石墨-膨潤土緩沖材料的最優(yōu)配置方法

編號：NMJS07610

篇名：石墨-膨潤土緩沖材料的最優(yōu)配置方法

作者：談云志 彭帆 錢芳紅 孫德安 明華軍

關(guān)鍵詞： 石墨-膨潤土 粒度 導熱系數(shù) 孔隙分布

機構(gòu)： 三峽大學三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點實驗室 三峽大學特殊土資源化利用宜昌市重點實驗室 上海大學土木工程系 三峽大學湖北省水電工程施工與管理重點實驗室

摘要： 核廢料封存到處置庫后還會繼續(xù)釋放衰變熱,需要加快熱量向周邊圍巖消散,確保處置庫處于安全運行狀態(tài)。而提高緩沖層的導熱性能成為解決該問題的突破口。將天然石墨粉摻入到鈉基膨潤土中,以期配置成導熱速度快、隔離能力強的緩沖層回填材料。通過開展石墨-膨潤土混合物的自由膨脹率、恒體積膨脹力、飽和滲透系數(shù)和導熱系數(shù)等試驗,研究石墨摻入率(Rg分別為5%、10%、15%、20%、30%、40%)和不同粒徑(297、150、74、44μm)對其水-力-熱性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,摻入石墨后顯著提高了膨潤土的導熱性能,但其提升幅度受石墨摻入率、初始含水率和初始干密度等因素影響。綜合分析石墨-膨潤土混合物的水-力-熱性能參數(shù),發(fā)現(xiàn)最優(yōu)石墨摻入率處于15%~20%(質(zhì)量比)范圍內(nèi);相同石墨摻入率下石墨粒徑為150μm或74μm時混合物的水-力性能最優(yōu)。石墨-膨潤土混合物壓實后的孔隙分布顯示,相同石墨摻入率下石墨粒徑過大或者過小都易形成大孔隙。究其原因,天然鱗片狀石墨呈扁平狀,大部分膨潤土顆(團)粒小于石墨,與石墨屬于點-面接觸方式。尤其是壓實程度不高時,膨潤土顆(團)粒和石墨接觸面處存在大量的孔隙;而且石墨屬于憎水性材料,對水分子的拖拽力弱,即使膨潤土吸水膨脹后,水分也容易從石墨薄片表面處通過。