DIN 25413-2-2013 Classification of shielding concretes by proportion of elements - Part 2 Gamma shielding《屏蔽混凝土按元件比例分类 第2部分 γ射线屏蔽》.pdf

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1、April 2013DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINNormenausschuss Bauwesen (NABau) im DINNormenausschuss Radiologie (NAR) im DINPreisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Nor

2、mung e. V., Berlin, gestattet.ICS 27.120.20; 91.100.30!$D=“1943326www.din.deDDIN 25413-2Klassifikation von Abschirmbetonen nach Elementanteilen Teil 2: Abschirmung von GammastrahlungClassification of shielding concretes by proportion of elements Part 2: Gamma shieldingClassification des btons de pro

3、tection, par parts dlments Partie 2: Blindage contre les rayons gammaAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 25413-2:1991-07www.beuth.deGesamtumfang 12 SeitenDIN 25413-2:2013-04 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungsbereich 4 2 Normative Verweisungen . 4 3 Begriff

4、e 5 4 Allgemeines zur Zusammensetzung von Beton 7 5 Charakteristische Zusammensetzung von Beton . 8 5.1 Normalbeton 8 5.2 Hmatit- und Magnetitbeton 9 5.3 Limonitbeton . 9 5.4 Ilmenitbeton . 10 5.5 Barytbeton . 11 5.6 Anwendung der charakteristischen Betonzusammensetzungen 11 Literaturhinweise . 12 D

5、IN 25413-2:2013-04 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-07-34 AA Abschirmungen“ im Normenausschuss Materialprfung (NMP) erarbeitet. Die Abschirmwirkung von Betonschilden gegenber Gammastrahlung wird auer von der Rohdichte des Betons auch von den Massenanteilen der Elemente bes

6、timmt, die in den einzelnen Komponenten enthalten sind wie z. B. Zement, Gesteinskrnung und verbleibendes Wasser. Da bei gleichen Elementanteilen Schichten mit gleichen flchenbezogenen Massen gleich stark schwchen, ist die Abschirmwirkung um so grer, je hher die Dichte des Festbetons ist. Vor der Au

7、slegung einer Abschirmung ist es deshalb erforderlich, neben der Zusammensetzung auch die zu erwartende Rohdichte zu ermitteln. Bei der Festlegung der Betonzusammensetzung wird aus betontechnischer Sicht insbesondere auf die Hinweise des DBV-Merkblattes Strahlenschutzbetone verwiesen. Die unvermeidl

8、ichen Streuungen der Betonzusammensetzung nach Elementanteilen bewirken zumeist geringere Schwankungen der Abschirmungseigenschaften einer Betonart als Unterschiede der Betonrohdichte, wechselnder Bewehrungsanteile und vorhandener Einbauten. Von Abschirmungsberechnungen fr Gammastrahlung sollte dahe

9、r nur eine diesen Unsicherheiten entsprechende Genauigkeit gefordert werden, zumal hinreichend genaue Angaben ber alle Elementanteile eines Betons nur selten zu erhalten sind. Falls stets die gleichen Zusammensetzungen nach Elementanteilen zugrunde gelegt werden, wird der Vergleich zwischen den Erge

10、bnissen verschiedener Berechnungsmethoden erleichtert. 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 25413 Klassifi

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

12、b) redaktionelle Korrekturen des Textes, Einfhrung der Begriffe Rohdichte und Trockenrohdichte; c) nderung einiger Werte in den Tabellen. Frhere Ausgaben DIN 25413-2: 1982-11, 1991-07 DIN 25413-2:2013-04 4 1 Anwendungsbereich Die in diesem Dokument angegebenen Elementanteile fr Betone gelten fr Ausl

13、egungsrechnungen zu Betonschilden mit groem Strahlenschwchungsfaktor1 )in Kernkraftwerken, an Heien Zellen und an anderen intensiven Gammastrahlenquellen. Bei Anwendung dieses Dokuments fr Auslegungsberechnungen mit geringeren Strahlenschwchungsfaktoren ist zu beachten, dass die angegebenen mittlere

14、n 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 bewerten. Bei Auslegungsrechnungen fr

