DE3141726A1 - Verfahren zur vermeidung bzw. reduzierung der wechselwirkungen und deren folgen bei einem kontakt von heissen fluessigmetallen mit beton - Google Patents
Verfahren zur vermeidung bzw. reduzierung der wechselwirkungen und deren folgen bei einem kontakt von heissen fluessigmetallen mit betonInfo
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Description
GKSS Forschungszentrum Geesthacht, den 12.10.1981
Geesthacht GmbH PLA 8156 Gl/hr
Verfahren zur Vermeidung bzw. Reduzierung der Wechselwirkungen und
deren Folgen bei einem Kontakt von heißen Flüssigmetallen mit Beton.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung bzw. Reduzierung der Wechselwirkungen und deren
Folgen bei einem Kontakt von heißen Flüssigmetallen mit Beton.
Bei Leckagen in Wärmeübertragungssystemen mit Natriumkühlung kann nicht ausgeschlossen werden, daß Flüssigmetall
mit Gebäudestrukturen aus Beton in Berührung kommt. Der Beton wird hierbei hohen thermischen,
chemischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, die aufgrund gegenseitiger Beeinflussung zu
einem komplexen Eeaktionsmechanismus führen und zusammenfassend als Natrium-Beton-Wechselwirkung bezeichnet
werden.
Die infolge thermischer Belastung des Betons einsetzenden Veränderungen seiner Eigenschaften sind im wesentlichen
auf die Freisetzung des im Beton ungebunden und in physikalisch sowie chemisch gebundener Form
vorliegenden Wassers zurückzuführen. Generell sind zwei Vorgänge festzustellen:
- Abnahme der Betonfestigkeit durch Zerfall physikalischer und chemischer Bindungen zwischen Zementbestandteilen
und Wasser.
- Druckanstieg in den Betonporen infolge Wasserverdampfung und Expansion nichtkondensierbarer Gase mit
nachfolgendem Austritt des Wasserdampfes aus der erhitzten Betonoberfläche.
314T726
Zwischen Natrium und dem austretenden Wasserdampf setzen exotherme chemische Reaktionen ein, in deren
Verlauf Wasserstoff gebildet wird. Der Zerfall der Betonstruktur begünstigt den Kontakt von Natrium
mit festen Betonbestandteilen, die zum Teil ebenfalls exotherm mit Natrium reagieren. Die hohe mechanische
Belastung des Betons durch Wärmespannungen und Aufbau des inneren Dampfdruckes führt zu Rißbildungen
und Abplatzungen im Oberflächenbereich. Der Reaktionsfortschritt wird hierdurch beschleunigt.
Als sicherheitstechnisch relevante Folgen einer Wechselwirkung von Natrium mit Beton sind zusammenfassend
anzuführen:
- Wasserstoffproduktion
- Energiefreisetzung
- Beeinträchtigung der Tragfähigkeit von Betonstrukturen
.
Den Hauptanwendungsbereich der Flüssigmetalltechnologie bilden zur Zeit Schnelle Reaktoren mit Natriumkühlung.
Diese Anlagen werden ausschließlich in Betonbauweise errichtet und sind entsprechend den abgestuften
Sicherheitsanforderungen im Primär- und Sekundärbereich mit verschiedenen Schutzsystemen ausgestattet,
die in Störfallsituationen unter anderem den Kontakt von Natrium mit Beton verhindern sollen.
