Lapszámok

Abátaapáti Nemzeti Radioaktívhulladék-tárolóban (NRHT) a felszín alatti tárolókamrákra vonatkozó speciális követelmények miatt az építőiparban általános és széles körben alkalmazott szerkezeti betonokhoz képest több szempontból is speciálisnak tekinthető betonreceptúra használata vált szükségessé. Az I-K2 és I-K3 jelű tárolókamrákban található vasbeton medence célja és funkciója a radionuklidok vízzel történő terjedésének korlátozása és a radioaktív anyagok visszatartása a hosszú távú biztonság érdekében. A biztonsági funkció ellátása műszaki szempontból – többek között – a betonszerkezet repedéstágasságának korlátozásán keresztül valósul meg, így elengedhetetlenné vált a megszilárdult beton korai jellemzőinek megismerése is.

1. kép: Próbakockák a betonüzemben

Az alkalmazandó speciális betonkeverékekkel készített betonelemek szilárdsági és zsugorodási paramétereinek vizsgálatát nagy volumenű laboratóriumi és helyszíni próbatesteken történt kísérletsorozatban végeztük el a tárolót üzemeltető Radioaktív Hulladékokat Kezelő Kft. (RHK Kft.) szakembereinek segítségével. A vizsgálati program alapját nyújtó C35/45-XC4-XA3-XV3(H)-24(16)-F4 jelű szerkezeti beton az I-K3 tárolókamra alaplemezének és falainak készítése során kidolgozott betontechnológia és próbakeverések alapján készült el. A vizsgálatokat laboratóriumi körülmények mellett mesterségesen szimulált körülmények között, valamint az I-K4 jelű kamrában valós környezeti körülmények között ideiglenesen elhelyezett nagy méretű vasalt próbatesteken végeztük el.

2. kép: Nagy méretű próbatestek betonozás után

Laboratóriumi vizsgálatok

A laboratóriumi kísérleteket egymással időben párhuzamosan, de két helyszínen folytattuk le. Az egyik helyszín az NRHT bátaapáti telephelyének, jelenleg (még) üresen álló I-K4 jelű tárolókamrája, míg a másik a BME Hidak és Szerkezetek Tanszéke (Szerkezetvizsgáló Laboratórium) által az egyetem területén kihelyezett mobil hűtőkamrák voltak.

A BME Hidak és Szerkezetek Tanszék Szerkezetvizsgáló Laboratóriumába egynapos korban szállítottuk be a próbatesteket a V&Periko Kft. szekszárdi betonüzeméből. Két darab 20 lábas hűtőkonténerben helyeztünk el összesen 66 db 15x15x15 cm-es élhosszúságú próbakockát, 36 db 15x15x60 cm-es méretű próbahasábot és 2 db 80x80x80 cm-es élhosszúságú tömegbeton kockát.

A próbatesteket a két konténerben 7 napos korukig nedves terfillel fedve és fóliával takarva tároltuk. Az „A” jelű konténerben a 7. nap után a próbatesteket kitakartuk és alacsony (40%-os) relatív páratartalmú közegben helyeztük el. A másik, „T” jelű konténerben közel telített állapotot szimuláltunk a vizsgálat teljes ideje alatt. Mindkét konténerben 16 °C-os állandó hőmérséklet volt mindvégig.

3. kép: Az „A” jelű konténerben elhelyezett próbatestek

A próbakockák és próbahasábok alakváltozási paramétereit 3-5-7-10-14-21-28-35-42- 49-56 napos betonkorban határoztuk meg akkreditált mérésekkel. A próbakockákat az MSZ EN 12390-3:2019 és az MSZ EN 12390- 7:2019 szerinti szabványos törési sebességgel (FORM TEST) teljesen automata géppel törtük el, majd a nyomószilárdságukat is meghatároztuk.

A próbahasábokon az MSZ EN 12380- 5:2019 szerinti szabványos hajlító-húzószilárdság meghatározását végeztük el. A hajlító-húzószilárdság mellett a beton húzó- és nyomó rugalmassági modulusának meghatározására is sor került.

