高庙子钙基膨润土的膨胀特性

对高庙子钙基膨润土进行了膨胀变形试验、膨胀力试验及湿陷试验, 研究了其膨胀特性及湿陷特性. 试验结果表明: 膨胀力随初始干密度的增加而增大, 且膨胀力的对数与初始干密度大致呈线性关系; 浸水引起的膨胀应变随着竖向应力、初始含水量的增大而减小, 且随着初始干密度的增加而增大; 膨胀速率随初始干密度的增加而增大,随竖向应力、初始含水量的增大而减小; 在相同竖向应力下, 3 种试验方法得到的浸水饱和稳定后的孔隙比大致相同, 在双对数坐标下, 孔隙比与竖向应力呈线性关系.     

盐溶液饱和高庙子膨润土膨胀特性的时效性

考虑到缓冲材料膨润土块体从制作到浸水的时间很长,需要分析膨润土膨胀特性的时效性.以高庙子钠基膨润土为试验材料,在保持试样干密度和含水率不变条件下,分别静置0,7,15,30和90 d,利用单向固结仪进行不同总溶解固体(total dissolved solid,TDS)浓度溶液饱和的膨胀力和膨胀变形试验,同时完成部分试...     

盐溶液对高庙子钠基膨润土膨胀性能的影响

内蒙古高庙子钠基膨润土被确定为我国高放核废物深地质处置库的缓冲回填材料,为研究其在化学屏障方面的表现,对在NaCl,KCl,CaCl_2,MgCl_24种浓度均为0.5 mol/L的盐溶液及蒸馏水入渗下的内蒙古高庙子钠基膨润土试样进行了自由膨胀率及膨胀力试验。结果表明:膨润土试样的竖向膨胀力大于其径向膨胀力,且在初始阶段膨润土膨胀力发展迅速,一段时间后增长减缓并趋于稳定;盐溶液作用下的膨润土膨胀性能发生了衰减,且不同盐溶液(即不同金属阳离子)对膨润土膨胀性能有着显著不同的影响;膨润土的自由膨胀率与其膨胀力成正相关,即自由膨胀率越大,则相应的膨胀力也越大,Na~+,K~+对高庙子钠基膨润土膨胀性能的削弱作用均要强于Ca~(2+),Mg~(2+),即在研究范围内,低价阳离子对高庙子钠基膨润土膨胀性能的影响要大于高价阳离子;膨润土径向膨胀力与竖向膨胀力的比值为0.6左右,且该比值与入渗液的种类无关。研究结果可为高庙子钠基膨润土化学屏障性能的判定提供依据。     

高庙子膨润土和砂混合物膨胀变形特性及其预测

以高庙子钠基膨润土为试验材料, 利用单向固结仪进行一维浸水膨胀、浸水湿陷以及膨胀力试验, 分析了该膨润土在不同掺砂率下浸水膨胀和湿陷变形特性等问题, 并根据蒙脱石孔隙比的概念, 分析了饱和时的膨润土及其掺砂混和物的变形特性. 试验结果表明, 在低掺砂率下充分吸水膨胀湿陷或不变形时, 膨润土与砂混合物的蒙脱石孔隙比与垂直应力的关系在对数坐标系中是一条直线, 并且可据此预测膨润土及膨润土掺砂混和物在不同的干密度、掺砂率下吸水至饱和时的变形量及膨胀力. 分析砂骨架孔隙比对高掺砂率膨润土混合物的试验结果, 可预测形成砂骨架时的垂直应力值.     

初始含水率对膨润土膨胀特性的影响

为了获得初始含水率对膨润土膨胀特性的影响规律,进行了不同初始含水率条件下无荷膨胀率、有荷膨胀率和膨胀力室内试验。试验结果表明:中等膨胀势膨润土在吸水饱和过程中无荷膨胀率、有荷膨胀率逐渐增大,且经历快速膨胀期、缓慢膨胀期和膨胀稳定期3个阶段。初始含水率越小,快速膨胀期历时越短,膨胀速率越快。随着初始含水率的增加,膨润土的无荷膨胀率、有荷膨胀率和膨胀力均呈减小趋势,且无荷膨胀率、有荷膨胀率线性递减,而膨胀力与初始含水率呈现良好负指数关系。     

