Khả năng ứng dụng sóng siêu âm kiểm tra bê tông kết cấu bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao mô phỏng tai nạn nóng chảy lõi lò phản ứng hạt nhân

Bê tông được sử dụng trong xây dựng các cơ sở hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân với hai mục đích chính: (1) che chắn bức xạ ion hóa và (2) nâng đỡ các kết cấu của thùng lò phản ứng. Kết cấu bê tông gần thùng lò phản ứng được gọi là tường chắn sinh học (biological shielding wall)- BSW (hình 1) bao quanh thùng lò và có chiều dày từ 1-3 mét tùy thuộc vào thiết kế.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khả năng ứng dụng sóng siêu âm kiểm tra bê tông kết cấu bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao mô phỏng tai nạn nóng chảy lõi lò phản ứng hạt nhân THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM KIỂM TRA BÊ TÔNG KẾT CẤU BỊ ẢNH HƯỞNG BỞI NHIỆT ĐỘ CAO MÔ PHỎNG TAI NẠN NÓNG CHẢY LÕI LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Bê tông được sử dụng trong xây dựng các cơ sở hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân với hai mục đích chính: (1) che chắn bức xạ ion hóa và (2) nâng đỡ các kết cấu của thùng lò phản ứng. Kết cấu bê tông gần thùng lò phản ứng được gọi là tường chắn sinh học (biological shielding wall)- BSW (hình 1) bao quanh thùng lò và có chiều dày từ 1-3 mét tùy thuộc vào thiết kế. Trong điều kiện vận hành bình thường, mặt trong BSW chịu thông lượng bức xạ cao (tia neutron và gamma) từ thùng lò, nhiệt độ được kiểm soát dưới 65oC để tránh sự mất nước và thoái hóa do nhiệt độ cao. Tuy nhiên, khi bị sự cố nặng (severe accident) ví dụ tai nạn nóng chảy lõi lò phản ứng ở các nhà máy điện hạt nhân Fukushima daiichi, BSW có thể tiếp xúc cục bộ bức xạ nhiệt từ nhiên liệu nóng chảy. Những thoái hóa do nhiệt ở bê tông kết cấu có thể ảnh hưởng đến khả năng chịu lực Hình 1. Tường chắn sinh học trong lò phản ứng áp trong quá trình tháo dỡ nhiên liệu nóng chảy có lực (Nguồn: Nuclear Engineering and Design 295 thể kéo dài hàng chục năm. Mục đích của nghiên (2015) 534–548) cứu này là đánh giá khả năng sử dụng sóng âm Bê tông là một hỗn hợp được nhào trộn từ xi để đánh giá các tính chất của bê tông khi bị tiếp măng, nước và cốt liệu gia cường (đá) theo một xúc nhiệt độ cao. Mặt dù rất khó để tiếp cận BSW tỷ lệ nhất định. Xi măng hòa trộn với nước tạo do bức xạ cao, JAEA (cơ quan năng lược nguyên ra một loaị gel, trong đó thành phần chính là tử Nhật bản) đang nghiên cứu sử dụng laser dựa calcium-silicate-hydroxide (C-S-H) và portland- trên sóng siêu âm (Laser ultrasonics) để khảo sát ite Ca(OH)2. Nước tồn tại trong bê tông ở nhiều tính toàn vẹn (integrity assessment) của BSW. dạng khác nhau, vì vậy tiếp xúc ở nhiệt độ cao gây Vì vậy, nghiên cứu này được tài trợ bởi JAEA để ra sự mất nước và bẽ gãy liên kết của nước trong đánh giá các thông số sóng âm cơ bản trong bê gel tùy thuộc vào nhiệt độ tiếp xúc, ví dụ như: tông khi bị thoái hóa nhiệt. - Mất nước tự do (free water) dưới 100oC 24 Số 64 - Tháng 9/2020 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN - Mất nước mao dẫn (capillary water) trong Trong đó: Ed là mô đun đàn hồi động, ρ là mật độ khoảng 100oC – 500oC bê tông,Vp là vận tốc sóng dọc, Vs là vận tốc sóng ngang và νd là hệ số poisson động. Trong nghiên - Phá hủy liên kết trong nước liên kết hóa học cứu này, biến đổi Hilbert (Hilbert transforma- (chemically bound water) trên 400oC. tion) được sử dụng để chuyển đổi sóng thu nhận Cơ chế thoái hóa trên gây co ngót (shrinkage) ở sang dạng đường bao (envelope), từ đó có thể xác gel. Bên cạnh đó, nhiệt độ cao cũng gây ra sự giãn định được sóng ngang. nở nhiệt ở một số loại đá (thông thường chiếm (nguồn ASTM C 597 và https://doi.org/10.1016/j. khoảng 70% thể tích bê tông). Sự thay đổi thể tích cemconres.2009.05.003) không đồng nhất ở gel và đá gây ra nhiều vết nứt và làm giảm cơ tính bê tông. Các mẫu bê tông được trộn có thành phần tương tự với bê tông sử dụng trong các nhà máy điện Phương pháp không phá hủy dựa trên sóng siêu Fukushima daiichi, bao gồm 157 kg nước, 285 âm được sử dụng rộng rãi trong việc phát hiện kg cát, 838 kg đá thô, 1% chất phụ gia và tỷ lệ sự không liên tục và khuyết tật trong các loại vật nước/xi măng 0.55. Mẫu được đúc thành hình trụ liệu khác nhau. Sóng siêu âm truyền trong chất (φ100 × 200 mm) và được giữ hydrat hóa trong rắn thường bao gồm ba thành phần: (1) sóng 28 ngày. Mẫu sau 28 ngày đạt cường độ nén trung dọc (longitudinal wave), trong đó hạt di chuyển bình khoảng 40 MPa. Sau đó, mẫu được nung ở cùng với hướng truyền sóng; (2) sóng ngang các nhiệt độ từ 105oC đến 800oC. Thời gian và tốc (shear wave), trong đó hạt di chuyển vuông góc độ nung được tính toán để đảm bảo các quá trình với hướng truyền; và (3) sóng bề mặt (thể hiện rõ thoái hóa được diễn ra đồng nhất tại các nhiệt độ khi sóng truyền trong tấm mỏng). Sóng dọc được khác nhau (như bảng 1). ứng dụng rộng rãi trong kiểm tra sự thay đổi bên trong vật liệu không có tính định hướng như Bảng 1. Chế độ xử lý nhiệt các mẫu bê tông rỗ khí và không đồng nhất. Trong khi đó, sóng ngang rất nhạy cảm với khuyết tật có định hướng như nứt. Trong bê tông, nứt có thể xảy ra trong gel, ở tiếp xúc gel/đá và nứt bề mặt. Ứng dụng sóng ngang trong kiểm tra siêu âm là rất hạn chế vì trở ngại lớn nhất là xác định thời gian phát sinh (rising time) bởi vì sóng dọc có tốc độ lan truyền nhanh hơn nên tới đầu dò nhận (receiving trans- Sự thay đổi về màu sắc và xuất hiện nứt bề mặt ducer) sớm hơn gây ra sự chồng chéo tín hiệu ghi thể hiện ở hình 2. Kiểm tra siêu âm sử dụng đầu nhận. dò 100kHz truyền sóng trực tiếp được kết nối với thiết bị nhận xung OLYMPUS 5077PR và máy Để đánh giá tính toàn vẹn, xác định thông số mô hiện sóng TEKTRONIX DPO2022B. Thiết lập đun đàn hồi tại hiện trường là rất quan trọng, tuy thử nghiệm ...