[00116903]核电站牺牲混凝土制备原理与关键技术研究

牺牲混凝土作为第三代核电站反应堆腔和堆芯捕集器的重要组成材料,不仅关系到核电站的安全运营,而且是”提升中国核电装备在国际市场的竞争力“的基础。但目前核电站牺牲混凝土作用机理不明晰,材料与结构设计缺乏依据,这导致高性能核电牺牲混凝土的自主开发与工程应用滞后,难以满足我国核电建设需要。本项目在国家自然科学基金等项目的资助下,系统开展核电牺牲混凝土制备理论与应用技术创新研究,取得了一大批具有自主知识产权的原创新成果,解决了第三代核电站建设中核事故防护的若干理论与技术难题,为提升我国核电安全技术水平和自主创新做出了贡献。项目创新性成果如下： （1）基于性能的核电牺牲混凝土设计方法创新。系统分析牺牲混凝土在堆芯捕集与冷却扩展过程中的熔蚀、吸热、化学反应、结晶包裹、气体释放原理与作用过程;研究原材料组成及配合比对混凝土施工性、抗裂性与物理力学性能的定量影响规律;提出基于安全性、施工性、与长期服役性能的核电站牺牲混凝土设计新方法。 （2）核电牺牲混凝土MCCI 试验与数值模拟体系建立。发明了核电牺牲混凝土高温熔蚀简易试验装置,并利用现代测试技术追踪核电牺牲混凝土在高温、火灾及高温熔蚀下的微结构演变过程,获得关键模型参数;建立了第三代（EPR）核电站堆芯模型,实现其MCCI过程的数值仿真。 （3）核电牺牲混凝土自主开发与工程应用。研发出利用中、高品位铁矿石和石英石制备高性能核电牺牲混凝土的新技术,提出了利用纤维、中品位铁矿石与石英石以及磷酸钾镁材料制备核电牺牲混凝土的新方法。制订了性能核电牺牲混凝土相关质量控制标准,并成功应用于台山核电站。 （4）核电牺牲混凝土结构设计方法创新。建立混凝土熔蚀温度与类型、熔池分层模型和堆坑底层混凝土厚度对MCCI过程的影响模型,提出基于牺牲混凝土性能的结构设计方法。研究FRP筋增强牺牲混凝土的物理力学性能,提出保护层控制措施等,建立基于FRP筋牺牲混凝土的结构设计与质量控制指南。 项目成果建立了核电牺牲混凝土材料、结构的创新设计方法,开发了MCCI实验与数值模拟体系,研发了高性能混凝土牺牲混凝土。成果获得国家专利授权和受理11项,发表论文8篇,培养硕士研究生3人,经专家鉴定认为成果总体达到国际先进水平。 研究成果实现了核电站牺牲混凝土理论与应用技术的重大突破,从材料上保障了我国第三代核电站建造的自主创新能力。项目开发了满足第三代核电站需求的高性能核电牺牲混凝土,实现其国产化,成果已在台山核电站应用,经济环境效益显著。项目提出的实验方法与数值模拟体系、建立的牺牲混凝土材料与结构设计理论,实现了核电牺牲混凝土制备理论上的创新,促进了核电建设技术的科技进步,社会效益显著。