高庙子膨润土悬浮液的抗冲蚀流变特性

采用流变仪对高庙子膨润土悬浮液在不同水固比、掺加盐溶液类型及浓度的条件下的抗冲蚀流变特性进行了研究,得到了各种情况下膨润土悬浮液的屈服应力,再结合Stoke公式计算了引起膨润土悬浮液冲蚀的初始水流速度.研究表明:随着水固比的增加,膨润土流变曲线逐渐下移;对于水固比小于5.0的膨润土悬浮液,当剪切速率较小时呈现假塑性流体特征,而当剪切速率达到一定值时,流变曲线斜率趋于定值;对于水固比大于5.0的膨润土悬浮液,则始终表现为假塑性流体特征,且随着水固比的增大,膨润土悬浮液牛顿流体特征逐渐增强;随着NaCl浓度的增加,膨润土悬浮液屈服应力先减小后增大,而随着CaCl2浓度的增加,膨润土悬浮液屈服应力则不断减小;引起膨润土悬浮液发生冲蚀破坏所需的最低水流速度在10-4~10~(-2)m·s~(-1)范围内.     

碱溶液侵蚀下高庙子膨润土膨胀变形的变化规律

为研究高庙子钠基(GMZ01)膨润土在碱性孔隙水长时间侵蚀下膨胀变形的变化规律,将GMZ01膨润土与1mol/L的NaOH溶液混合密封放置一定预定时间进行化学反应后,将其制成压实试样于蒸馏水中进行膨胀变形试验,发现试样的膨胀性能随碱性孔隙水作用时间的增加而减小.通过对不同反应时间的膨润土试样进行矿物成分分析,发现膨润土中蒙脱石含量随反应时间的增加而逐渐减小,而长石等矿物含量逐渐增大,表明在NaOH溶液长期作用下蒙脱石被逐渐溶解生成非膨胀性的长石等矿物,进而导致膨润土膨胀性能逐渐衰减.基于膨胀分形模型对碱性溶液混合试样的膨胀变形试验数据进行整理分析,发现不同反应时间试样的蒙脱石孔隙比与考虑了孔隙水渗透吸力的有效应力之间均符合统一的e_m-p_e分形关系,表明被NaOH溶液溶蚀后试样的膨胀变形衰减主要是受蒙脱石含量减小的影响,而蒙脱石的其他性质变化较小.     

无侧限高压实高庙子膨润土非饱和渗透特性

采用瞬时截面法试验研究了自由膨胀条件下高压实高庙子膨润土的非饱和渗透特性.结果表明,自由膨胀状态下,干密度为1.70 g.cm-3的高压实高庙子膨润土的非饱和渗透系数在1.0×10-12~1.0×10-15m.s-1之间变化,且主要集中在1.0×10-14m.s-1附近,达到饱和状态时渗透系数最大.与侧限条件相比,自由膨胀条件下的高压实高庙子膨润土的非饱和渗透系数大于侧限条件下的非饱和渗透系数,且渗透系数与吸力的变化趋势存在一定差异,这可能是由于不同侧限条件下其水化膨胀形式不同而造成的.     

压实高庙子膨润土抗拉强度各向异性

高放射性核废料深地质处置库中的缓冲层由膨润土块堆砌构成,而块体由膨润土粉末压制而成,其强度可能存在各向异性.采用直接拉伸试验方法,测得压实高庙子膨润土在不同条件下的抗拉强度,探讨了干密度和含水率对抗拉强度各向异性的影响,并进行了机理分析.试验结果表明:随着含水率的增加,抗拉强度先增大后减小,存在一个峰值;抗拉强度随着干密度的增加而增大;当拉力方向与制样压实力方向垂直时,试样的抗拉强度大于拉力方向与压实力平行时的抗拉强度,并且在同一含水率下,抗拉强度各向异性的程度随干密度的增加而增大.原因在于压实过程中蒙脱石层叠体排列趋于一个方向,导致各向异性显著.研究成果可为我国核废料处置库膨润土块体在运输和吊装过程中的抗拉强度特性提供参考数据.     

压实高庙子膨润土抗拉强度各向异性

高放射性核废料深地质处置库中的缓冲层由膨润土块堆砌构成, 而块体由膨润土粉末压制而成, 其强度可能存在各向异性. 采用直接拉伸试验方法, 测得压实高庙子膨润土在不同条件下的抗拉强度, 探讨了干密度和含水率对抗拉强度各向异性的影响, 并进行了机理分析. 试验结果表明: 随着含水率的增加, 抗拉强度先增大后减小, 存在一个峰值; 抗拉强度随着干密度的增加而增大; 当拉力方向与制样压实力方向垂直时, 试样的抗拉强度大于拉力方向与压实力平行时的抗拉强度, 并且在同一含水率下, 抗拉强度各向异性的程度随干密度的增加而增大. 原因在于压实过程中蒙脱石层叠体排列趋于一个方向, 导致各向异性显著. 研究成果可为我国核废料处置库膨润土块体在运输和吊装过程中的抗拉强度特性提供参考数据.     

