DIN 25413-1-2013 Classification of shielding concretes by proportion of elements - Part 1 Neutron shielding《屏蔽混凝土按元件比例分类 第1部分 中子屏蔽》.pdf

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1、April 2013DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINNormenausschuss Bauwesen (NABau) im DINNormenausschuss Radiologie (NAR) im DINPreisgruppe 10DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr No

2、rmung e. V., Berlin, gestattet.ICS 27.120.20; 91.100.30!$G)“1943606www.din.deDDIN 25413-1Klassifikation von Abschirmbetonen nach Elementanteilen Teil 1: Abschirmung von NeutronenstrahlungClassification of shielding concretes by proportion of elements Part 1: Neutron shieldingClassification des btons

3、 de protection, par parts dlments Partie 1: Blindage contre les radiations des neutronsAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 25413-1:1991-07www.beuth.deGesamtumfang 16 SeitenDIN 25413-1:2013-04 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungsbereich 4 2 Normative Verweisu

4、ngen . 4 3 Begriffe 5 4 Allgemeines zur Zusammensetzung von Beton 7 4.1 Allgemeines . 7 4.2 Gesteinskrnung, Zement- und Wassergehalt 7 4.3 Elementanteile von Zementen . 8 4.4 Eisenanteil . 8 4.5 Elemente mit geringem Anteil im Beton . 8 5 Charakteristische Zusammensetzung von Beton . 9 5.1 Allgemein

5、es . 9 5.2 Normalbeton 9 5.3 Hmatit- und Magnetitbeton 11 5.4 Ilmenitbeton . 12 5.5 Barytbeton . 13 5.6 Limonitbeton . 14 5.7 Serpentinbeton 15 Literaturhinweise . 16 DIN 25413-1:2013-04 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-07-34 AA Abschirmungen“ im Normenausschuss Materialpr

6、fung (NMP) erarbeitet. Die Abschirmwirkung von Betonschilden gegenber ionisierenden Strahlen, insbesondere Neutronenstrahlen, wird durch die im Beton enthaltenen chemischen Elemente bestimmt. Genauere Abschirmungsberechnungen sind daher nur bei Kenntnis der Betonzusammensetzung nach Elementanteilen

7、mglich. Bei der Festlegung der Betonzusammensetzung wird aus betontechnischer Sicht insbesondere auf die Hinweise des DBV-Merkblattes Strahlenschutzbetone verwiesen. Die unvermeidlichen Streuungen der Betonzusammensetzung nach Elementanteilen bewirken jedoch zumeist eine geringere Schwankung der Abs

8、chirmungseigenschaften einer Betonart als Unterschiede der Rohdichte des Betons, wechselnder Bewehrungsanteile und vorhandener Einbauten. Von Abschirmungsberechnungen fr Neutronenstrahlung sollte daher nur eine diesen Unsicherheiten entsprechende Genauigkeit gefordert werden, zumal genaue Angaben be

9、r alle Elementanteile eines Betons nur selten zu erhalten sind. Im Rahmen solcher Genauigkeitsgrenzen sollte auerdem mglichst immer die gleiche Zusammensetzung nach Elementanteilen zugrunde gelegt werden, um Rechnungen mit unntigen nderungen der Ausgangsdaten zu vermeiden und einen Vergleich zwische

10、n den Ergebnissen verschiedener Berechnungsmethoden zu erleichtern. Sofern keine rumlichen Beschrnkungen bestehen, sind Abschirmungen aus Normalbeton meist am wirtschaftlichsten. Falls die rumlichen Verhltnisse eine ausreichende Abschirmung mit Normalbeton nicht zulassen, ist ein Beton mit einem hhe

11、ren Anteil an wirksamen Elementen oder ein Schwerbeton zu verwenden. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN

12、25413 Klassifikation von Abschirmbetonen nach Elementanteilen“ besteht aus: Teil 1: Abschirmung von Neutronenstrahlung Teil 2: Abschirmung von Gammastrahlung nderungen Gegenber DIN 25413-1:1991-07 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Anpassung der bisher verwendeten Begriffe an DIN EN 206-1; b)

13、 redaktionelle Korrekturen des Textes, Einfhrung der Begriffe Rohdichte und Trockenrohdichte; c) nderung einiger Werte in den Tabellen. Frhere Ausgaben DIN 25413: 1976-03 DIN 25413-1: 1982-10, 1991-07 DIN 25413-1:2013-04 4 1 Anwendungsbereich Die in diesem Dokument angegebenen Elementanteile fr Beto