4. kép: A „T” jelű konténerben elhelyezett próbatestek

Az egyes próbatestek zsugorodását több eltérő méréstechnikai eszközzel végeztük. Ezek voltak az előre bebetonozott (HBK FS62 RSS-E típusú szenzor) és felületre szerelt (HBK FS62 RSS-SM és HBK FS62 CSS típusú szenzorok) optikai elven működő szenzorok, illetve elektromos elven működő felületre szerelt nyúlásmérő (HBK LY41-100/120) bélyegek és (HBK WA 20) induktív útadó szenzorok. Mindezek mellett hagyományos, mechanikus elven is elvégeztük a méréseket Pfender típusú kézi mérőműszerrel. A két hűtőkonténerben folytatott laboratóriumi méréseket alapvetően két mérőkörön végeztük el. Az egyik mérőkörre az optikai mérési elven működő HBK QuantumX MXFS lekérdező modult és egy HBK QuantumX MX1615B mérőerősítőt szereltünk fel. A másik mérőkörön az elektromos elven működő mérőrendszert üzemeltük be, melynél 6 db HBK CANHEAD mérőerősítő és 1 db HBK MGC adatfeldolgozó eszközt állítottunk össze.

A vizsgálat időtartama alatt a mechanikus mérésekből összesen közel 4 200 darabot végeztünk el, összesen 112 db elektromos mérőponton mértünk és 10 db optikai szenzort alkalmaztunk. Az 1 Hz-es adatrögzítésű optikai és elektromos mérési eredményeket tekintve ez többmilliós nagyságrendű egyedi mérési adatot jelentett.

5. kép: Lemez próbatestek betonozás előtt

Helyszíni körülmények között elvégzett vizsgálatok

Az NRHT bátaapáti telephelyén lévő I-K4 tárolókamrában 3 db 400x400x30 cm méretű vasalt próbalemez készült, melyekre kizárólag optikai elven működő nyúlás- és hőmérsékletmérő szenzorokat helyeztünk el. A tárolókamrában a levegő páratartalmát és hőmérsékletét is folyamatosan rögzítettük. A tervezői utasítás szerinti Ø16/75 mm-es kétirányú, kétrétegű vasalással ellátott próbalemezek betonfedése 4 cm volt.

A próbalemezek armatúrájában optikai elven működő nyúlás- és hőmérsékletmérő szenzorokat helyeztünk el, melyeket részben közvetlenül a betonacélokra rögzítettünk előzetesen a BME Szerkezetvizsgáló Laboratóriumban, részben a helyszínen építettünk be. A próbalemezek betonozását követően egynapos korban a lemezek felső felületére további hőmérséklet- és nyúlásmérő szenzorokat helyeztünk el. A vasbeton lemezek 7 napig nedvesített terfil takarásban voltak. A vágatban egy előre összeállított kompakt mérőszekrényt helyeztünk el, melyben az optikai elven történő adatgyűjtést egy HBK QuantumX MXFS típusú lekérdező modullal végeztük, melynek adatait egy ipari számítógépen rögzítettük. A vizsgálat időtartama alatt összesen 9 db optikai hőmérsékletmérő szenzort és 20 db optikai nyúlásmérő szenzort alkalmaztunk.

Mérési eredmények és összegzés

Az elvégzett vizsgálatok alapján megállapítható, hogy 56 napos korban a vasalatlan beton próbakockák nyomószilárdságának átlaga az „A” (RH = ~40%) jelű próbatestek esetében fcm,56 = 74,10 MPa, a „T” (RH= ~100%) jelű próbatestek estében fcm,56 = 67,90 MPa volt, mely jelentősen nagyobb a C30/37 jelű szilárdsági osztály vonatkozó követelményeinél. A próbahasábokon elvégzett kísérletek alapján a mérés végén az „A” (RH = ~40%) jelű próbatestek esetében a hajlító-húzószilárdság átlagértéke
f ct,fl = 5,35 MPa, valamint a „T” (RH = ~100%) jelű próbatestek esetében fct,fl = 8,16 MPa, mely nemcsak egymáshoz képest mutat jelentős (34,4%) eltérést, de sokkal nagyobb, mint a szilárdsági osztály követelménye. Ugyancsak a próbahasábokon elvégzett rugalmassági modulus mérések alapján az „A” (RH = ~40%) jelű próbatestek esetében a húzó rugalmassági modulus átlagértéke a mérés végén
Etm = 42 632 MPa, a „T” (RH = ~100%) jelű próbatestek esetében Etm = 48 650 MPa. A nyomó rugalmassági modulusok átlagértéke az „A” (RH = ~40%) jelű próbatestek esetében
Ec = 42 500 MPa, a „T” (RH = ~100%) jelű próbatestek esetében Ec = 54 025 MPa. A mérési eredmények szintén jelentősen nagyobbak, mint a szilárdsági osztályhoz tartozó szabványos értékek.

