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歐美以核電特種混凝土技術打壓中國,看中國工程師如何上演絕地反擊!
來源: | 作者:陽力混凝土 | 發布時間: 2022-06-28 | 129 次瀏覽 | 分享到:

2022年6月12日8時50分,海南昌江核電二期工程項目4號機組4RC內殼1段混凝土澆筑開始,標志著4號機組核島又一一級里程碑節點提前完成。


4RC內層安全殼結構(內層安全殼,后續簡述為“內殼”)置于標高-8.000m反應堆廠房基礎之上,為圓筒形預應力鋼筋混凝土結構,包括圓柱體部分和半球形穹頂。4RC內殼1段筒壁厚為1.9m,澆筑層高2.1m,混凝土方量約600m3。內殼施工過程中,存在著鋼襯里工程、鋼筋工程、預應力系統工程、模板及預埋件工程的穿插施工,交叉作業頻繁,工序協調復雜,施工進度、質量、安全風險控制困難。



誰能想到,早在2007年,當時我國特種混凝土技術還非常落后,在建設廣東臺山核電站時,我國的工程師們便和法國工程師們針對混凝土問題起了沖突,因為臺山核電站是由中廣核集團與法國電力公司合資經營的,所以不僅有我們國家的工程師參與建造,還有法國的工程師們。


爭論的焦點就是到底該使用哪國的混凝土,法國工程師堅持使用本國的混凝土,因為法國工程師認為既然建造的是核電站,那么對混凝土的要求就很高,假如發生安全事故,導致高溫核燃料泄露,那結果將不堪設想。


“鑒于貴國無法提供符合我方要求的混凝土,因此我方建議施工所用的混凝土,全部從法國進口。”


“至于價格嘛,大家都是朋友,我就給你們按20萬一方結算吧!”


聽了這個報價,在場的中國工程師們都倒吸了一口涼氣:這個報價簡直就是離譜他媽給離譜開門-離譜到家了!


法國人的混凝土比中國的到底好在哪啊,為啥他們就如此篤定我們拿不出同類型產品呢?


法國當時所使用的特種混凝土叫作犧牲混凝土,這種核心材料是能夠保證核燃料不泄露的關鍵,假如核電站不幸地發生了嚴重事故,那么犧牲混凝土中的氧化鐵能夠立即氧化反應堆芯熔融物中的鋯,降低堆芯熔融物種的高放射性成分,降低其溫度以及減少安全殼內部的壓力,這樣能夠防止反應堆堆芯熔融物穿透地板造成核污染,而且也不容易發生爆炸事故了。


除此之外,犧牲混凝土的二氧化硅也能夠防止放射性物質大量釋放出來,造成嚴重的核污染。


所以這種混凝土技術可以說是非常的先進和發達了。



這里再介紹一下背景知識,全世界的核電技術主要經歷了三代,第一代開始于上個世紀50年代,1954年,蘇聯建成了一座實驗性核電站;1957年,美國建成了一座原型核電站。這種實驗性、原型核電站就被稱為第一代核電站,主要是為了驗證核電設計技術以及商業開發前景。


第二代核電站開始于上個世紀60年代末,目前全世界在運行的核電站大部分都是屬于第二代,如我國的秦山核電站也是第二代核電站,這代核電站是屬于技術成熟的商業堆;


第三代核電站開始于上個世紀90年代,是為了解決三里島以及切爾諾貝利核電站的嚴重事故而提出建設的,這一代核電站更加重視安全和防范大型事故,安全性以及經濟性都較第二代有所提高,上文提到的法國犧牲混凝土就是這一代核電站的產物。


