CN106542778A - 用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的是用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆及其制备方法，解决了现有技术中的水泥砂浆性能极难满足现行标准EJ1186‑2005的问题。本发明的水泥固定砂浆包括水、灰料、砂、添加剂，所述灰料包括质量百分比为6％～12％的粉煤灰、3％～10％的硅灰和剩余量的水泥；所述水与灰料的质量比值为0.25～0.3，所述砂与灰料的质量比值为0.2～0.4，所述添加剂为灰料质量的0.4％～1.25％。本发明制成的水泥砂浆平均抗压强度均大于70MPa、流动度大于400mm、抗渗性远低于2500C，符合现行标准EJ1186‑2005的要求，且试验原材料廉价、易得，经济性较强，非常适合推广应用。

Description

用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种砂浆及其制备方法，具体涉及的是用于低中水平放射性杂项废物水泥固定的砂浆制备方法。
背景技术
核设施运行、检修及退役过程产生废物中，除蒸残液、废树脂等常规废物外，其余废物统称为杂项废物，主要包括：废弃劳保、废过滤器芯、废金属管件、废弃检修工具及被沾污的碎石块等，对此类废物做去污处理，成本高且无实际意义，实际中常按照其可压缩性及辐射污染水平分类收集后暂时存放，等待后续处理，此类废物的年产生量较大，长期堆积不仅严重制约废物产生单位的废物处理运行能力，对环境及工作人员也是一个较大的安全隐患。
要实现此类废物在废物处置场内最终处理处置的目的，必须对其加以处理使最终形成的废物性能满足GB9132、GB16933及GB14500的要求：转型成为无弥散废物、便于运输的整体废物。
水泥砂浆固定法是公认的最有望实现的处理方法：将杂项废物整备后装箱，制备流动性大、抗压强度高的水泥砂浆浇注废物空隙，使之形成整体水泥废物包便于后续运输及处理处置。
此方法的核心在于水泥固定配方的研制，配方不仅决定了废物固定体的品质，也是确定水泥固定工艺的关键。现行标准EJ1186-2005《放射性废物体和废物包的特性鉴定》对用于此类废物固定用水泥砂浆的性能要求极为严苛：(1)28d抗压强度≥60MPa；(2)流动度≥310mm；(3)28d抗渗性≤2500C。
国内外许多研究单位也开展过此方面的研究工作，部分核电站已有杂项废物水泥固定配方，但配方造价较高，如福清核电站所用的固定配方为美国研制，1t固定用砂浆成本在5000元以上，此费用不含配方技术转让费用。因此，亟需研制出一种具有自主知识产权、经济廉价的固定用配方，不仅可以进一步提升我国放射性废物处理技术水平，同时具有极强的社会经济价值。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的水泥砂浆性能极难满足现行标准EJ1186-2005的问题，研制出一种具有自主知识产权、经济廉价的固定用配方，进一步提升我国放射性废物处理的用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆及其制备方法。
为解决上述缺点，本发明的技术方案如下：
用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆，包括水、灰料、砂、添加剂，所述灰料包括质量百分比为6％～12％的粉煤灰、3％～10％的硅灰和剩余量的水泥；所述水与灰料的质量比值为0.25～0.3，所述砂与灰料的质量比值为0.2～0.4，所述添加剂为灰料质量的0.4％～1.25％。
针对GB9132《低中水平放射性固体废物的浅地层处置规定》对放射性固体废物的接收要求，开展杂项废物水泥固定配方研究，通过若干工艺参数的选择的组合和优化，并经过长期生产性工艺研究和实验，完善了整个工艺体系中工艺参数的优化选择，该工艺参数均是在规模化生产中进行优化和调试，通过检测其流动性、抗压强度及抗渗性能，并进行工程试验验证，最终研制出一种经济、有效地可用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆。