6. kép: Betonba szerelt szenzorok

Az összes próbatest felületi zsugorodásmérésének (nyúlásmérő bélyegek és mechanikus kézi mérések) eredményeit kiértékelve meghatároztuk az alacsony páratartalmú és telített környezetben tárolt próbatestekre vonatkozó zsugorodási görbék várható értékét és az egyes mérések burkolójának maxima görbéjét, továbbá a mérések várható értékének átlagértékét és a maxima görbék maximális burkoló ábráját.

Megállapítható, hogy a mért valós zsugorodás mértéke nagyobb, mint a szerkezeti szabványokban megadott vagy abból szabványos képletekkel származtatható értékek. Ezek szerkezeten történő alkalmazása már szerkezettervezői feladat.

7. kép: Lemez próbatestek bebetonozva

Az I-K4 kamrában történt léghőmérséklet-mérések alapján megállapítható, hogy a vizsgálati időtartam alatt a kamra hőmérséklete 16,8 °C és 17,7 °C között ingadozott. A levegő páratartalma 55% és 90% között változott a mérési időszakban. A vasalt próbalemezek esetében a beágyazott nyúlásmérő szenzorokkal mért legmagasabb zsugorodási érték a mérési időtartam végén εm,f = 0,44‰ volt, a felületen mért legmagasabb zsugorodási érték pedig εm,f = 0,37‰-es értéket mutatott, mely jóval nagyobb, mint a szerkezettervezés során szabványosan számítható érték.

8. kép: Lemez próbatestek kizsaluzást követően

Az elvégzett betonvizsgálatok alapján mind a nyomó- és húzószilárdság értéke, mind a nyomó- és húzó rugalmassági modulus is jelentősen nagyobb a szerkezettervezési szabványokban megadott vagy azokból származtatott szabványos értékeknél. A mért értékek Eurocode-komform kiértékelését követően a valós anyagjellemzőket tükröző mérési eredmények közvetlenül segítik a továbbiakban a megbízhatóbb szerkezettervezést. A zsugorodásra vonatkozó mérési eredmények szintén jelentős mértékben meghaladják a szerkezeti szabványok alapján származtatható zsugorodási értéket, melyet a szerkezettervezésben figyelembe lehet és kell is venni a továbbiakban a repedés-kialakulás szerkezettervezői kezelésében.

A vizsgált szerkezeti betonnal szemben támasztott több szempontból is speciális elvárások a tényleges betonjellemzők szabványostól eltérő tulajdonságait eredményezték, melyek megismerése elengedhetetlenné vált az NRHT Bátaapáti I-K3 vasbeton medencéjének és a további vasbeton szerkezetek kialakításához. A szerkezeti beton vizsgálatai alapján kapott eredmények rendkívül jól hasznosíthatók, mert a szerkezettervezői feladatok során közvetlenül felhasználhatók, a valós szerkezeti viselkedés megértését és leírását, így számítását jelentős mértékben támogatják, ezzel elősegítve a kor szakmai elvárásainak megfelelő precíz és megbízható kivitelezést és végül a műszaki szempontból biztonságos létesítmények kialakítását.

1. grafikon: Zsugorodás–idő összefoglaló grafikon (RH = ~100%)- Felületen mért zsugorodások (nyúlásmérő bélyegek, mechanikus mérések)

(fotók: a szerzők)