混合型缓冲回填材料性能模糊综合评价

发布时间：2020-06-01 14:24

【摘要】：随着化石能源的枯竭及其使用过程中产生的大量环境问题,核能在能源中所占的比重将逐渐增大。核电相比火力、水力、风力发电等常规发电方式有巨大优势。核电站在运营过程中,会产生少量的有辐射性的废物,需要经过安全处理。在目前技术条件下,世界上主流的高放废物(HLW)处置方法是深地质处置,即在地下500-1000m的稳定岩层内,将放射性废物封存,与地表环境隔离开来。缓冲回填材料作为HLW深地质处置库中重要的工程屏障,其性能的好坏将会直接影响整个地下处置库的安全运行。膨润土因其良好的性质被许多国家作为缓冲回填材料的备选材料。纯膨润土的防渗透性能和膨胀性能良好,但是导热性能和可施工性能较差。为了弥补这些缺点,国内外学者向膨润土中添加辅助材料以改良其综合性质。在大量试验和理论研究后发现,将石英砂加入膨润土后,膨润土-石英砂混合物的导热性和可施工性等性质较之纯膨润土有很大的提高,而渗透性、吸附性等却只略微降低,满足设计要求。对混合型缓冲回填材料进行配比研究的目的,旨在确定混合物工程屏障综合性能达到最佳时的石英砂掺入量。兰州大学已经展开了大量关于GMZ膨润土和砂混合物基本性质的试验研究,如渗透性质,膨胀性质,热力学性质,压实性质,力学性质,吸附性质等,得到了混合物相关参数与干密度和掺砂率的关系。本文以前人试验研究成果为基础,引入模糊数学相关理论,对掺砂率为0-50%和干密度1.20 g/cm3至1.80 g/cm3试样进行模糊综合评判,建立了评价混合物综合性质的模型,通过计算分析得到了膨润土-砂混合物综合性能最佳对应的掺砂率和干密度。本文的结果与之前的结论相符合。评判结果表明:当干密度为1.82-1.833g/cm,掺砂率为29-30%时,混合物的整体性能达到最佳。向膨润土中加入石英砂之后防渗性能减小,但是减小的幅度很小,仍可以达到缓冲屏障的防渗要求;力学性质有所降低,稳定性、膨胀性和热力学性能提高。加入石英砂之后,混合物能压实到更大的干密度,这样因为加砂削弱的部分力学性能可以通过混合物干密度的提高得到弥补,即确保膨润土-砂混合物优良的性质不受影响,其综合性质又得到提高。引入有效粘土密度的概念揭示配比优化的实质:添加石英砂实际上是通过提高混合物中膨润土的有效干密度来改善其整体性能的。总体而言,如果保持混合物的干密度不变,增大掺砂率,综合性质先得到改善,当掺砂率到达30%左右,继续增大掺砂率,综合性质逐渐降低;保持掺砂率不变,其综合性质随干密度增大而得到改善。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL942.1

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本文编号：2691613