Die folgend beschriebenen Schutzsysteme werden in "Loop"-Reaktoren eingesetzt, deren natriumführende
Komponenten zum großen Teil in einzelnen Kavernen oder
Zellen des Containmentgebäudes angeordnet sind. Je nach Ausführung der Anlage sind alle oder einzelne
dieser Containmentzeilen mit Stahlblechen (CeIl-Liner)
ausgekleidet, die auf den Innenflächen der begrenzenden Betonstrukturen aufgebracht sind. Abhängig
von dem in Störfallsituationen zu erwartenden Belastungsausmaß weisen die Cell-Liner unterschiedliche
Konstruktionsmerkmale auf. Als wesentliche Belastungen im Leckagefall sind anzuführen:
- Thermoschockbeanspruchung beim Auftreffen von heißem
Natrium
- Spannungen infolge unterschiedlicher Wärmedehnung des Cell-Liners und der Betonstrukturen
- Aufbau eines Dampfdruckpolsters zwischen Liner und Betonstruktur durch Verdampfung des Betonwassers infolge
Wärmeleitung vom Natriumpool in die Betonstruktur.
Letzterem kommt besondere Bedeutung zu, weil das Dampfdruckpolster zum Absprengen des Liners führen
kann, bzw. auch kleine Schadstellen den Austritt großer Dampfmengen in den Natriumbereich zulassen.
Als vorbeugende Maßnahmen gegen einen direkten Kontakt von Natrium mit Beton bzw. die ireisetzung von Betonwasser
werden im einzelnen folgende, dem gegenwärtigen Stand
3HT726 -7-
der Technik entsprechende Schutzsysteme eingesetzt:
a) Schneller natriuragekühlter Brutreaktor (SIiR 300)
[E.Hoppe,"Brandverhalten von Natrium und daraus
abzuleitende Schutzmaßnahmer, ar, Beispiel des KK'.s
Kaikar", AED-Conf-77-304-002, Seiten 8 bis 11;
K. Kordina, U. Schneider, "Moisture transport and vapor release of concrete structures at
temperatures ^000C", Transactions of the 5tr'
International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology, Paper H 1/5, Berlin,
13. - 17.8.1979 (Seite 2)? R.H. Chapman, "A state of-the-art review of equipment cell liners for
LMFBR's "ORI-7L-TM-4 714 (Seite 56)] :
Die inneren Oberflächen des den Primärbereich umschließenden inneren Containments sind ~i~
einem 6 mm starken Linerblech belegt, das bein Betonieren als verlorene Schalung dient. Voraussichtlich
bildet sich bereits -.vährend des Reaktcrbetriebs
ein geringer Spalt zv/ischen Benor.cberflache
und Liner, der sich bei einer störfallbedingten Temperaturbelastung vergrößert und nach
Einsetzen der Betonv/asserausdanpfung zunächst als Auffangreservoir dient. Das Volumen dieses
Reservoirs ist gemessen an der. austretenden Dampfmengen jedoch relativ gering, so daß zur Vermeidung
eines unzulässigen Druckanstiegs eine Druckentlastung installiert ist. Das ausgedampfte Betonwasser
wird über ein Rohrleitungssystem in einen
-a-
Kondensator geleitet. Das Cell-Liner System wird ergänzt durch Bodenwannen aus Stahl, die unter
den Primärkomponenten zur Aufnahme von Leckagenatrium angeordnet sind.
Die natriumführenden Komponenten des Sekundärsystems befinden sich im wesentlichen außerhalb
des Containmentgebäudes in den drei Dampferzeugungshäusern.
Zur Aufnahme von Leckagen sind ebenfalls Bodenwannen installiert, die zur Einschränkung von
Natriumbränden in diesem nicht inertisierten Anlagenbereich mit einer speziellen Abdeckung versehen
sind. Das Leckagenatrium wird aus den Auffangwannen in inertisierte Sammeltanks abgeleitet.
Unter den Auffangwannen befindet sich zum Schutz des Bodenbetons gegen unzulässigen Temperaturanstieg
eine Wärmedämmung. Die Wandflächen sind in den Dampferzeugerhäusern nicht geschützt.
b) Fast Flux Facility (R.H. Chapman, "A state-of-theart
review of equipment cell liners for LMFBR1s"
ORNL-TM-4714 (pp. 28 to 38); L.M. Polentz, "A new
approach to the design of LMFBR liners!1, Nuclear Engineering International, VoI 25 (1980) r No. 306,
pp. 56 to 59; R.H. Chapman, "Equipment cell liners for liquid-metall-cooled fast breeder reactors",
Nuclear Safety, Vol. 17, No. 2, pp. 209 to 211):
Die Fast Flux Test Facility (FFTF) ist ein natriumgekühlter Reaktor mit 400 MW thermischer Leistung,
der als Prototyp für kommerzielle Großanlagen dienen soll und aus diesem Grund den gegenwärtigen
Stand der Technik repräsentiert.