盐溶液及掺砂率对高庙子膨润土强度的影响

高庙子膨润土已被选为我国高放核废物处置库基质材料,研究其力学性能对处置库工程的设计有着重要意义.处置库预选区甘肃北山地区的地下水中盐溶解固体含量较高,需要研究盐溶液作用下缓冲/回填材料的工程性质.研究了高庙子钠基膨润土(GMZ07)及其掺砂率分别为0%, 30%和50%的混合物在不同NaCl浓度下的强度特性,并进行扫描电镜测试.试验结果表明,在纯水饱和条件下,掺砂膨润土试样的应力应变曲线呈现明显的应变硬化,但其峰值强度低于纯膨润土的峰值强度.随着NaCl浓度的升高,盐溶液饱和的掺砂混合物和纯膨润土的剪切强度均明显增大,内摩擦角变大,但黏聚力变化不大.当NaCl浓度升高和坚向荷载增大时,掺砂混合物的强度增加量明显高于纯膨润土,并在NaCl浓度和压力较高的情况下,掺砂混合物的强度大于纯膨润土的强度.最后,在掺砂混合物试样中引入膨润土有效干密度的概念,并结合微观结构的分析,解释了不同NaCl浓度下掺砂混合物的剪切机理.     

γ辐照和热老化对高庙子膨润土自由基的影响

为了了解 γ 辐照和热老化对高庙子天然钠基膨润土中自由基的影响,拓展高放地质处置缓冲材料性能评价范围,以内蒙古高庙子天然钠基膨润土和北山地下水为研究对象,利用电子自旋共振波谱仪、红外光谱仪和穆斯堡尔谱仪分析了不同γ 辐照剂量(500、1000、1500、2000、2500和3000 kGy)照射、不同老化温度(90、150、170、190和210℃)和老化时间(2、4、6、8、10和12个月)热老化以及γ 辐照3.0MGy后,开展不同老化温度(90、150、170、190和210℃)和老化时间(2、4、6、8、10和12个月)热老化的后的高庙子天然钠基膨润土中自由基浓度、官能团和Fe的赋存状态以及含量的变化,并对其机理进行了初步分析。结果表明：随着累积辐照剂量和老化温度(时间)的增加,膨润土中自由基含量先增大后减小,且辐照和老化作用存在明显的叠加效应;老化后膨润土中Fe(Ⅱ)含量减小,Fe(Ⅲ)含量增大,老化过程发生了结构Fe(II)向Fe(III)的转变,而这种转变在黑暗条件下可以活化O_²产生?OH,且?OH 的生成与 Fe(II)的氧化趋势一致,因此试验条件下 Fe(II)活化O_²产生?OH对膨润土中自由基含量的影响是非常重要的,建议进行深入研究。     

生物炭改性高庙子膨润土对铕(Ⅲ)的吸附特性

针对作为我国核废料处置库缓冲/回填材料——高庙子(GMZ)膨润土——在长期运营条件下的缓冲性能衰减问题,利用梧桐叶为碳源制备生物炭改性GMZ膨润土,通过微观表征和批次吸附试验,研究了其结构和对Eu(Ⅲ)的吸附性能,进一步探讨了复合材料的作用机理.结果表明,生物炭改性GMZ膨润土中的官能团出现次甲基(—CH),说明有机官能团嫁接成功,层间距进一步增大,蒙脱石表面的细小颗粒在改性后变大.在吸附性能方面,随着固液比和接触时间的增加,吸附率提高;随着pH值、离子强度的增加,吸附率降低;生物炭改性GMZ膨润土对Eu(Ⅲ)的吸附等温线符合Langmuir模型和准二级动力学模型,最大理论吸附量为32.36 mg·g~(-1).     

