收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

混合型缓冲回填材料膨胀特性研究

崔素丽  
【摘要】:高放废物是一种含有强放射性核素的特殊废物,它具有毒性大、核素半衰期长、发热量大的特点,需要与人类生存环境长期可靠地隔离。高放性废物的处置难度极大,目前认为最可行的处置方法是深部地质处置法,即将废物深埋在地下。埋藏高放废物的地下工程称为地质处置库,处置库一般采用“多重屏障体系”的概念模型进行设计。多重屏障体系中,缓冲回填材料是阻隔放射性核素向地下水环境迁移的最主要包封设施。 近二十多年来,我国就缓冲回填材料的选择进行了大量的研究工作。高庙子膨润土因其优越的吸附性能、膨胀自愈性能以及极低的渗透性被确认为我国理想的缓冲回填材料。但是仅用纯膨润土做缓冲材料存在热传导性能低和可施工性差两个难以克服的弊端,纯膨润土过高的塑性使得加水制样过程中“团粒化”及不均匀湿化现象非常明显,土的可调理性差,试样难以压实到所需的干密度。纯膨润土较低的热传导性不利于将放射性核素衰变产生的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,还有可能导致膨润土的性质改变。膨润土中添加一定量的辅料,比如石英砂或者碎石,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。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。在国内,开发膨润土-砂混合型缓冲回填材料,是兰州大学的创新研究方向,也是世界高放废物地质处置领域的主流方向。 混合型缓冲回填材料研究的根本目标,是确定最优掺砂率,使膨润土-砂混合物的的化学吸附性能、力学性能、防渗性能、膨胀自愈性能等尽最大可能地同时得到满足。本研究的具体目标是从膨胀性质方面,研究高庙子(GMZ)膨润土-砂混合物的膨胀性质与掺砂率、干密度以及孔隙液的关系,为最终的掺砂率和干密度优化提供基础数据。 孔隙液为蒸馏水时,对掺砂率分别为0、10、15、20、25、30、35、40和50%的膨润土-砂混合物进行液塑限试验,研究液塑限随掺砂率的变化规律;对掺砂率分别为0、10、20、30、40和50%的膨润土-砂混合物采用动力击实和静力压实两种方法制成的初始干密度不同的一系列试样进行膨胀试验,研究掺砂率和初始干密度对膨胀特性的影响规律。 孔隙液为NaCl-Na2SO4溶液(NaCl与Na2SO4按干质量比2:1配置)时,对掺砂率分别为0、10、15、20、25、30、35、40和50%的膨润土-砂混合物在溶液的总溶解性固体(TDS)分别是0.5、1.0、3.0、6.0和12.0g/L(pH=7.1)进行液塑限试验,研究孔隙液浓度对液塑限的影响规律。对掺砂率为0、20、30和50%,初始干密度为1.50-1.90g/cm3的一系列膨润土-砂混合物的静力压实试样进行膨胀试验,研究孔隙液浓度对混合物膨胀特性的影响规律。 所得试验结果如下: 混合物的液限、塑限随掺砂率的增大线性降低,塑性指数线性降低;膨胀的发生分为三个阶段:孔隙间膨胀,初始膨胀和二次膨胀,膨胀力和膨胀率随时间的曲线都呈S型。当初始含水率一定时,随着初始干密度的增大,最大膨胀力指数增长,最大膨胀率线性增长。随着掺砂率的增大,最大膨胀力指数降低,最大膨胀率呈二次函数降低。 随着NaCl-Na2SO4溶液总溶解性固体(TDS)的增大,GMZ膨润土-砂混合物的液限、塑限、塑性指数、膨胀时间、最大膨胀力和最大膨胀率均降低。其中,随着溶液TDS的增大,液限,塑性指数和最大膨胀率均呈指数降低:当TDS3.0g/L时,各参数值降低速率都很大;当TDS=3.0-6.0g/L时,各参数值降低速率减慢;当TDS6.0g/L时,随着TDS的增大,各参数值降低缓慢,基本保持不变。随着溶液TDS的增大,膨润土-砂混合物和纯膨润土的最大膨胀力均线性降低,但是纯膨润土比掺砂30%的膨润土-砂混合物对溶液的敏感性更高。