核电是一种低碳能源,也是我国未来能源可持续发展的重要基础。牺牲混凝土是欧洲压水反应堆的重要组成部分,该种反应堆是世界上第三代核电技术的代表,该技术的一个重大革新之处在于通过牺牲混凝土的作用,使核电站在严重核事故中对公共与环境安全性更高。首先,本文探究了不同掺量的磺化石墨烯对牺牲净浆、砂浆的力学性能、高温变形和熔蚀速率的影响。基于该部分研究结果,提出了性能更为优良的石墨烯改性牺牲混凝土配合比。其次,探究了石墨烯改性牺牲混凝土的高温性能,采用新型实验装置,测量了其高温中力学性能。研究了高温作用下石墨烯改性牺牲混凝土热工参数变化规律,并且揭示了高温作用下其热工参数变化机理。采用超声波检测技术,得到不同温度作用下牺牲混凝土试件的超声波波速。根据损伤定义和应力波理论,得到牺牲混凝土损伤与其超声波波速之间的关系,最终建立了不同温度作用下牺牲混凝土的损伤演化模型。再次,开发了高温作用下牺牲混凝土内部蒸汽压力和温度实时测量装置,采用该装置测量了其内部蒸汽压力和温度;基于上述实验结果,根据细观力学构建了一个牺牲混凝土粘弹性热膨胀模型。最后,本文还通过数值建模研究了牺牲混凝土的热工参数(热传导系数、分解焓变)对MCCI过程的影响。本研究工作得到的主要结论如下:1)提出了性能更为优良的磺化石墨烯改性牺牲混凝土配合比,在该配合比中磺化石墨烯的优选掺量为0.1%(占胶凝材料的比例)。2)采用新型实验设备,探究了牺牲混凝土高温中力学性能。本文研究表明:牺牲混凝土在冷却的过程中存在着损伤恢复,导致高温作用后的强度(抗压强度、劈裂抗拉强度)高于高温作用中的强度,因此材料高温作用后的强度不能真实反映材料在高温作用中的状态。本文得到的牺牲混凝土高温作用中的强度(抗压强度、劈裂抗拉强度),能够更好的指导牺牲混凝土强度(抗压强度、劈裂抗拉强度)设计。3)采用Debye理论,揭示了高温作用下牺牲混凝土比热变化的物理机制,本文提出的理论模型预测结果与实验测量得到的比热变化规律一致。根据传热学理论,揭示了高温作用下牺牲混凝土热传导系数、热扩散系数变化机理。在25 °C～1000 ℃时,牺牲混凝土表现出两种不同的传热机制。在25 °C～600 ℃时,牺牲混凝土材料主要通过声子传热,而在600 ℃～1000 ℃时,牺牲混凝土材料则主要通过光子传热。4)自行设计了蒸汽压力测量管,开发了高温作用下牺牲混凝土内部蒸汽压力和温度实时测量装置。通过该实验装置,可以实时测量在高温作用下牺牲混凝土内部温度分布和蒸汽压力。不同种类的牺牲混凝土的温度和蒸汽压力随时间变化趋势一致,牺牲混凝土内部温度与时间的关联关系可以用二次多项式来表征,而牺牲混凝土内部蒸汽压力与时间的关联关系可以用分段函数来表征。5)根据细观力学,构建了一个牺牲混凝土粘弹性热膨胀模型。通过该模型得出的理论结果与实验测量结果比较一致,该模型能够准确的预测牺牲混凝土的高温变形。6)采用MELCOR程序,构建了一个严重核电事故情况下的MCCI分析模型,探究了牺牲混凝土的热工参数(热传导系数、分解焓变)对MCCI过程的影响。数值研究结果表明:随着牺牲混凝土热传导系数或者分解焓变的增大,计算得出的牺牲混凝土轴向熔蚀速率均逐渐降低。因此,提高牺牲混凝土的热传导系数或者分解焓变能够延长牺牲混凝土的熔穿时间,从而能够提高反应堆的安全性。