李杰青 孙 伟 蒋金洋 金祖权 张巧芬 李 政 于英俊

(1 东南大学材料科学与工程学院，南京211189)

(2 青岛理工大学土木工程学院，青岛266033)

(3 中国建筑第二工程局有限公司，北京100054)

牺牲混凝土是欧洲压水反应堆(EPR)的重要组成部分［1］.当严重核电事故发生时，堆坑区不断地积累堆芯熔融物，牺牲混凝土受热熔化后与熔融物混合，降低了熔融物的固相和液相温度，且其中的Fe2O3能够氧化熔融物中的锆，SiO2可以在高温下形成玻璃态基体，包容住具有放射性的裂变产物，防止其扩散至外界环境中，从而避免发生类似日本福岛第一核电站中1#～4#机组因锆与水反应引起的氢气爆炸［2－3］.

根据设计要求，EPR 堆芯中锆元素的质量约为3.0 ×104kg，其中单质锆的质量分数约为50%，而堆坑牺牲混凝土层直径为6.0 m，厚度为0.5 m，比重约为2 620 kg/m3［1，4］.因此，堆坑处需要3.7 ×104kg 的牺牲混凝土确保能够氧化1.5 ×104kg 的锆.根据单质锆与Fe2O3，SiO2的化学反应式［5］计算可知，牺牲混凝土中Fe2O3和SiO2的质量分数总和应不低于53.4%，才能确保堆芯熔融物中的单质锆能够被全部氧化.因此，牺牲混凝土的化学成分(尤其是Fe2O3和SiO2)需要满足一定要求［5］.

此外，当牺牲混凝土与高达2 000 ℃的堆芯熔融物接触时，混凝土内部的水分蒸发成汽，同时碳酸盐分解生成CO2气体，会增大孔隙内压力;当压力梯度产生的诱导应力超过混凝土强度时，会造成混凝土的剥落甚至爆裂［6］.芬兰奥尔基洛托在建的EPR 核岛堆坑区所使用的牺牲混凝土中加入了一定量的高分子纤维，用于提高混凝土在高温下……