14、n gelten fr Auslegungsberechnungen zu Betonschilden mit groem Strahlenschwchungsfaktor1)in Kernkraftwerken, an Forschungsreaktoren und anderen intensiven Neutronenquellen2). Bei Anwendung dieses Dokuments fr Auslegungsberechnungen mit geringeren Strahlenschwchungsfaktoren ist zu beachten, dass die i

15、n diesem Dokument angegebenen mittleren Verteilungen von Elementanteilen fr die verschiedenen Betone nur fr Betonschilde mit groem Abschwchungsfaktor abgesichert sind. Deshalb wird in diesen Fllen empfohlen, die Schwchungsfaktoren fr die angegebenen Extremwerte der Elementanteile zu ermitteln und zu

16、 bewerten. Bei Auslegungsberechnungen fr die Abschirmung intensiver Neutronenquellen mssen Annahmen ber Elementanteile im vorgesehenen Beton gemacht werden. Die in dieser Norm angegebenen Elementanteile sollen diese Annahmen soweit vereinheitlichen, dass Unterschiede zwischen den Ergebnissen verschi

17、edener Rechnungen nicht mehr von willkrlichen Annahmen ber die Betonzusammensetzung abhngen. Die angegebenen Werte sollen Rechnungen ermglichen, die im Allgemeinen geringere Ungenauigkeiten infolge abweichender Elementanteile in den Rohstoffen ergeben als die herstellungsbedingten Abweichungen der R

18、ohdichte des Betons und des Wasser- und Eisenanteils ausmachen. Fr Abschirmungsberechnungen ist praktisch nur die flchenbezogene Masse magebend. Fr den Wasser- und Eisenanteil sollten im Regelfall die Werte dieses Dokuments verwendet werden, um den Vergleich verschiedener Berechnungen zu erleichtern

19、. Dieses Dokument schreibt somit nicht die Zusammensetzung tatschlicher Betone vor, sondern legt lediglich sinnvolle Werte fr die Elementanteile typischer Abschirmbetone fr Auslegungsberechnungen fest. Durch das Neutronenfeld bewirkte Wrmefreisetzungen oder Aktivierungen und sekundre Gammastrahlung

20、in der Abschirmung sind nicht Gegenstand dieses Dokuments. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei u

21、ndatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 1164-10, Zement mit besonderen Eigenschaften Teil 10: Zusammensetzung, Anforderungen und bereinstimmungsnachweis von Zement mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt DIN 1164-11, Zement

22、mit besonderen Eigenschaften Teil 11: Zusammensetzung, Anforderungen und bereinstimmungsnachweis von Zement mit verkrztem Erstarren DIN 1164-12, Zement mit besonderen Eigenschaften Teil 12: Zusammensetzung, Anforderungen und bereinstimmungsnachweis von Zement mit einem erhhten Anteil an organischen

23、Bestandteilen DIN EN 197-1, Zement Teil 1: Zusammensetzung, Anforderungen und Konformittskriterien von Normalzement DIN EN 1097-6, Prfverfahren fr mechanische und physikalische Eigenschaften von Gesteinskrnungen Teil 6: Bestimmung der Rohdichte und der Wasseraufnahme DIN EN 12390-2 Berichtigung 1:20

24、12-02, Prfung von Festbeton Teil 2: Herstellung und Lagerung von Probekrpern fr Festigkeitsprfungen DIN EN 12390-7, Prfung von Festbeton Teil 7 : Dichte von Festbeton 1) Als groer Strahlenschwchungsfaktor werden Abschwchungen der Neutronenstrahlung um mindestens den Faktor 10-6 verstanden. 2) nderun

25、gen der Elementanteile sind vor allem bei groen Schwchungsfaktoren fr Neutronenstrahlung von Einfluss. DIN 25413-1:2013-04 5 DIN EN 14216, Zement Zusammensetzung, Anforderungen und Konformittskriterien von Sonderzement mit sehr niedriger Hydratationswrme DBV-Merkblatt Strahlenschutzbetone, Merkblatt

26、 fr das Entwerfen, Herstellen und Prfen von Betonen des bautechnischen Strahlenschutzes (1996)3)3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. ANMERKUNG Die Begriffsbestimmungen 3.1 bis 3.15 beziehen sich nur auf die bei Abschirmungsberechnungen wesentlichen Aussagen bet

27、ontechnischer Begriffe. 3.1 Beton Baustoff, erzeugt durch Mischen von Zement, grober und feiner Gesteinskrnung und Wasser, mit oder ohne Zugabe von Zusatzmitteln und Zusatzstoffen, der seine Eigenschaften durch Hydratation des Zements erhlt QUELLE: DIN EN 206-1:2001-07,3.1.1, modifiziert in einem Sa

