Прошло не мало времени со дня трагедии на Чернобыльской АЭС. Если биологические последствия этой аварии широко изучались и продолжают изучаться, то поведение строительных конструкций при экстремальном воздействии температуры и радиации мало известно инженерной общественности. 26 апреля 1986 года огромное здание IV блока сильно пострадало от взрыва колоссальной мощности, явившегося следствием аварии реактора. Полностью были разрушены кровля над реактором и стены с северной стороны. Верхние этажи корпуса, примыкающие к зданию реактора, превратились в руины. Крыша машинного зала получила повреждения.

Значительная часть ядерного топлива, примерно около 200 т, хаотично рассредоточилась по внутреннему пространству здания. Лавовые массы, образовавшиеся в результате взаимодействия и смешивания расплавов металла, бетона и других материалов с фрагментами топлива в условиях высоких аварийных температур в горячем состоянии растекались по железобетонным перекрытиям третьего, второго и первого этажей подреакторного отделения (рис.1).
Документы ЧАЭС: Поведение железобетонных конструкций при аварии на Чернобыльской АЭС
В процессе ликвидации последствий аварии здание IV блока было укрыто «саркофагом». В настоящее время железобетонные конструкции перекрытия подреакторной части здания с застывшей лавой продолжают существовать, выполняя функции несущих строительных конструкций. В каком состоянии они находятся? Какая температура воздействовала на бетон и арматуру и как изменились их физико-механические свойства после аварийного высокотемпературного воздействия?
Единого мнения о протекании аварии нет. Существуют несколько версий. Наиболее полный сценарий аварии был дан в работах д.т.н. Пазухина Э.М.
Большой силы взрыв воздушно-водородной смеси, образовавшейся в активной зоне реактора при разгерметизации ядерного топлива и его контакта с теплоносителем, произошел в несколько секунд. Активная зона реактора оказалась разрушена. Плита основания реактора толщиной 2,0 м, состоящая их двух стальных крышек и засыпки между ними серпентинита, была вбита на 4 м вниз. Это произошло из-за косонаправленного взрыва, который подбросил верхнюю крышку реактора массой 3000 т. Взрыв носил объемный характер, который способствовал раздроблению бетона. В открытую шахту реактора обрушились обломки железобетонных конструкций боковых стен. В проран потолка помещения осыпался песок биологической защиты шахты реактора. Локально-точечная мгновенная температура достигала 2600°С.
Через 3 часа после взрыва температура внутри твелов составила 1900°С. Значительная часть песка и бетона под воздействием высокой температуры расплавилась.
Через 11 часов после взрыва на 3-м этаже из расплавленного SiO2, серпентинита, песка и неокислившейся окиси урана образовалась коричневая керамика, которая прорвалась через паросборные клапаны на второй этаж. Возник поток в виде лавы, который проник в помещения первого этажа. Лава представляла собой гетерогенные твердые растворы со стекловидной силикатной матрицей и различными включениями плотностью от 1600 до 2800 кг/куб.м3.
Через 32 часа лавовые потоки начали застывать. Температура на поверхности лавы составляла 300°С и внутри — 1600-1700°С.
Через 45-69 часов температура внутри лавы стала ниже 1400°С. Температура в помещении на 3-м этаже уже не превышала 500°С. Большая радиация в помещениях, по видимому, практически не повлияла на физико-механические свойства бетона, поскольку сам материал обладает удовлетворительными защитными свойствами при воздействии радиации.
Портландцемент, после воздействия на него интегральных потоков радиации, увеличил деформации усадки, но не обнаружил изменения плотности, температурных деформаций, прочности и модуля упругости.