15、 die Abschirmung von Gammastrahlenquellen werden Angaben ber die Elementanteile im vorgesehenen Beton bentigt. Die in diesem Dokument aufgefhrten Elementanteile sollen diese Angaben so weit vereinheitlichen, dass Unterschiede zwischen den Ergebnissen verschiedener Berechnungen nicht mehr von willkrl

16、ichen Annahmen ber die Betonzusammensetzung abhngen. Es werden mittlere Zusammensetzungen von Betonarten nach Elementanteilen angegeben, bei denen im Vergleich mit den realen Betonzusammensetzungen zumeist nur mit geringen Abweichungen der Schwchungseigenschaften zu rechnen ist. Der Vergleich mit de

17、n zustzlich aufgefhrten, extrem abweichenden Elementzusammensetzungen der Betonarten ermglicht die Abschtzung der zu erwartenden Schwchungsunterschiede aufgrund der herstellungsbedingten Schwankungsbreite der Betonrohdichte sowie des Wasser- und Eisenanteils. Dieses Dokument enthlt somit Werte fr di

18、e bei Abschirmungsberechnungen zu verwendenden Elementanteile in verschiedenen Betontypen und die in der Praxis maximal zu erwartenden Abweichungen. Die durch die Gammastrahlung in der Abschirmung bewirkte Wrmefreisetzung ist nicht Gegenstand dieses Dokuments. 2 Normative Verweisungen Die folgenden

19、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 undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich a

20、ller nderungen). DIN 25413-1:2013-04, Klassifikation von Abschirmbetonen nach Elementanteilen Teil 1: Abschirmung von Neutronenstrahlung DIN EN 1097-6, Prfverfahren fr mechanische und physikalische Eigenschaften von Gesteinskrnungen Teil 6: Bestimmung der Rohdichte und der Wasseraufnahme DIN EN 1239

21、0-7, Prfung von Festbeton Teil 7: Dichte von Festbeton DBV-Merkblatt Strahlenschutzbetone, Merkblatt fr das Entwerfen, Herstellen und Prfen von Betonen des bautechnischen Strahlenschutzes (1996)2)1) Als groer Strahlenschwchungsfaktor werden Abschwchungen der Gammastrahlung um mindestens den Faktor 1

22、0-6verstanden. 2) 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 25413-2:2013-04 5 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. ANMERKUNG D

23、ie Begriffsbestimmungen 3.1 bis 3.15 beziehen sich nur auf die bei Abschirmungsberechnungen wesentlichen Aussagen betontechnischer Begriffe. 3.1 Beton Baustoff, erzeugt durch Mischen von Zement, grober und feiner Gesteinskrnung und Wasser, mit oder ohne Zugabe von Zusatzmitteln und Zusatzstoffen, de

24、r seine Eigenschaften durch Hydratation des Zements erhlt QUELLE: DIN EN 206-1:2001-07, 3.1.1, modifiziert in einem Satz formuliert 3.2 Elementanteil gesamte Masse aller Atome eines im Beton enthaltenen Elements dividiert durch die Gesamtmasse der Atome aller Elemente im betrachteten Volumen QUELLE:

25、 DIN 25413-1:2013-04, 3.2 3.3 Gesamtwassergehalt Summe aus dem Zugabewasser, dem bereits in der Gesteinskrnung und auf dessen Oberflche enthaltenen Wasser, dem Wasser in Zusatzmitteln und Zusatzstoffen, wenn diese in wsseriger Form verwendet werden und gegebenenfalls dem Wasser von zugefhrtem Eis od

26、er einer Dampfbeheizung QUELLE: DIN EN 206-1:2001-07, 3.1.29 3.4 Gesteinskrnung fr die Verwendung in Beton geeigneter, gekrnter, mineralischer Stoff ANMERKUNG 1 zum Begriff Gesteinskrnungen knnen natrlich oder knstlich sein oder aus vorher beim Bauen verwendeten, rezyklierten Stoffen bestehen. QUELL

27、E: 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, hchstens aber 2 600 kg/m3QUELLE: DIN EN 206-1:2001-07, 3.1.7 3.6 normale Gesteinskrnung Gesteinskrnung mit einer Kornrohdichte (ofentrocken) 2 000 kg

28、/m3und 3 000 kg/m3, bestimmt nach EN 1097-6 QUELLE: DIN EN 206-1:2001-07, 3.1.25 3.7 Rohdichte Quotient aus der Masse durch dasjenige Volumen, das die Hohlrume eines porsen Stoffes mit einschliet QUELLE: DIN 1306:1984-06, 5.4, modifiziert einleitender Satzteil entfallen DIN 25413-2:2013-04 6 3.8 Sch

