膨润土改性粘土回填材料工程特性研究

摘要

某区放射性环境整治将产生大量低、中水平放射性废物需要进行处置。目前，世界各国对于低中放废物大多采用近地表处置方式。在20世纪80年代初逐渐形成的低中放废物处置的多重屏障体系中，回填材料是阻滞放射性核素向外迁移的主要工程屏障之一。国内外低中放废物处置中所使用的各种回填材料中，由于能够满足回填材料选材的大部分要求，粘土被公认为是一种较好的回填材料。
　　基于拟选LBP粘土作为废物处置回填材料这一设想，本文以LBP粘土为主材，选用新疆柯尔碱膨润土作为改性添加材料，通过室内试验、测试，研究了掺入不同质量比率膨润土的改性粘土的物理化学性质以及压实、渗透、胀缩性质。在此基础上，采用对比、类比分析方法评价改性粘土作为废物处置回填材料的工程屏障性能，探讨膨润土作为改性材料的可行性，为废物处置回填材料研究和选用提供参考。主要研究内容和成果包括:
　　(1)在研究LBP粘土颗粒组成和基本物理化学性质的基础上，与我国西北处置场所采用的甘肃粘土进行了对比分析，认为从废物处置回填材料角度，LBP粘土的矿物组成及其含量决定其工程屏障性能较后者稍差。
　　(2)掺入5％～20％比率的膨润土，改性粘土塑性不会显著增强，阳离子交换容量随膨润土掺入比率增加而增大并超过甘肃粘土;掺入5％～10％膨润土的改性粘土阳离子交换容量增长较快，分别达到柯尔碱膨润土的49％、60％。
　　(3)掺入5％～20％比率的膨润土，LBP粘土最大干密度由1.59g/cm3增大至1.62g/cm3，最优含水率减小约2.5％，可在更“干”条件下获得更佳的压实效果，并且在此掺入比率范围内，改性粘土压实性对膨润土含量变化不敏感。掺入5％～10％的膨润土，可获得波峰明显的击实曲线，有利于工程回填施工质量控制。
　　(4)最优压实条件下，掺入5％～30％比率的膨润土，改性粘土渗透系数减小至1×10-7cm/s以下，满足安全填埋场对于粘土防渗材料的要求。改性粘土渗透系数受膨润土含量和压实干密度共同影响，膨润土掺入比率有一个最优点和作用范围，掺入少量膨润土即可以迅速增大土的压实干密度从而减小渗透系数，增大膨润土掺入比率对降低渗透系数的效用降低。
　　(5)最优压实条件下，掺入5％～20％比率的膨润土，不同压力下作用下改性粘土吸水膨胀性增大、失水收缩性减小。改性粘土胀缩性受膨润土含量和压实干密度的共同影响，掺入0％～5％膨润土的改性粘土可定义为弱膨胀土，掺入5％～20％膨润土的改性粘土可定义为弱偏中等膨胀土。
　　通过改性粘土物理化学性质以及工程特性试验、对比分析和评价，新疆柯尔碱膨润土作为改性添加材料，在一定掺量范围内可以提高LBP粘土的压实、渗透、以及吸附性能，而其胀缩特性的变化有利于提高回填材料的封闭性能。相较而言，5％～10％的比率可取得较好的综合效益。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 放射性废物分类与处置

1．2．1 IAEA推荐的放射性废物分类与处置

1．2．2 我国放射性废物分类

1．3 低中放废物处置历史与现状

1．3．1 国内外低中放废物处置概况

1．3．2 低中放废物近地表处置工程模式

1．3．3 我国低中放废物处置现状

1．3．4 拟采用的处置方式

1．4 低中放废物处置回填材料研究进展

1．4．1 低中放废物处置回填材料性能要求

1．4．2 粘土回填材料研究现状综述

1．4．3 填埋场膨润土改性天然粘土防渗材料

1．5 研究目的和内容

1．6 研究思路

第2章 预选处置场址地理与地质概况

2．1 自然地理概况

2．2 气侯

2．3 预选处置场址地质概况

2．3．1 场址区地质特征

2．3．2 水文地质条件

第3章 LBP粘土与膨润土材料

3．1 粘土作为回填材料的特性

3．1．1 粘土矿物晶体结构特点

3．1．2 粘土作为回填材料的优良特性

3．2 LBP粘土基本性质

3．2．1 LBP粘土概况

3．2．2 LBP粘土颗粒组成

3．2．3 LBP粘土塑性

3．2．4 LBP粘土阳离子交换性能

3．3 粘土与西北低中放废物处置场回填粘土基本性能对}匕分析

3．4 膨润土改性材料

3．4．1 膨润土概述

3．4．2 膨润土材料基本性质

第4章 膨润土改性LBP粘土工程特性试验研究

4．1 试验总体设计

4．2 试样制备

4．3 改性粘土基本性质

4．4 改性粘土击实性试验研究

4．4．1 试验方法与程序

4．4．2 试验结果与分析

4．4．3 膨润土掺量初步优化

4．5 改性粘土渗透性试验研究

4．5．1 试验条件确定

4．5．2 试验方法与程序

4．5．3 试验结果与分析

4．6 改性粘土胀缩性试验研究

4．6．1 改性粘土膨胀特性试验研究

4．6．2 改性粘土膨胀力

4．6．3 改性粘土收缩特性试验研究

4．6．4 改性粘土胀缩总率

第5章 改性粘土回填材料配比优化

5．1 膨润土改性粘土工程特性评价

5．1．1 压实特性评价

5．1．2 渗透特性评价

5．1．3 胀缩特性评价

5．2 膨润土改性LBP粘土配比优化

结论

致谢

参考文献