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混合型缓冲回填材料压实性能研究

梁健  
【摘要】:高放废物含有放射性强、发热量大、毒性大、半衰期长的核素,需要与人类生存环境长期、可靠地隔离。深地质处置是目前可行性最好的处置方案。高放废物深地质处置的工程屏障体系中,缓冲回填材料是阻截放射性核素向地下水环境迁移的最主要包封设施。膨润土因具有极低的渗透性和极高的吸附性,是理想的缓冲回填材料。但使用纯膨润土作为缓冲回填材料,存在两个难以克服的弊端。一是膨润土的热传导性能低,不利于放射性废物辐射热量散发到周围的洞室围岩中去,可能导致缓冲层温度升高超过100℃,液态水气化后产生过大的水汽压力;二是纯膨润土塑性过高,加水制样过程中“团粒化”倾向及不均匀湿化现象极其明显,可调理性差,难以压实到预定的最大干密度。 目前,开发膨润土-砂混合物作为缓冲回填材料,是世界高放废物地质处置领域的主流方向。膨润土中添加一定量的石英砂,既能满足力学强度、热传导性能和防渗阻隔能力,又能优化回填设计与施工性能。1985年以来,我国高放废物处置领域关于缓冲回填材料的研究,主要围绕膨润土主料的筛选,初步认为,内蒙古高庙子膨润土是我国高放废物缓冲回填材料的适宜材料。高放废物地质处置设施中缓冲回填材料施工,目前的预想方案有两类:现场原位压实法、预制块现场砌筑法。因此,本文试验研究了内蒙古高庙子钠基膨润土添加不同含量石英砂之后的动力击实和静力压实性能,分析了较低、较高掺砂率和压实能影响压实效果的可能机理,以及最大干密度与最优含水率相关关系。 研究数据表明,不同掺砂率的膨润土-砂混合物,最大干密度与最优含水率存在统一的幂函数关系,而与压实方法及压实能大小无关。对于不同的压实方法及压实能大小,最优含水率与掺砂率之间存在线性关系。利用这些关系,就可以针对特定的压实目标选择适宜的压实方法。研究认为,高庙子膨润土掺加10%~30%的石英砂有助于改善压实质量,同时防渗性能也不会降低。


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