Контейнер транспортно-захисний для твердих екологічно небезпечних та радіоактивних відходів

Винахід відноситься до захисних контейнерів і призначений для транспортування, безпечного і довгострокового збереження твердих екологічно небезпечних та радіоактивних відходів і може бути використаний при транспортуванні твердих екологічно небезпечних та радіоактивних відходів та їхнього наступного тривалого збереження в приповерхневих схо вища х та/або в геологічних формаціях, що глибоко залягають. Відомий контейнер для розміщення біологічно шкідливих речовин, зокрема радіоактивних відходів, що має сталеве армування й складається з основного корпусу із кришкою, а також підвісних пристосувань. Основний корпус має внутрішній і зовнішній обичайки. Бетон більш тонкої зовнішньої обичайки має меншу міцність на стиск , ніж бетон внутрішньої обичайки [1]. Технологія виготовлення таких контейнерів обумовлює використання бетонів різних марок, а тому і різних складів, а це істотно ускладнює їхнє виготовлення і потребує наявності двох і більше форм, що використовуються послідовно при формуванні різних шарів корпусу контейнера. Крім того, така технологія виготовлення не забезпечує цілісності корпусу, оскільки бетони різного складу характеризуються різним значенням усадочних деформацій, що обумовлює утворення порожнини в зоні контакту таких шарів бетону. Найбільш близьким по технічній суті і по результату, що досягається, є обраний в якості прототипу контейнер транспортно-захисний для поховання твердих радіоактивних відходів, що включає корпус, герметичну кришку виконані з важкого армоцементу і такелажні вузли [2]. Крім того, у відомому контейнері стінки корпусу і кришка виконані товщиною не менше 200мм, а сам корпус виконаний у формі паралелепіпеда з закругленими кутами. До причин, що не дозволяють досягнути необхідного експлуатаційного результату, а саме зниження маси контейнера і збільшення його робочого об'єму при збереженні зовнішніх габаритних розмірів, необхідного рівня захисних властивостей, ударної міцності, тріщиностійкості та забезпечення герметичності конструкції після іспиту на нормальні умови транспортування, що включають іспит на стиск, вільне падіння й ударну дію, відносяться товщина стінок корпусу і кришки, величина яких повинна бути не менше 200мм. Дане мінімальне значення товщини корпусу і кришки контейнера обумовлені конструктивними особливостями його армування, зокрема використанням важкого армоцементу, армованого декількома горизонтальними шарами дротової арматури і вертикальними сітками, що утворюють між собою комірки [2]. У той же час, ефективність транспортування, довгострокового збереження і поховання твердих екологічно небезпечних та радіоактивних відходів визначається співвідношенням сумарного робочого об'єму контейнерів і об'єму який займають самі транспортно-захисні контейнери, і збільшується із зменшенням товщини стінок і кришки контейнера, а отже, зі збільшенням робочого об'єму контейнера при незмінних зовнішніх габаритах. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення транспортно-захисного контейнера для екологічно небезпечних та радіоактивних відходів шля хом використання комбінованого армування, яке включає об'ємний арматурний каркас, що виготовляється з арматурних стержнів товщиною 5-16мм та дисперсної арматури, яка рівномірно розподіляється по всьому об'єму бетону. Це дозволяє знизити товщину кришки, стінок і дна корпуса контейнера до 150-155мм, підвищити коефіцієнт поглинання радіаційного випромінювання конструкції контейнера від 5 до 8 разів, тобто на 60%, збільшити внутрішній робочий об'єм контейнера на 45% зі збереженням його зовнішніх габаритних розмірів і основних експлуатаційних