混杂纤维混凝土核废料贮存容器水化热测试与温度应力.pdf

2 0 1 4 年 第 3期 (总 第 2 9 3 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 01 4( To t a l No 2 9 3) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 0 3 0 0 4 混杂纤维混凝土核废料贮存容器水化热 测试与温度应力 李艺 ，黄宪礼 ，王东升 z ( 1 东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 4 ；2 机械工业第六设计研究院，河南 郑州 4 5 0 0 0 7 ) 摘要： 混凝土硬化过程 中水泥的水化热温升是引起混凝土核废料贮存容器早期体积变形的主要因素。 研究水化热产生的温 度场变化以及由此引起的温差应力对研究和控制核废料贮存容器早期裂缝的出现 ， 提高其耐久寿命具有重要意义。 采用试验和模拟 相结合的办法， 通过在浇筑混杂纤维混凝土容器试件时预埋测温元件测定温度变化 ， 并利用 A NS Y S进行 了水化热温度场和温度 应力的数值模拟。 结果表明 ： 二者所得的温度数值吻合较好， 并得到温度应力最大值出现在混杂纤维混凝土核废料容器内壁与底 面的结合处。 关键词 ： 混杂纤维混凝土；核废料容器；水化热；数值模拟 中图分类号 ： T U5 2 8 5 7 2 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 1 1 - 0 3 H e a t o f h y dr a t i o n t e s t s a n d t e m p e r a t u r e s t r e s s o f h y b r i d f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e n uc l e a r wa s t e c o n t a i n e r s U HUANGXi a n l i ，WANGDo n g s he n g ( 1 S c h o o l o f Re s o u r c e s a n dC i v i l E n g i n e e ri n g ， No r t h e a s t e r nUn i v e r s i t y， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 4， C h i n a ； 2 S i x t hDe s i g na n dRe s e a r c hI n s t i t u t e o f Ma c h i n e r yI n d u s t r y ， Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 7 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n h a r d e n i n g p r o c e s s o f c o n c r e t e ， t e mp e r a t u r e o f c e me n t h e a t o f h y d r a t i o n i s t h e ma i n f a c t o r t o c a u s e a n e a r l i e r v o l u me d e f o r mi o n o f n uc l e a r wa s t e c o n t a i ne r i t i s of g r e a t s i gn i fic a n c e f o r s t ud y i n g a nd c o nt r o l l i n g e arl y a pp e a r a n c e o f c r a c ks o f n uc l e a r wa s t e c o n - t a i ne r s a nd i mp r o vi n g d u r a bi l i t y o f i t s l i f e t o s tud y t h e c hange s o f t e mpe r a t ur e fie l d a n d t h e r ma l s t r e s s c a us e d b y h e a t o f h y drmi on A a p p r o a c h o f the c o mb i na t i o n o f e x pe r i me n t a l an d s i mu l a t i o n wa s u s e d i n t he a r t i c l e， t e mpe r a t ur e me a s u r e me n t wa s p r oc e e d b y t e mpe r a t ur e me a s u r e me n t d e vi c e e mb e d d e d wh i l e p o u r i ng n u c l e a r wa s t e fib e r s c o n t a i ne r s， an d ma k e n um e r i c a l s i mu l a t i o n by u s i ng ANSYS S e e n f r om t h e r e s u l t s ， t h e t e m p e r a t u r e v a l u e s s h o w e d g o o d a gre e me n t ， and r e a c h e d t h e l o c a t i o n o f ma x i m um t e mp e r a t u r e s t r e s s a p p e a r e d the j u n c t i o n o ffib e r e i n f o ree d c o n c r e t c n u c l e ar wa s t e c o n t a i n e r wa l 1 a n d b ot t o m Ke yw or ds： h y b r i dfib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e； n u c l e ar wa s t e c o nta i n e r s ； h e a t o fh y dra t i o n； n u me ric a l s i mul a t i o n 0 引 言 核废料混凝土贮存容器因其制作和搬运方便 、 屏蔽辐 射好 、 耐腐蚀 、 成本低廉被世界各 国广泛采用。 我 国 目前沿 用 的核废料混凝土贮存容器 为 1 9 8 9年开发 的科研成果 ， 容器材料为普通混凝土_ l 1 ， 投入使用后容 器表面有龟 裂现 象 ， 影响 了耐久性 能。 在混凝土基材 中掺人不同品质 、 不同 几何形态的纤维制成混杂纤维混凝土 ， 以此作为核废料贮 存容器材料可较好地提高其阻裂增韧效果 ， 从而延长容器 耐久 寿命。 混凝土材料在硬化过程 中水泥水化温升是引起 容器早期体积变形 的主要因素 ； 关于混凝 土材料 的水化热 研究大都集中于理论模型 及硅灰3 、 粉煤灰 及减水剂翻 掺量的影响， 关于混杂纤维混凝土水化热的相关研究尚不 多见 ， 加之核废料容器的特殊性 ， 因此 ， 研究容器成型阶段 水化热产生 的温度场变化 以及 由此 引起 的温差应力 ， 对于 控制核废料贮存容器早期裂缝的出现、 提高其耐久寿命是 十分必要 的。 笔者采用试验和数值模拟相结合的方法 ， 通过预设测温 元件测定 了混杂纤维混凝土核废料贮存容器在浇筑成型过 程中的水化热， 利用有 限元软件 A NS YS 进行数值模拟并与 测试结果 比对 ， 最后得到了容器 的温度应力 。 结果表明 ： 二 者所得 的温度数值 吻合较好 ， 混杂纤维混凝土核废料贮存 容器的温度应力最大值出现在容器 内壁与底面的结合处。 1 试验原材料 本试验采用混杂纤维混凝土作为核废料容器材料， 水 灰 比为 0 3 ， 所有的试验材料如下 ： ( 1 ) 聚丙烯纤 维( P P ) ： 香港恒律公 司提供的杜拉纤维 。 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 9 1 2 基金项目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 0 7 8 0 6 5 ) ； 教育部新世纪优秀人才支持计划项 目( NC E T 一 1 2 O 1 0 7 ) ； 中央高校基本科研业务费项 目 ( N1 1 0 4 0 1 0 0 7 ) 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m