[发明专利]核电牺牲混凝土高温熔蚀简易试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及核物理领域，具体地说，涉及一种核电牺牲混凝土高温熔蚀简易试验装置以及试验方法。 

背景技术

随着我国低碳经济及可持续发展，降低火电比例，大力发展核电，满足电力需求、优化能源结构、保障能源安全，已成为政府和社会各界的共识。当前，世界上第三代核电站—EPR型核电站已有两座在建，但尚未有在役运行的。而核电站牺牲混凝土作为第三代核电站(EPR)的重要组成材料，可以降低核棒熔融物的温度、通过玻璃态物质产生包裹熔融物、减轻氧化物的密度、降低核泄露辐射值。因此，核电牺牲混凝土作为第三代核电站反应堆腔的重要组成材料，关系到核电站的安全运营。为核电站优选高抗熔蚀的牺牲混凝土是当前亟待解决的问题。 

核棒熔融物主要由金属和氧化物组成，其中金属包括：Fe，Cr，Ni和Zr(镐)，熔点为1350℃～1900℃；氧化物包括：UO₂和ZrO₂，熔点约为2700℃。上述熔融物与牺牲混凝土作用，将发生高温熔蚀行为。牺牲混凝土在轴向、径向熔蚀深度，在牺牲混凝土中的传热行为，以及高温下的体积稳定性直接关系到核电站的安全。目前国内外采用的高温熔蚀试验(MCCI)所需设备复杂，成本高，测试获得数据很少，难以实现牺牲混凝土配比的大规模优选试验，也难以获得不同类型牺牲混凝土在MCCI过程中的损伤过程。 

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种设备简单、成本低的核电牺牲混凝土高温熔蚀简易试验装置和方法。 

本发明所述的核电牺牲混凝土高温熔蚀简易试验装置，包括呈长方体结构的混凝土基石，所述的混凝土基石的顶部设有呈长方体形的凹槽，所述凹槽的长度与混凝土基石顶面长度之比、凹槽的宽度与混凝土基石宽度之比、凹槽深度与混凝土基石高度之比均为1/2；所述混凝土基石上侧面上设有三个用于放置热电偶的孔洞，所述三个热电偶竖向排列，最底端热电偶距离混凝土基石底部的距离为混凝土基石高度的1/10，两个相邻的热电偶之间的距离为混凝土基石高度的2/15。 

优选的，所述混凝土基石的长度为400mm，宽度为400mm，高度为300mm，所述凹槽的长度和宽度均为200mm，高度为150mm，最低端热电偶距离混凝土基石底部的距离为30mm，两个相邻的热电偶之间的距离为40mm。 

用于制造混凝土基石的混凝土原料组成及重量份为：胶凝材料400～530份，石英石1600～1700份，水160～175份，外加剂4～6份；所述凝胶材料为硅酸盐水泥和矿物掺合料，凝胶材料中硅酸盐水泥和矿物掺合料的重量比为60～80：20～40。 

用于制造混凝土基石的混凝土原料组分及重量份为：胶凝材料400～450份、中品味赤铁矿1250～1280份、石英石800～880份、水160～170份、外加剂4.8～6份；所述凝胶材料为硅酸盐水泥和矿物掺合料，凝胶材料中硅酸盐水泥和矿物掺合料的重量比为60～80：20～40。 

核电牺牲混凝土高温溶蚀简易试验方法，其特征在于，包括如下步骤： 

(1)构建牺牲混凝土高温熔池：取混凝土原材料，将其搅拌1～2min，然后加入外加剂和水搅拌2～3min，控制坍落度为160～200mm；用胶合板按照混凝聚基石的尺寸构建模板，模板上的热电偶位置处钻孔，同时预埋PVC管，熔池部分模具采用预埋塑料容器或木制容器；将搅拌好的混凝土浇筑于上述模具中，震动成型；抹平后取塑料薄膜覆盖养护24h，拆除混凝土基石模具和熔池模具，去除PVC管用，纸条堵塞热电偶位置处的钻孔后在养护室内养护28d；然后室内晾干1d后取出纸条，对熔池底部和四周进行简单磨平处理后防御烘箱中，60℃下烘干7d；将热电偶固定在混凝土基石上对应的钻孔内； 

(2)放置并引燃高温熔剂：高温溶剂为铝粉、氧化钙和三氧化二铁，将铝粉,氧化钙和三氧化二铁按1:1.5:3的比例放入高温熔池内，保持高温溶剂表面平整；高温溶剂表面放入引燃剂引燃； 

(3)高温熔蚀过程中温度测试：热电偶的一端接连接惠普温度采集仪，在高温熔剂燃烧和熄灭后持续采样，采样时间间隔为两秒； 

(4)高温熔蚀过程中变形测试：取混凝土基石的两个相对侧面分别贴上玻璃片，将位移传感器侧头置于玻璃片表面，保证两侧位移传感器位于同一水平面上，位移传感器连接应变采集仪，高温溶剂燃烧和熄灭后持续采样，采样时间间隔两秒，同事保持与惠普温度采集仪同时采样；