Alle Containmentzellen mit natriumführenden Komponenten und Aggregaten sind mit Cell-Linern ausgestattet. Es sind generell zwei Lxnersysteme, der
"hot"-Liner und der "cold"-Liner, zu unterscheiden. Die Installation des "hot"-Liners ist technisch
aufwendiger und damit kostenintensiver als die des "cold"-Liners. Der "hot"-Liner wird daher
nur im unteren Bereich einiger unter Sicherheitsaspekten ausgewählter Zellen eingesetzt. Die Bauhöhe
wird im wesentlichen unter dem Gesichtspunkt des Flüssigmetallpegels in einer Zelle bei großen
Natriumleckagen festgelegt.
Wesentliches Merkmal des "hot"-Liners ist der mehrschichtige Aufbau aus Stahlblech, Luftspalt
und feuerfestem Material. Der "hot"-Liner ist nur am Übergang zum "cold"-Liner befestigt, um
eine freie Ausdehnung zu gewährleisten= Aus dem Beton austretender Wasserdampf wird über Rohrleitungen
abgeführt, um den Aufbau eines Dampfdruckpolsters zu verhindern. Der "hot"-Liner wird
auf der fertiggestellten Betonstruktur installiert, eine Verwendung als Schalung ist nicht möglich.
Das "cold"-Liner System wird im oberen Bereich der mit "hot"-Linern ausgestatteten Zellen sowie
in allen übrigen gelinerten Zellen eingesetzt. Eine Konstruktion, die weitgehend dem Containmentbau
von Leichtwasserreaktoren entspricht, besteht aus 6,3 5 mm starken Stahlblechen, die mit in den
Strukturbeton als Fachwerk (quadratisches Gitter 1,2 χ 1,2 m) eingebetteten Trägern verschweißt
werden.
Der "cold"-Liner wurde ursprünglich ohne Druckentlastungssystem installiert. Eine spätere Überprüfung
der Auslegungsrichtlinien führte zum nachträglichen Einbau eines Druckentlastungssystems
in der Reaktorkaverne.
Ein zweites Konzept für den "cold"-Liner, auf das während der Bauphase übergegangen wurde, ist aus
einem Schalungssystem für den Betonbau entwickelt worden. Vorgefertigte Plattensektionen werden auf
der Baustelle positioniert und zusammengeschweißt und dienen als verlorene Schalung für den Beton.
Zur Verankerung des Liners in der Betonstruktur sind auf der Rückseite der Segmente Winkeleisen
in einem 0,3 χ 0,3 m Raster angeordnet. Zusätzlich zu den Cell-Linern ist als Präventivmaßnahme gegen
Natriumleckagen die Anordnung von Reaktorgefäß, Primärumwälzpumpen und Zwischenwärmetauschern in
freistehenden Schutztanks anzuführen. Rohrleitungen, Armaturen und kleinere Komponenten sind in einigen
Fällen, insbesondere im Sekundärbereich, mit Auffangwannen ausgestattet.
