Kokonaismalli teräsbetonirakenteen ikääntymiselle voimalaitosjätteen loppusijoituksessa

Transkriptio

1 Olli-Pekka Kari Jari Puttonen TKK, Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan laitos Kokonaismalli teräsbetonirakenteen ikääntymiselle voimalaitosjätteen loppusijoituksessa

2 ESITYKSEN SISÄLTÖ Tutkimuksen tausta Mallinnuksen teoria Esimerkkilaskelmien tuloksia Päätelmät ja tutkimuksen tulevat painopisteet Sivu 2

3 TUTKIMUKSEN TAUSTA Teknisten vapautumisesteiden säilyminen toimintakykyisinä vähintään 500 vuotta Elinikäennuste perustuttava teräsbetonirakenteen ikääntymismekanismien tuntemukseen Tavoitteena on kehittää kokonaismalli rakenteen ikääntymisen arvioimiseksi loppusijoitustiloissa Sivu 3

4 RAKENTEEN VAURIOITUMISMEKANISMIT Betonin karbonatisoituminen Pohjaveden tunkeutuminen rakenteeseen - Haitallisten ainesosien tunkeutuminen betoniin - Betonin liukeneminen Raudoitteiden korroosion käynnistyminen Sivu 4

5 VAURIOITUMISMEKANISMIEN VUOROVAIKUTUKSET Sivu 5

6 MALLINNUS Carbonation Chloride ingress Moisture ingress Sulfate and magnesium corrosion Leaching of cement paste Sivu 6

7 LASKENTA Ilmiöiden ja mallinnusten tulkinta sekä implementointi Comsol Multiphysics 3.4 ohjelmistolla Laskentaympäristönä tehokas pöytätietokone. Alustavat laskennat suoritettiin esimerkkitapaukselle voimalaitosjätteen loppusijoitustilasta Rakenteen määrittely tehtiin yhteistyössä voimayhtiöiden kanssa Sivu 7

8 LASKENTAOLETUKSET 1/2 Betoni valmistettu hyvää rakennustapaa noudattaen, riittävä jälkihoitoaika ja lämpötilojen hallinta Reuna-arvot vakioita Karbonatisoituminen ilmatilassa 50 vuotta, jonka jälkeen tilojen sulkeminen Loppusijoitustilan täyttyminen vedellä välittömästi tilojen sulkemisen jälkeen Sivu 8

9 LASKENTAOLETUKSET 2/2 Pohjaveden virtausnopeus vaurioitumisen kannalta merkityksetön Betoni oletettu halkeilemattomaksi Tarkastelujakso kokonaisuudessaan 550 vuotta Sivu 9

10 LASKENTAVERKKO Hilajako 150*150 mm aika-askel 1 vuosi laskenta voidaan osittaa yhden analyysin kokonaislaskenta-aika tutkimusvaiheessa useita tunteja C en on ympäristön konsentraatio Sivu 10

11 LASKENTAESIMERKKI 1/10 Karbonatisoituminen hetkellä 50 a, CO 2 = 0,05% Sivu 11

12 LASKENTAESIMERKKI 2/10 Sivu 12

13 LASKENTAESIMERKKI 3/10 Sivu 13

14 LASKENTAESIMERKKI 4/10 Sivu 14

15 LASKENTAESIMERKKI 5/10 Sulfaattien aiheuttama diffusiivisuuden lisääntyminen hetkellä 500 a, SO 4 = 1 g/l Sivu 15

16 LASKENTAESIMERKKI 6/10 Sivu 16

17 LASKENTAESIMERKKI 7/10 Vapaiden kloridien konsentraatio hetkellä 500 a, Cl = 10 g/l Sivu 17

18 LASKENTAESIMERKKI 8/10 Sivu 18

19 LASKENTAESIMERKKI 9/10 Sivu 19

20 LASKENTAESIMERKKI 10/10 Depth [mm] Sivu 20

21 PÄÄTELMÄT Perinteisten mallien kyky ennustaa betonin pitkäaikaiskestävyyttä ko. olosuhteissa on rajallinen ja ilmeisen epäkonservatiivinen Tutkimuksessa kehitetty malli huomioi eri tekijät ja niiden yhteisvaikutukset Mallia voidaan soveltaa myös käyttöiältään tavanomaisten betonirakenteiden (ydinvoimalaitokset) turmeltumisen arviointiin Sivu 21

22 TUTKIMUKSEN TULEVAT PAINOPISTEET Laskentaparametrien herkkyys ja laskentaalgoritmin tehokkuus Varmuusmarginaalit, mallin validiointi ja verifiointi Raudoitekorroosion käynnistyminen ja eteneminen Sivu 22