28、tz formuliert 3.2 Elementanteil gesamte Masse aller Atome eines im Beton enthaltenen Elements dividiert durch die Gesamtmasse der Atome aller Elemente im betrachteten Volumen 3.3 Gesamtwassergehalt Summe aus dem Zugabewasser, dem bereits in der Gesteinskrnung und auf dessen Oberflche enthaltenen Was

29、ser, dem Wasser in Zusatzmitteln und Zusatzstoffen, wenn diese in wsseriger Form verwendet werden, und gegebenenfalls dem Wasser von zugefhrtem Eis oder einer Dampfbeheizung QUELLE: DIN EN 206-1:2001-07, 3.1.29 3.4 Gesteinskrnung fr die Verwendung in Beton geeigneter, gekrnter, mineralischer Stoff A

30、NMERKUNG 1 zum Begriff: Gesteinskrnungen knnen natrlich oder knstlich sein oder aus vorher beim Bauen verwendeten, rezyklierten Stoffen bestehen. QUELLE: DIN EN 206-1:2001-07,3.1.24, modifiziert Beispiel in Anmerkung formuliert 3.5 Normalbeton Beton mit einer Rohdichte (ofentrocken) ber 2 000 kg/m3,

31、 hchstens aber 2 600 kg/m3QUELLE: DIN EN 206-1:2001-07, 3.1.7 3) Zu beziehen bei: Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e. V., Kurfrstenstrae 129, 10785 Berlin, Telefon: 030 236 096-0, Telefax: 030 236 096-23, E-Mail: infobetonverein.de DIN 25413-1:2013-04 6 3.6 normale Gesteinskrnung Gesteinskrnun

32、g mit einer Kornrohdichte (ofentrocken) 2 000 kg/m3und 3 % (m/m) 6 d) Trockenmassengehalt in kg/m32 200 bis 2 400 DIN 25413-1:2013-04 11 5.3 Hmatit- und Magnetitbeton Die wichtigsten als schwere Gesteinskrnungen in Frage kommenden, nicht wasserhaltigen Eisenerze sind Hmatit und Magnetit. Beide unter

33、scheiden sich bezglich der Eisenanteile und deren Schwankungen so wenig voneinander, dass sie bei Abschirmrechnungen als gleichwertig angesehen werden knnen, wenn man die Schichtdicken auf die gleiche flchenbezogene Masse bezieht. Beide Gesteinskrnungsarten enthalten neben Sauerstoff und Spureneleme

34、nten etwa 50 % (m/m) bis 60 % (m/m) Eisen und etwa 10 % (m/m) bis 15 % (m/m) der Elemente Si, Ca, Al. Bei einer Rohdichte der Gesteinskrnung von (4 600 200) kg/m3 betrgt die Rohdichte des Betons in der Praxis (3 600 100) kg/m3. In Tabelle 5 sind charakteristische Daten fr die Elementanteile der Troc

35、kenmasse von Hmatit- und Magnetitbeton angegeben (fr Limonit, siehe 5.6). Tabelle 5 Charakteristische Elementanteile in Hmatit- bzw. Magnetitbeton Betontyp Elementanteil in % (m/m) der Trockenmasse Name O + C Si + Al Ca Fe H135 10 5 50 H230 7 3 60 Die Betontypen H1und H2stellen Extremflle dar, die z

36、ur Kontrolle der zu erwartenden Schwankungen der Abschirmwirkung bei Eisenerzbeton mit Erzen von unbekannter Zusammensetzung zu verwenden sind. In den meisten Fllen sind die zugehrigen Unterschiede der Abschirmwirkung bei Bezug auf gleiche flchenbezogene Masse auch hier so klein (hchstens 30 %), das

37、s mit einer mittleren Zusammensetzung nach den in Tabelle 6 eingetragenen Werten gerechnet werden kann. Tabelle 6 Standardwerte fr die mittlere Verteilung der Elementanteile der Trockenmasse von Hmatit- bzw. Magnetitbeton a) Elementanteil in % (m/m) der Trockenmasse O + C 33 Si + Al 8 Ca 4 Fe 55 b)

38、Wasseranteil in % (m/m) bezogen auf die Trockenmasse, fallweise Beton, nach 28 Tagen 3,6 Beton, lufttrocken 2,7 Beton, trocken 1,8 c) Eisenanteil in % (m/m) bezogen auf die Trockenmasse, fallweise (siehe 4.4) Geringer Anteil ( 2 % (m/m) 4 d) Trockenmassengehalt in kg/m33 500 bis 3 700 DIN 25413-1:20