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3HT7-26
Die Schutzwirkung der bekannten Linersysteme beruht auf dem Prinzip, daß sowohl ein direkter Kontakt
von Natrium mit Beton als auch eine Wechselwirkung infolge Wasserdampfübertritt in den Natriumbereich
durch Schadstellen im Liner unter allen denkbaren Störfallbedingungen verhindert werden. Bei Beschädigung
des Liners durch die bei großen Natriumleckagen zu erwartenden Belastungen wie Thermoschockbeanspruchung,
thermisch induzierte Spannungen zwischen Liner und Strukturbeton sowie Aufbau eines Dampfdruckpolsters zwischen Linerblech und
Beton ist eine wirksame Schutzfunktion nicht mehr
gegeben. Dies gilt auch für relativ kleine Schadstellen, wie z.B. Schweißnahtrisse, durch die aufgrund
des Druckgefälles große Mengen Wasserdampf in den Natriumbereich überströmen können.
Ein Vergleich der eingesetzten Linersysteme zeigt wesentliche Unterschiede in wichtigen Konstruktionsmerkmalen.
Dem vorwiegend verwendeten "cold"-Liner, der direkt auf die Betonstruktur aufgelegt fest mit dieser verbunden
ist, steht der sehr viel aufwendigere "hot"-Liner gegenüber, der frei beweglich aufgehängt in
Kombination mit einer Wärmedämmung installiert wird. Dies deutet darauf hin, daß die der Linerauslegung
zugrunde gelegten Lastannahmen offenbar große Unterschiede aufweisen, da laut verschiedenen Sicherheitsberichten
das jeweils eingesetzte Linersystem den gestellten Anforderungen genügt. Eine Bestätigung
findet sich in Veröffentlichungen von R.H. Chapman ,
"A state-of-the art review of equipment cell liners for LMFBR's ",ORNL-TM 4714 (pp. 3 to 6; 58,59) und '·'Equipment
- 11-
cell liners for liquid-metal-cooled fast breeder reactors", Nuclear Safety ,Vol. 17,No. 2, pp. 209 to 212,
wonach bisher keine experimentellen Untersuchungen mit direktem Bezug zur Auslegung von Cell-Linern
oder zum Nachweis ihrer Funktionsfähigkeit bei großen Natriumleckagen durchgeführt wurden. Als
weitere Kritikpunkte an Linersystemen werden dort aufgeführt:
- Die als Auslegungsinstrument eingesetzte Strukturanalyse bereitet insbesondere an den kritischen
Stellen eines Cell-Liners, wie z.B. den Übergängen Wand/Wand, Wand/Boden und den Ecken sowie
an Durchführungen von Rohrleitungen, Schwierigkeiten. Gerade diese Stellen sind jedoch bei
Störfällen höchsten Belastungen ausgesetzt, so daß hier mit Versagen zuerst zu rechnen ist.
- Linersysteme werden bei der Auslegung allgemein als homogene Flächen betrachtet. In der Praxis
weisen sie jedoch zahlreiche Schweißnähte auf, wobei anzunehmen ist, daß die Schweißnähte die
Festigkeit des Liners.stark beeinflussen.
- Die Cell-Liner Technologie im Bereich von Schnellen Reaktoren mit Natriumkühlung hat noch
nicht den Entwicklungsstand, wie er in Containmentkonstruktionen von wasser- und gasgekühlten
Reaktoren vorliegt, obwohl Konzept und Konstruktionsdetails weitgehend von dort übernommen
wurden.
- 12 -
Zusammenfassend ist festzustellen, daß hinsichtlich
Konstruktion und Nachweis der Funktionsfähigkeit von Linersystemen noch nicht alle Unsicherheiten
restlos ausgeräumt werden konnten,diese Systeme also noch verbesserungsfähig sind.
Auffällig ist, daß Liner nur im Zusammenhang mit der Beschreibung von Containmentsystemen Erwähnung
finden, ihre Anwendung also auf diesen Bereich beschränkt ^ zu sein scheint. Demgegenüber sind aber
auch ^außerhalb des Containmentsystems in den Dampferzeugern in etwa gleich große Natriumdurchsätze
wie im Primärsystem zu verzeichnen. Gründe für die Beschränkung des Linereinsatzes auf den Primärbereich
sind vermutlich:
- Die hohen Kosten für die Installation derartiger Systeme.
