Гидроизоляция бетонов как способ решения актуальных экологических вопросов в атомной энергетике

Информация может быть не достоверна

В последнее время заметно ужесточились требования в сфере защиты окружающей среды от агрессивных факторов промышленного производства. Однако одновременно с этим компании самостоятельно стали более активно продвигать пририодосберегающие технологии и программы по экологическому аудиту, соответствующие мировым и российским стандартам в области экологического законодательства. Действенно решают весь комплекс экологических задач в ядерной промышленности инновационные материалы для гидроизоляции бетонных сооружений системы Пенетрон. Данная система применяется на самых различных объектах, повышая прочности бетонных конструкций.

Одной из составляющих общей безопасности при транспортировке и хранении высокорадиоактивных материалов является обеспечение водонепроницаемости всех конструкций, имеющих как непосредственный контакт с излучающими веществами, так и обеспечивающих прочностную, сейсмическую и др. защиты. В первую очередь эта проблема касается всех гидротехнических сооружений отрасли и бетонных сооружений, предназначенных для хранения радиоактивных материалов.

Разработка технологии по повышению водонепроницаемости подобных конструкций и объектов является актуальной задачей. Одним из направлений в ее реализации является применение высоконадежных материалов, в частности, в строительстве и ремонте бетонных конструкций, с использованием специальных гидроизолирующих материалов.

В конце прошлого века в Российском Федеральном Ядерном Центре (г. Снежинск) был начат поиск оптимального решения проблемы гидроизоляции радиационно-нагруженных бетонов. На первом этапе поиска были сформулированы критерии, которым должен соответствовать класс материалов, который было бы целесообразно подвергнуть дальнейшим испытаниям:

1. Высокая эффективность подразумевает повышение марки бетона по водонепроницаемости как минимум на 4 ступени в стандартных случаях и на ступень для проблемных бетонов с W2.

2. Прогнозируемая радиационная стойкость означает отсутствие в материалах неустойчивых к облучению компонентов (например: полимеров).

3. Долговечность означает, что продолжительность гидроизоляционного эффекта от применения материала должна быть сравнима со сроком эксплуатации самого бетона.

4. Под технологичностью подразумевается простота применения, по возможности сокращение времени участия персонала в процессе применения материала в случае дозовых нагрузок. Кроме этого, материал должен быть достаточно универсален с учетом многообразия конструкций по топологии и типам бетонов.
5.Предел разумной стоимости был установлен на отметке 20 долларов за условный квадратный метр изолируемой поверхности.

По результатам предварительного поиска, в который были вовлечены специалисты самого разного профиля из федерального ядерного центра: строители, химики, материаловеды и т.д., в качестве наиболее перспективного был признан класс так называемых материалов капиллярного интегрального действия (ИКС) или проникающая гидроизоляция. Именно эти материалы наиболее полно соответствовали выработанным ранее критериям.

Принцип действия этих материалов заключается в следующем. Нанесенные на поверхность бетона или замешанные в него на стадии приготовления, химически активные
компоненты материала за счет осмоса распространяются по всему насыщенному влагой объему. Проникнув во все поры, капилляры и микротрещины, эти вещества вступают в реакцию с ионными комплексами кальция и алюминия, присутствующими в бетоне, с образованием нерастворимых кристаллов, заполняющих ранее наполненную водой капиллярно-пористую структуру бетона. В результате этих процессов образуется как бы жесткая трехмерная паутина, запирающая поры, капилляры и микротрещины бетона для прохождения влаги, но сохраняющая высокую паропроницаемость. Т.е. бетон «дышит», что иногда немаловажно для эксплуатационных качеств конструкции.

Подкупают эффективность и простота применения этих материалов, их сравнительно невысокая стоимость и длительный срок службы, равный сроку службы самого бетона.

Отсутствие в составе материала полимеров и других, неустойчивых к радиации компонентов позволяло рассчитывать на то, что применение проникающей гидроизоляции в условиях радиационной нагрузки параллельно с повышением уровня гидроизоляции не повлечет за собой ухудшения других основных параметров бетона. Чтобы убедиться в
этом, в РФЯЦ-ВНИИТФ была проведена серия исследований. Стратегия, выбранная для исследований в качестве базовой, состояла из трех основных
пунктов:

1. Исследование порошков ИКС.

2. Исследование ИКС в составе бетонов.

3. Применение ИКС на действующих объектах.