高压实高庙子膨润土的微观结构特征

采用水汽平衡法和渗析法吸力控制技术,借助压汞仪法(MIP)和环境扫描电镜法(ESEM)等试验手段,在自由和侧限状态下,试验研究了被确定为我国高放废物地质处置库首选缓冲材料的高庙子膨润土水化过程中的微观结构变化特征.结果表明,侧限条件与土中吸力对于高压实膨润土水化过程中的微观结构变化影响明显.在高吸力范围(3～309MPa)内,无论是处于侧限还是自由膨胀状态,高压实高庙子膨润土的含水量随控制吸力变化不大,且2种状态下数值基本一致;而当吸力低于3 MPa时,尤其是当吸力小于1 MPa时,处于不同状态下的土样中,含水量随吸力的变化特征出现了明显的差异.从微观上看,随着控制吸力的降低,自由膨胀状态下,大量的水进入了集合体间的孔隙(大孔隙)中,压实膨润土的体积膨胀主要来自于集合体间孔隙(大孔隙)的膨胀;侧限状态下,内部膨胀力逐渐积累,集合体间的孔隙(大孔隙)被压缩,较小孔隙的数量不断增加,压实膨润土中的孔隙大小趋于均一化.     

压实高庙子膨润土抗拉强度时效性试验

通过试验研究了试样静置时间对不同干密度和含水率压实高庙子膨润土抗拉强度的影响.在保持干密度和含水率不变的条件下,将不同初始状态试样分别静置0,7,15,30,90 d,利用巴西试验测其抗拉强度,并结合压汞试验进行分析.试验结果表明:随静置时间的增加压实高庙子膨润土的抗拉强度前期减小较多,后期逐渐趋于稳定;在同一含水率下...     

膨胀土单向浸水膨胀时程特性试验与应用研究

通过膨胀土单向浸水膨胀试验，研究了单向浸水条件下膨胀土的膨胀时程特性，并运用神经网络方法对试验拟合参数进行了预测。结果表明：膨胀土的膨胀过程可分为吸水膨胀、加速膨胀和缓慢膨胀3个阶段，各阶段膨胀速率与时间呈半对数关系；试验拟合参数与初始干密度及含水量有关；利用修正的分层总和法可计算单向浸水边界条件下的膨胀土层任意时刻的膨胀变形量；通过裂隙两侧土体随时间膨胀过程的计算，可刻画出裂隙逐渐愈合的过程。     

膨胀温度对膨胀石墨孔结构的影响

研究膨胀石墨孔结构的变化规律、探索有效调节孔结构的方法,以提高膨胀石墨的吸附性能.以50～60目的天然鳞片石墨为原料,以K_2Cr_2O_7、HNO_3、HClO_4和CH_3COOH为氧化插层剂,制备出可膨胀石墨;将可膨胀石墨在300～900℃下加热,制备出不同膨胀体积的膨胀石墨.通过SEM和N_2吸脱附研究了膨胀温度对膨胀石墨孔结构的影响.结果表明:随着膨胀温度的升高,膨胀石墨的膨胀体积增大;在膨胀石墨表面的孔由呈V型开裂向卷曲开裂转化;膨胀石墨内部小孔的含量逐渐增多,而且孔容和比表面积均增大,二者与膨胀体积几乎呈线性关系;在膨胀温度小于800℃下,膨胀石墨的平均孔径均为3. 93 nm,而在900℃时,平均孔径减少为2. 46 nm.     

膨胀土的浸水规律

根据土体浸水速率（导水库）与土体结构的理论关系和膨胀土结构的分形模型,导出了膨胀土的浸水速率与含水量,吸力、时间和上覆荷载的相关关系。理论和试验结果表明：膨胀土的浸水速率与含水量、吸力和时间在双对数坐标上呈直线相关,随着含水量增加、吸力减小,浸水速率增大、浸水速率随时间延长而减小;浸水速率的对数与上覆荷载呈直线相关,上覆荷载越大,浸水速率越小。     

膨胀土CBR浸水膨胀量的探讨

本文通过总结国内膨胀土膨胀量变化,明确了浸水CBR膨胀量标准,以便于更好地控制路基填筑材料的质量。同时分析了自由膨胀量和CBR浸水膨胀量的关系,提出了CBR浸水膨胀量的要求。     

温度对膨润土及其混合物性质的影响

在高放废物地质处置工程中,放射性废物的衰变发热会导致处置库环境温度升高,从而影响缓冲回填材料-膨润土及其混合物的工程性能。综合已有文献的试验数据,分析总结了温度对膨润土及其混合物性质的影响。结果表明温度升高会影响膨润土的微观结构,包括孔隙比和孔径分布;同时也会改变膨润土及其混合物的工程性质,包括持水能力、膨胀性质及强度特性。