- Die Forderung nach sicherem Aktivitätseinschluß entfällt im Dampferzeugerbereich»
- Die Erfordernis von Linersystemen wurde ursprünglich vorwiegend im Hinblick auf eine gasdichte
Einfassung des Primärsystems gesehen, die im Normalbetrieb die Aufrechterhaltung einer Inertgasatmosphäre
ermöglichen soll und in Störfallsituationen eine Barriere gegen Aktivitätsaustritt
darstellt.
Demnach wird der Bedarf eines Schutzsystems gegen die
Natrium-Beton-Wechselwirkung im Sekundär- bzw. Dampferzeugerbereich durch die zur Verfügung stehenden
Linersysteme nicht gedeckt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zu schaffen zur
Vermeidung bzw. Reduzierung der Wechselwirkungen und deren Folgen bei einem Kontakt von heißen
Flüssigmetallen mit Beton. Die sicherheitstechnisch relevanten Folgen einer Wechselwirkung von Flüssigmetall
mit Beton, wie
Wasserstoffproduktion, Energiefreisetzung, Beeinträchtigung der Tragfähigkeit von Betonstrukturen
,
sollen in ihrem Ausmaß reduziert werden.
Die Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man als Material
zumindest für den oberflächennahen Bereich der Betonstruktur, der mit dem heißen Flüssigmetall in
Berührung kommen kann, Beton mit Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder Zirkoniumoxid oder einem Gemisch
davon zu einem Anteil von 70 Gew.-% bis 96,5 Gew.-% verwendet. Als Material verwendet man einen aus Tonerdeschmelzzement
und Feuerleichtsteinen (feuerfester Betonzuschlagstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit)
und/oder Feuerfeststeinen (feuerfester Betonzuschlagstoff) hergestellten Beton. Es kann aber
auch als Material ein Beton verwendet werden, bei dessen Herstellung luftporenbildende und/oder betonverflüssigende
und/oder betondichtende Zusatzmittel " zum Zementleim zugegeben worden sind.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist gekennzeichnet durch eine auf der Oberfläche der Betonstruktur
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-/IS-
angeordnete Schutzschicht aus einem Beton mit Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder Zirkoniumoxid oder
einem Gemisch davon zu einem Anteil von 70 Gew.-& bis 96,5 Gew.-%. Die Schutzschicht ist in Form
eines Verputzes oder in Form von vorgefertigten Formkörpern auf der Betonstruktur angeordnet. Die
Schutzschicht besteht aus einem Tonerdeschmelzzement und Feuerleichtsteinen (feuerfester Betonzuschlagstoff
mit niedriger Wärmeleitfähigkeit) und/oder Feuerfeststeinen (feuerfester Betonzuschlagstoff)
hergestellten Beton. Die Schutzschicht kann jedoch auch aus einem mit einem luftporenbildenden und/
oder betonverflüssigenden und/oder betondichtenden, zum Zementleim während der Herstellung zugegebenen
Zusatzmittel hergestellten Beton bestehen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper aus vor ihrer Installation auf der zu
schützenden Betonstruktur durch Brennen vorbehandelten Beton-Fertigteilen bestehen.
Die Erfindung gewährleistet, daß der Beton
- mit Natrium reagierende feste Bestandteile nur noch in vernachlässigbaren Mengen enthält
- bei hohen Temperaturen gegenüber Normalbeton nur geringfügig an Festigkeit verliert
- aufgrund einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit wärmedämmend wirkt.
Um diese Bedingungen zu erfüllen, werden Zemente und
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Um diese Bedingungen zu erfüllen, werden Zemente mit sehr hohen Anteilen an Aluminiumoxid (Al2O-)
verwendet. Als Betonzuschlagstoff wird Aluminiumoxid, Magnesiumoxid(MgO) oder Zirkoniumoxid (ZrO2)
oder ein Gemisch dieser Stoffe eingesetzt. Die genannten Stoffe werden von Natrium im dem in Frage
kommenden Temperaturbereich nicht reduziert.