Радиационные деформации бетона в основном зависят от вида заполнителя: в бетоне с гранитным заполнителем они больше, чем в бетоне на известняке. С ростом интегрального потока нейтронов в бетоне уменьшаются температурные деформации, растут радиационные деформации и напряжения.
При облучении арматурных сталей классов А240 и А300 наблюдается увеличение временного сопротивления и предела текучести и уменьшение пластических свойств.
По проекту сборно-монолитное железобетонное перекрытие 3-го этажа АЭС состоит из сборных железобетонных плит высотой 30 см и шириной 178 см, выполненных из бетона класса В30. Плита армировалась стержнями Ø32 класса А400 в верхней и нижней зоне и листом толщиной 6 мм. По бокам сборных плит установлены двутавры высотой 60 см, на которые опираются паросборные клапаны. Металлические двутавры соединены между собой. Сверху сборной плиты уложен монолитный слой бетона толщиной 140 см класса В25, армированный каркасами из арматуры Ø16 и 20 мм класса А400. Сверху монолитного бетона была установлена теплоизоляция из жаростойкого серпентинитового бетона толщиной 30 см (рис.2).
4051-3.gif
При аварии температура в верхней зоне перекрытия составляла 1600°С, в нижней – около 300°С. При температурах свыше 1400°С имела место высокотемпературная эрозия бетона. При температурах свыше 1200°С бетон в нагретом состоянии полностью выключился из работы. В горизонтальном направлении от паросборных клапанов сечение прогрелось с 1400 до 1600°С.
Железобетонное перекрытие на отметке 9.70 представляет собой 4-пролетную неразрезную плиту.
Однако при аварии верхняя часть железобетонного перекрытия и верхняя арматура над опорами расплавились, и над опорами образовались глубокие трещины.
Зная изменение расчетных сопротивлений составляющих материалов, не трудно определить нагрузку, которую может выдержать перекрытие.
По аналогии с вулканическими магмами можно допустить, что силикатный расплав лавы сохранял достаточную подвижность в течение 83 часов после взрыва при температуре 850°С на его поверхности. Затем лава стала твердеть.
В остывшем состоянии железобетонное перекрытие представляло собой стеклообразную матрицу из черной керамики с большим количеством газовых пор и пустот, которая содержит большое количество металлических включений от расплавленного металла и арматуры.
Эта матрица с различными видами включений имеет высокую прочность на сжатие, которая примерно на 20% выше первоначальной прочности бетона.
Анализ показал, что сборно-монолитное перекрытие в охлажденном состоянии может выдержать изгибающий момент в середине пролета равный 581 т.м, т.е. примерно 50% от расчетной величины.
С течением времени при возможном увлажнении бетона, претерпевшего нагрев выше 450°С, может происходить медленное разрушение его структуры из-за вторичной гидратации извести.
Таким образом, можно утверждать, что железобетонные конструкции реакторного отделения четвертого энергоблока Чернобыльской АЭС, благодаря своей массивности и высокой теплоемкости, приняли на себя значительную часть тепловой энергии, выделившейся при аварии реактора, в определенной мере позволили снизить ее воздействие на остальные конструкции станции.
Более подробно состояние железобетонных перекрытий 3, 2 и I этажей подаппаратного помещения ЧАЭС описано в книге авторов: «Высокотемпературный нагрев железобетонных перекрытий при аварии на Чернобыльской АЭС», Энергоатомиздат, 2000 г.,

А.Ф. МИЛОВАНОВ, д.т.н., профессор
В.В. СОЛОМОНОВ, к.т.н., члены РНТО строителей

VN:F [1.9.10_1130]
Рейтинг: 5.0/5 (Голосов: 1)
Документы ЧАЭС: Поведение железобетонных конструкций при аварии на Чернобыльской АЭС, 5.0 out of 5 based on 1 rating
Опубликовать в:
  • Facebook
  • В закладки Google
  • email
  • Twitter
  • Добавить ВКонтакте заметку об этой странице
  • Мой Мир
  • Яндекс.Закладки
  • LiveJournal
  • Google Buzz
  • Одноклассники
  • Blogger

Оставить комментарий