29、werbeton Beton mit einer Rohdichte (ofentrocken) ber 2 600 kg/m3QUELLE: DIN EN 206-1:2001-07, 3.1.9 3.9 schwere Gesteinskrnung Gesteinskrnung mit einer Kornrohdichte (ofentrocken) 3 000 kg/m3, bestimmt nach DIN EN 1097-6 QUELLE: DIN EN 206-1:2001-07, 3.1.27 3.10 Trockenmasse Bestandteile des Betons

30、auer dem in gebundener oder ungebundener Form im Beton enthaltenen Wasser QUELLE: DIN 25413-1:2013-04, 3.10 3.11 Trockenmassengehalt Trockenmasse des Betons dividiert durch das Volumen des Betons QUELLE: DIN 25413-1:2013-04, 3.11 3.12 Trockenrohdichte Rohdichte eines nach DIN EN 12390-7 getrockneten

31、 Betons QUELLE: DIN 25413-1:2013-04, 3.12 3.13 Wassergehalt gesamte Masse des Wassers einschlielich des physikalisch und chemisch gebundenen Wassers dividiert durch das Volumen des Betons QUELLE: DIN 25413-1:2013-04, 3.13 3.14 Wasserzementwert Masseverhltnis des wirksamen Wassergehaltes zum Zementge

32、halt im Frischbeton QUELLE: DIN EN 206-1:2001-07, 3.1.31 3.15 Zementleim Gemisch aus Zement und Wasser, das whrend des Mischvorganges entsteht und sich durch Hydratation zu Zementstein verfestigt QUELLE: DIN 25413-1:2013-04, 3.15 DIN 25413-2:2013-04 7 4 Allgemeines zur Zusammensetzung von Beton Bei

33、der Bestimmung der Elementanteile in Beton fr Strahlenabschirmungen darf von allgemein gltigen Regeln fr die Zusammensetzung des Betons ausgegangen werden, die in DIN 25413-1:2013-04, Abschnitt 4, ausfhrlich dargelegt werden. Die allgemein gltigen Regeln erlauben eine erste Abschtzung der Abschirmwi

34、rkung, auch wenn die Betonzusammensetzung noch nicht im Detail vorliegt. Daraus ergeben sich fr die Zusammensetzung von Abschirmbetonen gegen Gammastrahlung die im Folgenden in den Tabellen aufgefhrten Werte fr die Elementanteile. Bewehrungssthle werden nicht bercksichtigt. Fr die Auslegung (Bemessu

35、ng) der Abschirmwirkung eines Betons sind weitergehende berlegungen notwendig. Die fr den Betriebszustand erforderliche Rohdichte muss bis zum Ende der Nutzungsdauer der Abschirmkonstruktion zu allen Zeiten gegeben sein, d. h. die Wasserverluste sind zu bercksichtigen. Aus Sicherheitsgrnden ist die

36、Trockenrohdichte zugrunde zu legen, sofern nicht nachgewiesen werden kann, dass stets ein deutlich hherer Wassergehalt des Betons vorhanden ist. Zustzlich muss die Trockenrohdichte um ein entsprechendes Vorhaltema abgemindert werden, um Streuungen aus den Ausgangsstoffen, aus der Betonzusammensetzun

37、g und aus der Betonverarbeitung (z. B. bedingt durch die Umstnde der Bauausfhrung) zu bercksichtigen. Bei der Festlegung der Betonzusammensetzung sind aus betontechnischer Sicht insbesondere die Hinweise des DBV-Merkblatts Strahlenschutzbetone zu bercksichtigen. Bei allen Prozentangaben fr zwei Elem

38、ente kann in den Rechnungen wahlweise nur mit einem Element oder einer beliebigen Mischung gerechnet werden. Anteile weiterer Elemente, wie z. B. Magnesium oder Phosphor, brauchen nicht bercksichtigt zu werden. DIN 25413-2:2013-04 8 5 Charakteristische Zusammensetzung von Beton 5.1 Normalbeton Die i

