization of permeability measurements under pressure and in vacuum, w: NDE NucCon 2023 – International Conference on Non-destructive Evaluation of Concrete in Nuclear Applications, s. 137–147, 2023.
• 37. A. Jain, V. Agrawal, R. Gupta, Using serpentine in concrete: A literature review, Materials Today: Proceedings, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.03.138.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).