Strain-hardening engineered cementitious composite materials (ECC) is proposed to substitute quasi-brittle concrete materials for building extended spent nuclear fuel (SNF) storage systems in nuclear power plants. While most of ECC properties have been established under normal temperature, the study aims at understanding ECC material behavior under elevated temperature that is expected in a SNF storage environment. On the composite level, ECC specimens were characterized at various temperature levels up to 600 °C under both uniaxial tension and compression. The elevated temperature effect on tensile strength and strain capacity, compressive strength and failure mode, moisture loss, and spalling behavior was studied. On the microstructure level, optical microscopy and scanning electron microscopy were conducted to probe the degradation of components, and the change of pore structures due to fiber melting within ECC. The results will provide crucial data and insights for future studies of re-engineering ECC with robust properties specifically desired for nuclear engineering applications

چکیده

مصالح کامپوزیت سیمانی مهندسی شده با سخت شوندگی کرنشی (ECC) به منظور جایگزینی مصالح بتنی ترد برای ساخت سیستم های نگهداری سوخت اتمی (SNF) در نیروگاه های انرژی اتمی پیشنهاد شده است. هر چند که بیشتر خصوصیات ECC تحت دمای معمولی ایجاد شده اند، این تحقیق با هدف شناخت رفتار مصالح ECC تحت افزایش دما که در محیط نگهداری SNF صورت می گیرد، ارائه شده است. در حالت کامپوزیت، نمونه های ECC در مقدار دمای بیشتر از 600 درجه سانتیگراد تحت فشار و کشش تک محوری،کاهش رطوبت، و رفتار ورق ورق شدگی مطالعه شده است. در سطح میکروسکوپی ماده، فرآیند میکروسکوپی اپتیکال و میکروسکوپی اسکن کنندگی الکترونی به منظور بررسی تخریب عناصر و تغییر در ساختار ناشی از ذوب شدگی الیاف در ECC انجام شده اند. نتایج موجب ایجاد داده های بسیار مهم و رویکرد ها نسبت به مطالعات آینده ECC مهندسی با خصوصیات مطلوب برای کاربرد های مهندسی اتمی خواهند شد. 

1-مقدمه

بتن به عنوان ماده اصلی ساخت نیروگاه های انرژی اتمی و سیستم های نگهداری (SNF) سوخت اتمی که موجب ایجاد تشعشعات در استخر های بتنی با پوشش فولادی، محفظه های نگهداری- خشک بتنی و کلاهک های شالوده به شمار می آید. بتن به طور ثابت در معرض پیر شدگی و خرابی تحت اثرات مکانیکی گرمایی- شیمایی- مکانیکی قرار می گیرد که اغلب موجب تغییر فیزیکی و شیمایی بتن شده و منجر به ترک خوردگی اضافی، ورقه ورقه شدگی و کاهش مقاومت می گردد...