Weiterhin weisen diese Materialien nur sehr geringe Mengen an Siliziumoxid und Eisenoxiden auf.
Unter -Zemente dieser Art ist Tonerdeschmelzzement zu rechnen. Er enthält bis zu 80,5 % Al2O3 und
18,0 % CaO, wobei 0,2 % SiO2 und 0,15 % Fe3O3 zusammen
mit anderer Verunreinigungen nur noch einen Rest von 1,5 % ausmachen. Der Betonzuschlag kann aus
sogenannten Feuerleichtsteinen und/oder Feuerfeststeinen gebrochen werden, die Anteile der o.g. Oxide
bis zu 99 % aufweisen.
Betone auf der Basis von Tonerdeschmelzzement und den
angeführten Zuschlagstoffen können bis zu Temperaturen von ca. 15000C eingesetzt werden. Im
Temperaturbereich von 1000C - 4000C sinkt ihre
Festigkeit auf etwa 40 - 65 % der Anfangsfestigkeit, weil sich in diesem Temperatubereich die völlige Dehydratation
der Aluminate vollzieht. Bei einer weiteren Temperatursteigerung wird der Festigkeitsabfall gebremst und es verbleiben bei Erhitzung bis
600°C 38 - 64 % und bei Erhitzung bis 800°C 36 - 60 % der Anfangsfestigkeit. Bei Temperaturen über 1000°C
ist ein starker Festigkeitsanstieg über die Anfangsfestigkeit hinaus zu verzeichnen, der auf ein Zu-
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3H1726
-η.
sammenbacken des Materials bzw. die Ausbildung einer keramischen Bindung zurückzuführen.ist. Die Betonschicht
kann demnach selbsttragend ausgeführt werden.
Durch Auswahl von Zuschlagmaterialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Feuerleichtsteinen,
und Zugabe von luftporenbildenden Zusatzmitteln zum Zementleim soll die Wärmeleitfähigkeit des Betons
minimiert werden, so daß er als Isolierbeton einsetzbar ist. Hierdurch wird die aus konventionellem
Beton hergestellte Gebäudestruktur gegen unzulässige Teitiperaturbeanspruchung und deren Folgen wie Festigkeitsabfall
und Wasserdampffreisetzung geschützt.
Daneben ermöglicht die Zugabe von betonverflüssigenden
und betondichtenden Zusatzmitteln die Beeinflussung der MikroStruktur des Zementsteins dahingehend,
daß eine vorwiegend geschlossene Porosität erzielt wird. Hierdurch werden das Eindringen von
Natrium in die Schutzschicht und der Austritt von Wasserdampf aus der zu schützenden Betonstruktur
weitgehend vermieden.
Für den Einsatz eines derartigen Betons sind verschiedene Möglichkeiten denkbar:
a) Aufbringen dieses Betons als Putz auf die zu schützende Gebäudestruktur aus konventionellem
Beton. In diesem Fall enthält die Schutzschicht wie jeder andere Beton Wasser, das bei Erhitzung
freigesetzt wird und mit Natrium reagieren kann. Die Auswirkungen der Natrium-Beton-Wechselwirkung
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werden jedoch eingeschränkt, weil in der Schutzschicht keine festen Bestandteile vorliegen, mit
denen Natrium reagiert,und ein Kontakt von Natrium mit konventionellem Beton verhindert wird. Gleichzeitig
wird der konventionelle Beton thermisch isoliert.
b) Installation einer Schutzschicht aus Fertigteilen, die durch Brennen vorbehandelt werden. Hierdurch
wird das im Beton enthaltene Wasser vollständig ausgetrieben und die ursprünglich vorliegende
hydraulische Bindung des Zementsteins wird in eine keramische Bindung hoher Festigkeit umgewandelt
.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit zur Ergänzung der bekannten Schutzsysteme im Containmentbereich
unter dem Aspekt einer Verbesserung der nuklearen Sicherheit.
