高整体容器用多尺度纤维增强混凝土动静态冲击下的韧性及其机理

According to the mechanical performance under normal operation and accident conditions of High Integrity Container for nuclear waste disposal, constitutive equations will be established based on the mechanical parameters, such as peak stress, stress-strain curve, ductility index and maximum energy absorption under the impact of static and dynamic under the condition of different impact toughness, to clarify the toughness improve mechanism of multi-scale fiber reinforced concrete..And from the micro - sub micro - macro level perspective, the collaborative design theory of multi-scale fiber will be put forward based on the stability limits of hydration products, micro cracks, interfacial mechanical properties and fiber surface optimization, to clarify the role model of heterogeneous fiber on the crack under different impact conditions;.The toughness improve mechanism of multi-scale fiber reinforced concrete for high integrity container will be proposed based on the comparison between simulate results of analysis software and the real drop results of High Integrity Container under different impact angle and model.

针对核废料处置高整体容器正常运行及事故状况下的力学条件，以应力峰值、应力-应变曲线、韧性指数及最大能量吸收等静、动态冲击下的力学参数为指标，建立不同冲击条件下的韧性本构方程，阐明多尺度纤维增强混凝土的韧性提升及其机理，并从微观-亚微观-宏观的多层次角度出发，分析水化产物稳定与失稳限值、微裂纹扩展、界面力学性能优化、纤维表面性能等参数，厘清异质多尺度纤维对裂缝扩展的作用模式，提出纤维体系协同作用的设计理论及其对核废料辐照性能的屏蔽机理；借助仿真分析软件对高整体容器不同角度跌落时的冲击特性进行模拟，并进行容器实体1.2m跌落验证，最终提出高整体容器抗冲击韧性的提升技术与理论。

采用混凝土高整体容器进行中低放核废物的处置，是解决核能可持续发展的重要研究方向。.本项目瞄准高耐久与抗辐照的研发目标，设计了不同组成、尺寸、表面特性和反应活性的微纳米胶材体系，提出了四元胶凝材料的最优组成，实现了混凝土强度与体积稳定性协调发展与微结构的超致密。.针对高整体容器用混凝土胶材大掺量、多组分及高粘度特点，开发了有机-无机原位聚合接枝技术的氧化石墨烯基化学功能材料（GO-PCE），实现了对四元胶凝材料的高分散作用，指导了混凝土高整体容器高质量制备。.结合高整体容器的实际服役工况条件，进行了不同形状、尺寸和弹性模量纤维的优化匹配设计，发明了异质多尺度纤维材料复合体系，突破了单一品种和尺度纤维的局限，保障了复杂工况条件下“无钢筋结构”高整体容器抗开裂及高冲击韧性。.以氮气为传输介质，开发了具备多通道、高精度、自动计算、人为因素影响小、结果可靠特点的混凝土气体渗透性能测试装备，为评价混凝土的超致密结构提供了标准化方法。.以Cs-137 为传输离子，实际测试了混凝土高整体容器的抗放射性离子扩散性能，验证了容器外壁满足300年无放射性核素逸出。.以锤式冲击（1.2m）为动态试验条件，以冲击次数和冲击耗能为评价指标，分析了多尺度纤维增强混凝土在动态疲劳冲击模式下的能量吸收与抗裂等韧性行为，为高整体容器的实体跌落性能提供韧性技术支撑。.以霍普金森压杆为动态试验条件，分析多尺度纤维混凝土在高压气体动态冲击模式下能量吸收、应力应变特征等韧性行为，为高整体容器的实体跌落性能提供韧性理论支撑。.结合核废物的实际包容条件，模拟高整体容器的处置工况，将有限元分析方法与混凝土CDP损伤模型相结合，对多尺度纤维增强混凝土在实体跌落时的能量分布、冲击损伤及实际破坏现象进行了分析与验证。