39、13-04 12 5.4 Ilmenitbeton Ilmenit ist ein Titanerz, das zumeist mit Hmatit stark gemischt vorkommt. Es enthlt auer Sauerstoff und Spurenelementen etwa 22 % (m/m) bis 25 % (m/m) Massenanteile Titan, etwa 33 % (m/m) bis 38 % (m/m) Eisen und 6 % (m/m) bis 14 % (m/m) der Elemente Si, Ca, Al. Bei einer R

40、ohdichte der Gesteinskrnung (4 500 200) kg/m3betrgt die Rohdichte des Betons in der Praxis (3 500 200) kg/m3. In Tabelle 7 sind charakteristische Daten fr die Elementanteile der Trockenmasse von Ilmenitbeton angegeben. Tabelle 7 Charakteristische Elementanteile in Ilmenitbeton Betontyp Elementanteil

41、 in % (m/m) der Trockenmasse Name O + C Si + Al Ca Fe Ti l1 32 9 4 33 22 I230 5 2 38 25 Die Betontypen I1und I2stellen Extremflle dar, die zur Kontrolle der zu erwartenden Schwankungen der Abschirmwirkung bei Ilmenitbetonen unterschiedlicher Zusammensetzung zu verwenden sind. Wegen der in den meiste

42、n Fllen zu erwartenden geringen Unterschiede der Abschirmwirkung ( 15 %) kann zumeist mit den in Tabelle 8 aufgefhrten Werten fr die Zusammensetzung von Ilmenitbeton gerechnet werden. Tabelle 8 Standardwerte fr die mittlere Verteilung der Elementanteile der Trockenmasse von Ilmenitbeton a) Elementan

43、teil in % (m/m) der Trockenmasse O + C 31 Si + Al 7 Ca 3 Fe 35 Ti 24 b) Wasseranteil in % (m/m) bezogen auf die Trockenmasse, fallweise Beton, nach 28 Tagen 3,8 Beton, lufttrocken 2,8 Beton, trocken 1,9 c) Eisenanteil in % (m/m) bezogen auf die Trockenmasse, fallweise (siehe 4.4) Geringer Anteil ( 2

44、 % (m/m) 4 d) Trockenmassengehalt in kg/m33 300 bis 3 700 DIN 25413-1:2013-04 13 5.5 Barytbeton Baryt enthlt auer Sauerstoff und Spurenelementen rund 45 % (m/m) bis 54 % Barium, etwa 10 % (m/m) bis 14 % (m/m) Schwefel, 2 % (m/m) bis 15 % (m/m) der Elemente Si, Ca, Al und etwa 1 % (m/m) bis 2 % (m/m)

45、 Eisen. Bei einer Rohdichte des Zuschlags von (4 100 200) kg/m3betrgt die Rohdichte des Betons in der Praxis (3 300 200) kg/m3. In Tabelle 9 sind charakteristische Daten fr die Elementanteile der Trockenmasse von Barytbeton angegeben. Die Betontypen B1und B2stellen Extremflle dar, die zur Kontrolle

46、der zu erwartenden Schwankungen der Abschirmwirkung bei unbekannten Bariumanteilen zu verwenden sind. Falls zu erwarten ist, dass der Eisenanteil des Baryts 2 % (m/m) nennenswert bersteigt, kann dieser Eisenanteil berschlgig beim Eisenanteil, der durch Bewehrungsstahl und technische Einbauten beding

47、t ist (Zeile c) der Tabelle 10) miterfasst werden. Fr Auslegungsberechnungen zu Schilden aus Barytbeton wird daher die in Tabelle 10 wiedergegebene mittlere Zusammensetzung empfohlen. Tabelle 9 Charakteristische Elementanteile in Barytbeton Betontyp Elementanteil in % (m/m) der Trockenmasse Name O +

48、 C Si + Al Ca S Ba B130 10 5 10 45 B230 1 1 14 54 Tabelle 10 Standardwerte fr die mittlere Verteilung der Elementanteile der Trockenmasse von Barytbeton a) Elementanteil in % (m/m) der Trockenmasse O + C 30 Si + Al 5 Ca 3 S 12 Ba 50 b) Wasseranteil in % (m/m) bezogen auf die Trockenmasse, fallweise

49、Beton, nach 28 Tagen 4 Beton, lufttrocken 3 Beton, trocken 2 c) Eisenanteil in % (m/m) bezogen auf die Trockenmasse (siehe 4.4) geringer Anteil ( 2 % (m/m) 4 d) Trockenmassengehalt in kg/m33 100 bis 3 500 DIN 25413-1:2013-04 14 5.6 Limonitbeton Das Eisenerz Limonit enthlt bei sonst hnlicher Zusammensetzung wie Hmatit und Magnetit zustzlich etwa 10 % (m/m) kristallin