На первом этапе, с целью оценки воздействия гамма-облучения на ИКС, проведено исследование физико-химических свойств 14 марок ИКС, а также Портландцемент 500, как в состоянии поставки, так и после гамма-облучения дозой 1000 Мрад. Кроме этого, рабочие образцы термировали в диапазоне температур (20 - 1000) oС. Облучение образцов производилось на установке Гамматок 100М с жестким спектром гамма-излучения Co60, позволяющей производить набор дозы с темпом 8*105 рентген/час. На приборной базе РФЯЦ-ВНИИТФ методами оптической атомной и молекулярной спектроскопии, рентгенофазового, термографического анализов, масс-спектрометрии и термогравиметрии исследовали физико-химические характеристики:

- элементный и фазово-структурный состав;
- термостойкость по массе, фазовые переходы;
- состав летучих продуктов;
- содержание воды и органических добавок.

Отличие указанных характеристик для облученных образцов от аналогичных показателей образцов в состоянии поставки служило критериальным признаком оценки устойчивости исследуемых материалов к гамма-облучению.

Оценивая общие результаты проведенных на этом этапе исследований, можно вполне уверенно говорить о том, что ИКС в целом достаточно устойчивы к гамма-облучению. Сравнение их поведения в условиях радиационной нагрузки с поведением Портландцемента подтвердило предположение о том, что применение ИКС в бетонах не повлечет за собой отрицательных последствий для прочностных и других основных параметров конструкций.

В качестве материалов для дальнейших исследований были выбраны материалы Penetron. В состоянии поставки они по основным параметрам исследований превзошли все аналоги, особенно в совокупной радиационно-термической стойкости.

На втором этапе в лаборатории строительных материалов ПТО «Прогресс» г.Екатеринбург, имеющей государственную лицензию на проведение прочностных и гидроизоляционных испытаний бетонов. Они подготовили бетонные образцы марки 300 согласно соответствующим ГОСТам, половина образцов была обработаны материалом Пенетрон. После этого обработанные и необработанные образцы были облучены в Федеральном ядерном центре на установке Гамматок 100М тремя партиями до 500, 1000 и 3000 Мрад
соответственно. В качестве источника для достижения более высокой жесткости облучения использовался Со60.

Облученные образцы были возвращены в ПТО «Прогресс» для прочностных и гидроизоляционных испытаний. По заключению испытателей, каких либо негативных тенденций в изменении технических характеристик обработанных Пенетроном образцов после гамма-облучения до 3000 Мрад не выявлено. При этом обработанные Пенетроном образцы сохранили после облучения прочностные и гидроизоляционные преимущества над необработанными. Таким образом, гипотеза о том, что ИКС вполне применимы в условиях радиационной нагрузки, нашла еще одно подтверждение.

Несмотря на то, что исследования ИКС в составе бетонов (предстоит провести нейтронное облучение) еще не завершены, вполне допустимо их применение на объектах отрасли, по крайней мере, в местах с не запредельными дозовыми нагрузками. Речь может идти о фундаментах объектов, водоводах систем охлаждения, бассейнах выдержки, всех видов хранилищ отходов и ОЯТ, открытых гидротехнических сооружениях и т.д.

Материалы системы Пенетрон уже были успешно применены на нескольких российских и зарубежных АЭС, а также на других объектах атомной энергетики. По результатам совещания Минатома РФ по безопасности ГТС отрасли в июне 2003 года технологии и материалы системы Пенетрон были рекомендованы к применению на предприятиях министерства. Применение гидроизолирующих материалов Пенетрон не только повышает безопасность эксплуатации возведенных или возводимых бетонных конструкций. Приобретение водонепроницаемости и, как следствие, дополнительной стойкости (химической, биологической, прочностной, морозостойкости, долговечности и т.д.) существенно расширило в принципе границы применения самих бетонов и песчано-цементных смесей. В настоящее время в Федеральном Ядерном Центре определенные высокотекучие безусадочные песчано-цементные смеси с добавлением Пенетрона рассматриваются как возможный материал для иммобилизации поврежденного отработанного ядерного топлива в пеналах транспортных упаковочных контейнеров при отправке на отложенное хранение.

Кроме радиационно-нагруженных конструкций материалы системы Пенетрон широко используются в гражданском и промышленном строительстве, а также при ремонтных мероприятиях. Это подвалы зданий, убежища, подземные переходы, овощные ямы, бассейны, мостовые сооружения, плотины, туннели, причалы, доки, шахты и т.д.