在土木工程领域，核电站混凝土结构在长期中子辐照下的性能评估，是确保核电站延长使用寿命后安全可靠运行的关键。中子辐照易引发混凝土骨料体积膨胀和力学性能退化，削弱生物屏蔽结构等安全相关混凝土的结构和屏蔽能力。然而，当前研究存在实验数据过时、记录不全或稀少，以及数值模型未充分考虑混凝土多相、多尺度特性及辐照损伤微观机制等局限。
为应对这些挑战，来自中国建筑工程中央研究院、中国建筑工程检验认证有限公司及科罗拉多大学博尔德分校的研究人员荆宇祥等人，共同开展了“中子辐照下混凝土材料的力学行为和损伤发展建模”研究。研究构建了综合性多尺度理论模型框架，预测混凝土在长期中子辐照下的变形和力学性能退化。该框架将混凝土划分为四个尺度层级，视为多相复合材料，采用不同模型表征各尺度力学性能，并整合中子辐照效应、热应变及水泥浆干燥收缩等多种退化机制。同时，引入复合损伤力学，采用Drucker-Prager塑性失效准则量化水泥浆体损伤。
研究利用Kjeller JEEP-II反应堆辐照的混凝土试件实验数据验证模型，结果显示，混凝土尺寸变化和杨氏模量变化的预测值与实验值吻合良好。参数分析揭示，水灰比、骨料体积分数及骨料膨胀率等因素对混凝土性能有显著影响。这一研究成果为核电站混凝土结构的安全评估提供了有力工具，有助于提升核电站延长使用寿命后的安全性和可靠性。