第四代核電站的建設也已經在21世紀初被提了出來,不過目前還在原型堆技術研發階段。


我國在第二代階段末才正式加入世界核電大舞臺,技術落后自然是不用說的。比如密封核反應堆的C型密封環技術,美國就對我們國家壟斷了幾十年。


這種C型密封環對于防止核反應堆中放射性物質的泄露是至關重要的,2011年日本福島核電站的事故就是因為C型密封環被熔化了,才導致嚴重的核污染。


而我國一直無法自主地研制出這種C型密封環,只能向美國進口,但是美國卻連年漲價,并且交貨時間也由美國說了算,我們簡直是被美國牽著鼻子走。


看完犧牲混凝土的來歷,咱們再說下犧牲混凝土的作用機制,假如核電站不幸發生嚴重事故,其堆坑區必然會不斷積累高溫堆芯熔融物,此時犧牲混凝土在高溫炙烤下就會熔化,然后與堆芯熔融物混合給其降溫。


犧牲混凝土中的氧化鐵(Fe2O3)還能夠在第一時間內氧化堆芯熔融物中的鋯,使其沒有接觸水產生氫氣的機會,從而避免發生爆炸,另外犧牲混凝土中的二氧化硅(SiO2)還可以在高溫下形成玻璃態基體,把有放射性的裂變產物固定在其內,防止其擴散至外界造成嚴重的輻射事故,可謂“一材多能”。


我們可以試想下,假如當年日本人也有犧牲混凝土這種神奇材料,那么福島第一核電站的1至4號機組也就不會發生氫氣爆炸,后續對環境的影響也就不會如此之大了!


犧牲混凝土安全效果好,同樣也很難造,這主要是因為其配方和普通混凝土差別巨大,就以文中開頭法國人針對臺山核電站所提的混凝土指標要求來說,氧化鐵(Fe2O3)和二氧化硅(SiO2)的質量分數總和不低于53.4%才能確保堆芯熔融物中的單質鋯能夠被全部氧化,而普通混凝土遠達不到這個指標。


除了成分問題,犧牲混凝土還要求有較強的高溫抗爆裂性,畢竟核反應堆一旦發生事故,內部溫度可以輕松達到2000℃,普通混凝土內部水分蒸發疊加碳酸鈣(CaCO3)分解生成的二氧化碳(CO2)氣體,會產生強大的誘導應力,導致普通混凝土剝落甚至是爆裂,而為了解決這個問題,就得需要添加一種高分子纖維材料,至于是什么材料,那可就是法國人的核心機密了。


......


“難道我們就真的這樣被法國人揉捏了嗎?”會議結束后,不甘心的中國工程師們討論著。


核電專業工程師們對于這種特殊材料束手無策,他們決定請場外嘉賓求援:負責臺山核電站現場構筑物施工的中建電建公司!


就這樣,由中建二局旗下中建電力公司牽頭組建的犧牲混凝土科研攻關小組成立,成員們信心滿滿,決意打一場突圍戰。


但破解被法國人嚴防死守的犧牲混凝土技術談何容易?有關于此種材料的可參考資料少之又少,成品樣本也很難獲得,逆向研發難如登天,只能從頭開始,從海量的材料配比和成分調整一點點的出數據看效果,然后再根據效果稍好的小試實驗數據進行放大化中試實驗,上機模擬核反應堆事故條件,考核新材料的性能。


要說給全世界最聰慧的種族排行,中國人一定名列前茅,雖然在各項世界高科技領域一度落后,但被卡脖子久了之后爆發出來的潛力則是十分驚人!中建二局的工程師們也不例外,通過5年的不間斷研發,他們最終利用中國生產的高分子纖維材料完美改性犧牲混凝土,不但能夠大幅減少原材料的浪費,還在國際上首次利用X-CT等現代測試技術揭示了犧牲混凝土在高溫下的劣化機理,更不用說連法國人都沒有的更符合實際的MCCI數值仿真模型!


2019年,位于廣東省臺山市赤溪鎮的臺山核電站正式并網運行,我們在全球范圍的核電技術競賽中,又成功地追上了一局!


轉眼間,已是2022年,如今我們憑借自己的核電技術早已在世界舞臺上有了一席之地,在這個看似不可能的大翻盤背后,有著無數中國工程師、科學家們的付出!