与纯膨润土相比,膨润土-砂混合物中一部分具有膨胀性质的粘土被不具膨胀性的石英砂替代了,从而导致膨润土-砂混合物对地下水化学溶液的侵蚀具有更好的耐受性, 根据中国预选处置库甘肃北山的地下水水文资料并综合考虑之前试验结果,以NaCl-Na2SO4(TDS=0.5g/L)作为孔隙液,对于初始干密度为1.70g/cm3的试样,随着掺砂率的增大,最大膨胀力指数降低最大膨胀率线性降低;对于掺砂率30%的试验,随着初始干密度的增大,最大膨胀力指数增长最大膨胀率线性增长。说明增大掺砂率会抑制膨润土的膨胀性质而增大初始干密度会提高其膨胀性质。 引入了有效粘土的密度的概念,ρb。有效粘土密度可以将初始干密度和掺砂率两个参数统一起来,并且通过对试验数据的分析回归,建立了一定初始含水率条件下,任意掺砂率和初始干密度的GMZ膨润土-砂混合物最大膨胀力/最大膨胀率与有效粘土密度一一对应的归一化模型,从而实现了膨胀性质同时与初始干密度和掺砂率对应的函数关系式,通过数据验证,该方程式与试验数据能够很好的吻合。在一定的掺砂率和初始干密度方位内,利用这些方程式可以实现对GMZ膨润土-砂混合物膨胀行为的预测和人为控制。 结合实际处置情况和要求,通过对试验数据的分析,综合考虑膨胀力和膨胀率,本研究认为基于满足膨胀性质的要求,GMZ膨润土-砂混合物的最优掺砂率范围为20-30%,初始干密度范围为1.60-1.80g/cm3。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郝红雨,张志刚;玻璃钢夹砂管道在排水工程中的应用[J];潍坊学院学报;2005年02期
2 孟召贤;余跃进;郭友明;;浅析回填材料在地源热泵应用中的影响[J];建筑节能;2010年03期
3 梁雅滨;;对CJJ/T81—98摩擦系数相关条文的修订建议[J];煤气与热力;2011年02期
4 苏锡光,任立宏,龙会遵,朱振国,夏德迎;放射性 Sr、Cs 及锕系元素在膨润土中扩散系数的研究[J];原子能科学技术;1998年S1期
5 刘京城;;国家体育馆钢渣混合料回填施工[J];施工技术;2007年09期
6 刘玉旺;于明志;王淑香;方肇洪;;地埋管换热器回填材料导热系数实验研究[J];山东建筑大学学报;2009年05期
7 刘学来;李永安;张耀鹏;;地埋管地源热泵空调系统设计施工中应注意的问题[J];建筑技术;2010年11期
8 陈璋如;赵云龙;肖丰;郭起凤;张家富;;我国天然类似物的研究进展[J];铀矿地质;1992年04期
9 温志坚;废物处置库缓冲回填新材料——膨润土[J];建材工业信息;2002年06期
10 戴延辉,曾卫兵,周玉坤,范效滨;基于不同回填材料的压实设备的试验研究[J];筑路机械与施工机械化;2003年01期
11 张志宏;;灌浆技术在桥头跳车防治中的应用分析[J];筑路机械与施工机械化;2008年12期
12 宋熙太;地下圆形洞室塑性回填效应的解析[J];岩土工程学报;1989年02期
13 李利华,傅依备,周秀鹏,张东;Sr、Cs 在回填材料中的吸附与迁移研究[J];原子能科学技术;1998年S1期
14 董泽福;彭建文;阳业辉;;台背处理及回填类型研讨[J];中南公路工程;2006年05期
15 李朝晖;张虎元;赵彦旭;;轮胎条加筋土工程特性[J];工程勘察;2009年06期
16 张项利;;台背施工与台背跳车的防治[J];科技传播;2009年Z1期
17 薛勇;;沉管隧道的稳定和防护措施[J];特种结构;2005年04期
18 杜羽;;引黄工程北干线1号洞出口豆砾石回填灌浆施工[J];山西建筑;2008年02期
19 王之杰;;公路施工中的土方回填方案[J];科技风;2009年24期
20 杜红普;齐承英;;回填材料对埋地换热器传热性能的影响研究[J];河北工业大学学报;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郑诠平;;用有限元方法分析回填材料动力效应[A];岩石力学在工程中的应用——第二次全国岩石力学与工程学术会议论文集[C];1989年
2 徐国庆;顾绮芳;杜志超;范选林;;作为地下处置库回填材料的无机吸附剂的应用(英文)[A];中国高放废物地质处置十年进展[C];2004年
3 代洪浪;肖婷;王劲柏;;地源热泵单U形埋管热短路初步探讨[A];全国暖通空调制冷2008年学术年会资料集[C];2008年
4 付文成;朱家玲;张伟;胡涛;;地源热泵热响应测试及影响因素分析[A];地温资源与地源热泵技术应用论文集(第四集)[C];2011年
