納米氧化物-膨潤土混合物的水理特性.pdf

1、高放廢物具有毒素大、核素半衰期長和發(fā)熱量大等特點，需要與人類生存環(huán)境長期安全隔離。當前，深地質(zhì)掩埋方法是國際上高放廢物處置的首選方式，即將高放廢物掩埋于地表500-1000m深的穩(wěn)定地質(zhì)體中，然后設(shè)置多重屏障體系阻止核素的泄露與遷移，以實現(xiàn)長期安全處置的目的。膨潤土具有強吸附性、良好的自愈性和極低滲透性，被視為核廢料存儲庫中理想的緩沖回填材料。但純膨潤土作為回填材料存在兩點不足：①熱傳導(dǎo)性能低，不利于將放射性核素衰變產(chǎn)生的熱量擴散到周邊

2、圍巖體，可能導(dǎo)致緩沖層溫度過高；②收縮性顯著，高溫易引起水分氣化，引起膨潤土失水收縮開裂，可能導(dǎo)致防滲功能失效。為此，論文擬充分利用納米氧化物的極細顆粒特點，調(diào)控壓實膨潤土的脹縮性能，研究納米氧化物-膨潤土混合物的水理特性，為緩沖回填材料的發(fā)展開辟新的思路。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以壓實膨潤土為研究對象，開展4種不同厚度（0.5cm、1cm、1.5cm、2cm）試樣的浸水膨脹特性試驗，發(fā)現(xiàn)試樣越薄膨脹率越大，但膨脹力越小，試樣

3、尺寸效應(yīng)顯著。試樣厚度控制在0.5-1cm時，可以有效節(jié)約試驗時間。⑵開展納米氧化硅-膨潤土混合物的脹縮性試驗，發(fā)現(xiàn)納米氧化硅能夠增大膨潤土的膨脹性和吸附能力，同時也能抑制膨潤土的失水收縮量。⑶開展納米氧化鈣-膨潤土混合物的脹縮性試驗，發(fā)現(xiàn)納米氧化鈣能夠抑制膨潤土的膨脹和收縮性，并降低膨潤土的水吸附能力；添加納米氧化鈣后，膨潤土的膨脹力和收縮量得到有效控制，但納米氧化鈣水化后會形成較大的孔隙。⑷開展納米氧化硅-氧化鈣-膨潤土混合物脹縮性

4、試驗，發(fā)現(xiàn)納米氧化硅可以有效充填膨潤土孔隙，而納米氧化鈣可以有效調(diào)控其膨脹力，實現(xiàn)二者優(yōu)勢互補。⑸開展砂-膨潤土混合物、納米氧化硅-膨潤土混合物的導(dǎo)熱性試驗，發(fā)現(xiàn)摻入適量的砂能夠提高膨潤土的導(dǎo)熱性；摻入納米氧化硅后卻略微降低了其導(dǎo)熱性能。⑹利用有限元軟件模擬了核廢料的溫度演化過程，對核廢料處置庫儲存坑的布置間距進行了優(yōu)化計算。發(fā)現(xiàn)存儲坑間距大于8米后，相鄰存儲坑內(nèi)的熱能釋放不會產(chǎn)生顯著的相互影響。以8米存儲坑間距為基礎(chǔ)，計算不同巷道間距