характеристик, а саме збереження цілісності і герметичності після іспиту на нормальні умови транспортування, що включають іспит на стиск, вільне падіння й ударну дію. Поставлена задача вирішується тим, що в транспортно-захисному контейнері для твердих екологічно небезпечних та радіоактивних відходів, що містить корпус, на якому закріплена герметична кришка, виконані з бетону і такелажні вузли, відповідно до винаходу кришка, стінки і дно контейнера виконані з бетону з комбінованим армуванням, що включає об'ємний арматурний каркас, який складається з арматурних стержнів товщиною 5-16мм, а до складу бетону введена дисперсна неметалева арматура з грубого базальтового волокна діаметром 0,2-0,6мм в кількості 3-5мас. %, а товщина стінок корпуса, дна і кришки складає 150-155мм. Нова сукупність суттєвих ознак є достатньою для досягнення поставленої задачі. Використання в запропонованому рішенні комбінованого армування з використанням сполучення об'ємного арматурного каркасу та бетону з дисперсним армуванням у ви гляді груби х базальтових волокон діаметром 0,2-0,6мм в кількості 35мас. % дозволяє отримати бетон, який характеризується значенням питомої роботи руйнації 11480-22680кДж/м 3 при твердінні бетону при нормальних температурних умовах, 7840-10640кДж/м 3 при твердінні бетону при пропарюванні, при цьому міцність бетону з дисперсним армуванням при ударному навантаженні складає 1484,62086,7МПа при твердінні бетону при нормальних температурних умовах та 1226,9-1429,3МПа при твердінні бетону при пропарюванні. Аналогічні характеристики бетону без дисперсного армування в умовах твердіння при нормальних температурах та при пропарюванні характеризуються значенням питомої роботи руйнації 2800кДж/м 3 та значенням міцності при ударному навантаженні 733,2МПа. Бетон з дисперсним армуванням у вигляді гр убих базальтових волокон діаметром 0,2-0,6мм в кількості 35мас. % для виготовлення транспортно-захисного контейнера для екологічно небезпечних та радіоактивних відходів виготовляється за загально прийнятою технологічною схемою яка включає дозування та перемішування цементу, заповнювачів та груби х базальтових волокон. Після перемішування, приготовлена бетонна суміш укладається в форму, до якої заздалегідь, встановлюється об'ємний арматурний каркас, який складається з арматурних стержнів товщиною 5-16мм. Після закінчення процесу формування, заповнена бетоном форма направляється на пропарювання, після якого здійснюється розпалубка готового контейнера. На фіг.1 та 2 схематично зображено контейнер транспортно-захисний для твердих екологічно небезпечних та радіоактивних відходів, корпус якого має форму паралелепіпеда з закругленими кутами, кришка якого кріпиться до корпусу розчином для омоноличування, що твердіє; на фіг.3 та 4 - контейнер, корпус якого має форму паралелепіпеда з закругленими кутами, кришка якого кріпиться до корпусу фіксуючими елементами кріплення; на фіг.5 та 6 - контейнер, корпус якого має форму циліндра. Контейнер транспортно-захисний для твердих екологічно небезпечних та радіоактивних відходів (кожний з варіантів) містить корпус 1, герметичну кришку 2 і такелажні вузли 3 для переміщення контейнера. Корпус 1 контейнера може мати форму паралелепіпеда з закругленими кутами 4 (фіг.1, 2 та 3, 4) або форму циліндра (фіг.5, 6). Кришка 2 кріпиться до корпусу 1 кріпильними елементами, наприклад болтами 5 (фіг.3, 4 та 5, 6), чи омоноличується розчином, що твердіє 6, який розташовується в зазорі 7 між корпусом і кришкою контейнера і забезпечує герметизацію ємності контейнера. Для цієї ж мети між корпусом 1 і кришкою 2 контейнера, кришка якого кріпиться до корпуса елементами кріплення 5 (фіг.3, 4 та 5, 6), розміщується ущільнювач 