Die Erfindung soll insbesondere dort eingesetzt werden, wo Linersysteme aus Kostengründen bisher
nicht zur Anwendung kommen, wie z.B. in-Dampferzeuger
gebäuden oder anderen Bereichen des Sekundärsystems von Schnellen Reaktoren mit Natriumkühlung.
Sie kann dort durch Verminderung der Schäden infolge Natriumleckagen die Folgekosten derartiger Ereignisse,
die durch Wiederherstellung und Stillstand der Anlage entstehen, senken.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind folgende:
- 18 -
Das auf der Erfindung beruhende Schutzsystem kann mit den im Betonbau üblichen Methoden hergestellt
und installiert werden. Es beinhaltet daher Vorteile wie
- einfache und kostengünstige Verarbeitung
- Eignung für komplexe Geometrien
- Möglichkeit zum Fertigteilbau.
Gegenüber konventionellem Beton besitzt Beton auf der Basis ,von Tonerdeschmelzzement weiterhin die
positiv zu bewertende Eigenschaft einer raschen Erhärtung bei normaler Erstarrungszeit. Die fertiggestellten
Strukturen oder Bauteile können daher nach kurzer Zeit belastet oder weiterverarbeitet
werden.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit zum Einsatz im Sekundärbereich von natriumgekühlten Reaktoren,
in dem aufgrund der hohen Kosten bisher keine Linersysterne zur Anwendung kommen. Ferner kann
die Zuverlässigkeit der Linersysteme im Primärbereich gesteigert werden, wenn zwischen Normalbeton
und Linerblech eine Schicht des beschriebenen Spezialbetons angeordnet wird.
- 19 -
Claims (9)
- GKSS Forschungszentrum Geesthacht, den 12.10.1981 Geesthacht GmbH PLA 8156 Gl/hrPatentansprüche:/ ή. Verfahren zur Vermeidung bzw. Reduzierung der Wechsel- ^" Wirkungen und deren Folgen bei einem Kontakt von heißen Flüssigmetallen mit Beton, dadurch gekennzeichnet, daßman als Material zumindest für den oberflächennahen Bereich der Betonstruktur, der mit dem heißen Flüssigmetall in Berührung kommen kann, Beton mit Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder Zirkoniumoxid oder einem Gemisch davon zu einem Anteil von 70 Gew.-% bis 96,5 Gew.-% verwendet.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material einen aus Tonerdeschmelzzement und Feuerleichtsteinen (feuerfester Betonzuschlagstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit) und/oder Feuerfeststeinen (feuerfester Betonzuschlagstoff) hergestellten Beton verwendet.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material einen Beton verwendet, bei dessen Herstellung luftporenbildende und/oder betonverflüssigende und/oder betondichtende Zusatzmittel zum Zementleim zugegeben worden sind.
- 4. Einrichtung zur Vermeidung bzw. Reduzierung der Wechselwirkungen und deren Folgen bei einem Kontakt von heißen Flüssigmetallen mit Beton, gekennzeichnet durcheine auf der Oberfläche der Betonstruktur angeordnete Schutzschicht aus einem Beton mit Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder Zirkoniumoxid oder einem Gemisch davon zu einem Anteil von 70 Gew.-% bis 96,5 Gew.-%.
- 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht in Form eines Verputzes auf der Betonstruktur angeordnet ist.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht in Form von vorgefertigten Formkörpern auf der Betonstruktur angeordnet ist.
- 7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem aus Tonerdeschmelzzement und Feuerleichtsteinen (feuerfester Betonzuschlagstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit) und/oder Feuerfeststeinen (feuerfester Betonzuschlagstoff) hergestellten Beton besteht.
- 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem mit einem luftporenbildenden und/oder betonverflüssigenden und/oder betondichtenden zum Zementleim während der Herstellung zugegebenen Zusatzmittel hergestellten Beton besteht.