39、n Mitteleuropa in der Trockenmasse von Normalbeton vorkommenden Kombinationen der wichtigsten Elemente O, C, Si, Ca und Al lassen sich durch lineare Kombinationen aus zwei charakteristischen Mischungen N1und N3darstellen (siehe Tabelle 1). Fr die Schwchungsfaktoren in Betonschichten mit gleichen flc

40、henbezogenen Massen sind dabei die unterschiedlichen Anteile von Silicium und Aluminium relativ unwesentlich gegenber den Unterschieden der Anteile an Calcium. Die Schwchungswirkung realer Betone gegen Gammastrahlung kann deshalb stets durch geeignete Mischungen zwischen den extremen Betonzusammense

41、tzungen N1und N3mit besonders niedrigen bzw. besonders hohen Calciumanteilen erfasst werden. Tabelle 1 Charakteristische Elementanteile in Normalbeton Betontyp Elementanteil in % (m/m) der Trockenmasse Name O + C Si + Al Ca N152 41 7 N356 7 37 Zu weiteren charakteristischen Mischungen, siehe DIN 254

42、13-1 Fr die Schwchungsfaktoren der beiden Betontypen ergeben sich fr dicke Schilde3)bei Punktquellen mit Gammastrahlenenergien zwischen 0,5 MeV und 6 MeV und flchenbezogenen Massen bis 700 g/cm2Unterschiede bis zum Faktor 2. Da ein solcher Unterschied bei Energien um 1 MeV bereits durch Abweichungen

43、 in der Rohdichte des Betons von 4 % (m/m) verursacht wird, kann bei Normalbeton stets mit einer mittleren Zusammensetzung nach Tabelle 2 gerechnet werden. Tabelle 2 Standardwerte fr die mittlere Verteilung der Elementanteile der Trockenmasse von Normalbeton a) Elementanteil in % (m/m) der Trockenma

44、sse O + C 54 Si + Al 24 Ca 22 b) Wasseranteil in % (m/m) bezogen auf die Trockenmasse Beton, lufttrocken 4,5 c) Trockenmassengehalt in kg/m32 200 bis 2 400 3) Als dicke Schilde werden Betonschilde mit einem Strahlenschwchungsfaktor von mindestens 10-6verstanden. DIN 25413-2:2013-04 9 5.2 Hmatit- und

45、 Magnetitbeton Im Allgemeinen ist mit den in Tabelle 3 wiedergegebenen Werten der Elementanteile in Hmatit- bzw. Magnetitbeton zu rechnen. Tabelle 3 Charakteristische Elementanteile in Hmatit- bzw. Magnetitbeton Betontyp Elementanteil in % (m/m) der Trockenmasse Name O + C Si + Al Ca Fe H135 10 5 50

46、 H230 7 3 60 Die Unterschiede zwischen den Schwchungsfaktoren der beiden Betone betragen bei den in der Praxis blichen Wanddicken4)und Energien hchstens 10 %. Deshalb kann auch bei Hmatit- und Magnetitbeton in diesen Fllen mit einer mittleren Zusammensetzung nach Tabelle 4 gerechnet werden. Tabelle

47、4 Standardwerte fr die mittlere Verteilung der Elementanteile in der Trockenmasse von Hmatit- bzw. Magnetitbeton a) Elementanteil in % (m/m) der Trockenmasse O + C 33 Si + Al 8 Ca 4 Fe 55 b) Wasseranteil in % (m/m) bezogen auf die Trockenmasse Beton, lufttrocken 2,7 c) Trockenmassengehalt in kg/m33

48、500 bis 3 700 5.3 Limonitbeton Limonitbeton unterscheidet sich in der Zusammensetzung aus Elementanteilen gegenber Magnetit- und Hmatitbeton durch einen zustzlichen kristallin gebundenen Wasseranteil von etwa 10 % (m/m). Dadurch wird zwar die Rohdichte des Betons geringfgig beeinflusst, es sind jedo

49、ch keine greren Unterschiede zwischen den Schwchungsfaktoren aufgrund unterschiedlicher Elementanteile zu erwarten als bei Magnetit- und Hmatitbeton. Bei Limonitbeton ist deshalb die gleiche Standardzusammensetzung aus Elementanteilen wie beim Hmatit- bzw. Magnetitbeton zuzglich eines etwas greren Wasseranteils anzusetzen. 4) Gemeint sind Betonschilde mit einem S