5 常好诵;牟宏远;黄新豪;邓明;;某水泵站厂房结构检测鉴定[A];第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2007年
6 刘月妙;;高放废物地质处置缓冲/回填材料热-水-力-化学耦合性能大型试验研究新进展[A];第三届废物地下处置学术研讨会论文集[C];2010年
7 刘亦农;羊衍秋;杨通在;;气体SF_6在膨润土中的扩散[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
8 赵欣;章英杰;魏连生;林漳基;;高放废物处置回填材料筛选研究[A];中国高放废物地质处置十年进展[C];2004年
9 江文俊;刘月妙;周宏伟;李鑫晶;;高放废物处置缓冲/回填材料导热性能研究[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
10 孙家瑛;黄毅明;;废石膏路基回填材料的路用性能及安全性评价[A];建筑新技术研讨会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 张明;混合型缓冲回填材料非饱和特性试验研究[D];兰州大学;2013年
2 雷海燕;地埋管相变回填材料的理论分析与实验研究[D];天津大学;2011年
3 崔素丽;混合型缓冲回填材料膨胀特性研究[D];兰州大学;2012年
4 李寻;基于高放废物深地质处置的溶质运移研究[D];浙江大学;2009年
5 李培勇;非饱和土的理论探讨及膨润土加砂混合物的试验研究[D];大连理工大学;2007年
6 於仲义;土壤源热泵垂直地埋管换热器传热特性研究[D];华中科技大学;2008年
7 李明;地下蓄能时变特性及其能量特征分析[D];吉林大学;2007年
8 刘冬生;地源热泵实验台及同轴套管换热器传热模型研究[D];吉林大学;2005年
9 郭永辉;直接膨胀式地源热泵单U换热器传热特性及系统性能分析[D];湖南大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邹玲;地埋管地源热泵系统的回填材料与地下传热过程研究[D];华东理工大学;2013年
2 刘吉胜;石英砂掺量对混合型缓冲回填材料抗剪强度的控制机理研究[D];兰州大学;2010年
3 贾灵艳;混合型缓冲回填材料压缩特性研究[D];兰州大学;2013年
4 梁健;混合型缓冲回填材料压实性能研究[D];兰州大学;2009年
5 鲍远琴;自流平回填材料的研制及其在检查井中的应用[D];合肥工业大学;2013年
6 陈莹;地埋管地源热泵回填材料实验研究[D];中国地质大学(北京);2008年
7 司刚平;地源热泵回填料的导热性能研究[D];中国地质大学(北京);2006年
8 李助军;混和型地源热泵系统运行特性研究[D];广西大学;2006年
9 吴昊;增强地埋管换热器传热性能的研究[D];山东大学;2007年
10 鲁明;上海城镇主干道桥头搭板优化设计[D];武汉理工大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘纪生;先进技术拓展“循环”视野[N];中国冶金报;2005年
2 纳雍县交通局 谭筱鹏;土建理论在实践中的运用[N];毕节日报;2008年
3 朱桂林;开发适用技术装备 提高回收利用效率[N];中国冶金报;2005年
4 全国政协委员 章崇任;建设废弃物咋处理[N];人民政协报;2003年
5 刘文涛;TBM掘进预制衬砌回填细石混凝土[N];中国水利报;2004年
6 刘忠平;工程量变了应该咋办?[N];政府采购信息报;2005年
7 中国建筑装饰协会国际部编译;建筑装修垃圾的回收及再生使用[N];中华建筑报;2003年
8 北京工业大学建筑工程学院 李 悦;北京建筑垃圾综合利用之路[N];大众科技报;2005年
9 张昊;环境地质科技的探索者[N];科技日报;2008年
10 马晓明实习生 廖姝;心系灾区 恪尽职守[N];绵阳日报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978