- 9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper aus vor ihrer Installation auf der zu schützenden Betonstruktur durch Brennen vorbehandelten Beton-Fertigteilen bestehen.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| US4642300A (en) * | 1981-10-21 | 1987-02-10 | Gkss Forschungszentrum Geesthacht Gmbh | Method for avoiding or reducing the interactions and their consequences from contact of hot liquid metallic sodium with concrete |
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Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0631809B2 (ja) * | 1985-08-19 | 1994-04-27 | 株式会社東芝 | 原子炉建屋 |
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| US4800182A (en) * | 1987-01-22 | 1989-01-24 | Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. | Silicon nitride-silicon carbide composite material and process for production thereof |
| CN110739089B (zh) * | 2019-10-23 | 2021-04-02 | 哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司 | 一种灌胶贯穿密封结构及密封方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3507332A (en) * | 1965-11-29 | 1970-04-21 | Phillips Petroleum Co | High temperature cements |
| BE756874A (fr) * | 1969-10-08 | 1971-03-01 | Prost Sa | Compositions refractaires a prise hydraulique |
| US3984282A (en) * | 1970-08-05 | 1976-10-05 | Nucledyne Engineering Corporation | Passive containment system for a nuclear reactor |
| US4036688A (en) * | 1975-04-09 | 1977-07-19 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Apparatus for controlling molten core debris |
| AT344218B (de) * | 1975-06-02 | 1978-07-10 | Didier Werke Ag | Verschleissteile, insbesondere fuer schieberverschluesse an metallschmelze enthaltenden behaeltern |
| US4055437A (en) * | 1976-01-15 | 1977-10-25 | Dresser Industries, Inc. | Method of in situ fabrication of a monolithic refractory lining |
| US4033782A (en) * | 1976-03-23 | 1977-07-05 | Martin Marietta Corporation | Calcium aluminate cement compositions and mixes and method for preparing them |
| GB1568585A (en) * | 1977-06-03 | 1980-06-04 | Nuclear Power Co Ltd | Liquid metal cooled nuclear reacotrs |
| US4148663A (en) * | 1977-06-21 | 1979-04-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Refractory concretes |
| FR2398167A1 (fr) * | 1977-07-18 | 1979-02-16 | Lafarge Fondu Int | Parois resistant a l'action de lances thermiques |
| JPS55121933A (en) * | 1979-03-07 | 1980-09-19 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Super refractory high almina cemnt composition |
| US4473528A (en) * | 1980-04-21 | 1984-09-25 | Nucledyne Engineering Corporation | Passive containment system |
| US4348236A (en) * | 1980-09-09 | 1982-09-07 | Aluminum Company Of America | Composition for castable refractory block |
| US4366209A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-28 | Construction Products Research, Inc. | Surface treating method and composition for cement |
| DE3141726C2 (de) * | 1981-10-21 | 1984-02-23 | Gkss - Forschungszentrum Geesthacht Gmbh, 2054 Geesthacht | Verfahren zur Vermeidung bzw. Reduzierung der Wechselwirkungen und deren Folgen bei einem Kontakt von heißem, flüssigem, metallischem Natrium mit Beton |
| US4400474A (en) * | 1982-04-26 | 1983-08-23 | Uss Engineers & Consultants, Inc. | Basic refractory cementitious material and components thereof |
-
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Feldhus, H.G.: Feuerfeste Stoffe in der Stahl- u. Eisengießerei, 1970, S. 75-77, 125 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4642300A (en) * | 1981-10-21 | 1987-02-10 | Gkss Forschungszentrum Geesthacht Gmbh | Method for avoiding or reducing the interactions and their consequences from contact of hot liquid metallic sodium with concrete |
| FR2718562A1 (fr) * | 1994-04-11 | 1995-10-13 | Gen Electric | Revêtement protecteur isolant pour la diminution de la fissuration par corrosion sous tension de constituants métalliques dans de l'eau à température élevée. |
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