8. Кришка 2, стінки 9 і дно 10 корпуса 1 виконані з бетону з комбінованим армуванням, що включає об'ємний арматурний каркас 11, який складається з арматурних стержнів 12 товщиною 5-16мм, а до складу бетону введена дисперсна неметалева арматура з грубого базальтового волокна діаметром 0,2-0,6мм в кількості 3-5мас. %. Кришка 2, стінки 9 і дно 10 корпусу 1 контейнера виконані товщиною 150-155мм. Проведені визначення фізико-механічних характеристик бетону звичайного складу та бетону з дисперсним армуванням у вигляді гр убих базальтових волокон діаметром 0,2-0,6мм в кількості 3-5мас. % виконані за методикою [3], наведені в таблиці. Таблиця Питома робота руйнації і міцність при ударному навантаженні досліджуваних композицій Питома робота руйнації, кДж/м 3, після твердіння в пропарювання нормальних при 95°С умовах 28 діб 8 годин Міцність композиції при ударному навантаженню, кг/см 2, після твердіння в пропарювання нормальних при 95°С умовах 28 діб 8 годин Склад бетону Відсоток армування Без дисперсного армуючого компоненту 3 армуючим ком понентом - грубим базальтовим волокном 0 1 3 2800 7560 11480 2800 6440 7840 733,2 1204,8 1484,6 733,2 1112,0 1226,9 5 22680 10640 2086,7 1429,3 Наведені результати вказують на те, що введення до складу бетону дисперсного армуючого компонента у вигляді грубих базальтових волокон діаметром 0,2-0,6мм в кількості 3-5мас. % дозволяє підвищити значення питомої роботи руйнації бетону, який твердіє при нормальній температурі в 4,2-8,1 рази, значення питомої роботи руйнації бетону, який твердіє при пропарюванні в 2,8-3,8 рази. При цьому міцність бетону при ударному навантаженні збільшується в 2,0-2,8 рази та в 1,7-2,0 рази відповідно. Таке збільшення фізико-механічних характеристик бетону контейнера дозволяє зменшити товщину стінок корпуса, дна і кришки контейнера до 150155мм, а отже, збільшити робочій об'єм контейнера при незмінних зовнішніх габаритах. Крім того, використання в армуванні контейнера арматурних стержнів товщиною 5-16мм призводить до збільшення коефіцієнта поглинання радіоактивного випромінювання від 5 до 8 разів, тобто збільшує захисні властивості контейнера на 60%. Тверді екологічно небезпечні та радіоактивні відходи, призначені для транспортування, тривалого збереження чи поховання, завантажуються в корпус 1 контейнера, що закривається кришкою 2. Після завантаження твердих відходів у контейнер, кришка 2 якого кріпиться до корпуса елементами кріплення (фіг.3, 4 та 5, 6), наприклад болтами 5, здійснюється закручування болтів. Після завантаження твердих відходів у контейнер, кришка 2 якого кріпиться до корпусу 1 розчином для омоноличування 6 (фіг.1, 2), після встановлення кришки у зазор 7 між корпусом і кришкою заливається розчин для омоноличування 6, після чого контейнер встановлюється на площадку попередньої витримки і знаходиться там до затвердіння розчину. Підйом і переміщення контейнера здійснюється підйомно-транспортними механізмами відповідної вантажопідйомності шляхом зачеплення за такелажні вузли 3. Пропонована конструкція контейнера забезпечує: - збільшення робочого об'єму на 45%; - зниження питомих витрат на транспортування і збереження одиниці маси твердих екологічно небезпечних та радіоактивних відходів; - збільшення коефіцієнта поглинання радіоактивного випромінювання від 5 до 8 разів; - відповідність національним (ГОСТ 16327-88) і міжнародним вимогам безпеки до транспортних упаковок для твердих радіоактивних відходів. Джерела інформації: 1. Заявка DE OS 3321250, МП 3 G021F5/00, 13.12.84. 2. Патент RU 2056653, МП 6 5/005, 20.06.96. 3. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Практикум по химической технологии вяжущи х материалов. М., «Высшая школа», 1973, 504с.