且通过实验证明：通过本发明制备出的水泥固定砂浆，其流动度、抗压强度和抗渗性均满足需求。
流动度：
为确保杂项废物固定体的密实性，要求用于浇注的水泥砂浆具有较高的流动性，EJ1186要求固定用水泥砂浆的流动度≥310mm。本发明研制所得的水泥砂浆的流动度均大于400mm，有利于杂项废物固定用水泥砂浆的浇注。
抗压强度：
杂项废物固定体的抗压强度直接取决于固定所用的水泥砂浆，为确保固定体在转运、运输是的安全性，要求其具有较高的抗压强度：EJ1186要求固定用水泥砂浆28天的抗压强度≥60MPa。本发明研制所得的水泥砂浆的抗压强度均均大于70MPa，可保证废物固定体的转运和运输过程的安全。
抗渗性：
杂项废物固定体对放射性核素应具有较好的包容性，主要通过抗渗性反映：EJ1186要求固定用水泥砂浆28天的抗渗性≤2500C。本发明研制所得的水泥砂浆的28天的抗渗性远低于2500C，密实性较好，确保其对杂项废物中的放射性核素具有较好的包容性。
同时，本发明研究所得的水泥砂浆配方原材料廉价、易得，经济性较强，并经过工程试验验证，效果较好，工程可操作性强。
优选地，所述添加剂包括掺量为灰料质量0％～0.6％的减水剂、掺量为灰料质量0％～0.15％的消泡剂、和掺量为灰料质量0％～0.5％的硅酸钠。
本发明通过广泛试验方法，并采用水平正交表研究不同水灰比条件下、添加各类添加剂对所制成水泥砂浆的流动度、抗压强度及抗渗性的影响，筛选出了三种调节水泥砂浆性能的添加剂，并确定出了各自的最佳掺量范围，通过实验结果证明在该组成成分和配比的情况下，本发明研制所得的水泥砂浆的流动度、抗压强度和抗渗性最佳。
用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆的制备方法，包括：
(1)将添加剂分散在水中制成湿料；将粉煤灰、硅灰、水泥和砂混合均匀制成干料；其中质量百分比为6％～12％的粉煤灰、3％～10％的硅灰和剩余量的水泥组成灰料，水为灰料质量的25％～30％，所述砂为灰料质量的20％～40％，所述添加剂为灰料质量的0.4％～1.25％；
(2)将湿料和干料混合均匀后即制成成品。
进一步，所述添加剂包括掺量为灰料质量0％～0.6％的减水剂、掺量为灰料质量0％～0.15％的消泡剂、和掺量为灰料质量0％～0.5％的硅酸钠。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
1、本发明研制所得的水泥砂浆的流动度均大于400mm，有利于杂项废物固定用水泥砂浆的浇注；
2、本发明研制所得的水泥砂浆的抗压强度均大于70MPa，可保证废物固定体的转运和运输过程的安全；
3、本发明研制所得的水泥砂浆的28天的抗渗性远低于2500C，密实性较好，确保其对杂项废物中的放射性核素具有较好的包容性；
4、本发明研究所得的水泥砂浆配方原材料廉价、易得，经济性较强，并经过工程试验验证，效果较好，工程可操作性强，生产工艺极其简单，每吨固定用砂浆成本仅仅为1500元左右，因而非常适合推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将添加剂分散在水中制成湿料；将粉煤灰、硅灰、水泥和砂混合均匀制成干料，所述添加剂选自减水剂、消泡剂和硅酸钠；
(2)将湿料和干料混合均匀后，转入水泥砂浆搅拌机进行砂浆的搅拌，搅拌时间为10～20分钟，砂浆制备完成后，分装入直径50mm×50mm及直径100mm×50mm的聚乙烯模具中，在振动台上完成震动排气后，放入养护箱内养护，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％，养护28天后，取出、脱模制成水泥砂浆试样。
对水泥砂浆试样进行流动度、抗压强度和抗渗性检测的检测方法为：
一、依据GB/T2491《水泥胶砂流动度测定方法》的具体规定进行流动度的检测；
其中，GB/T2491指定的水泥砂浆流动度检测用仪器NLD-Ⅲ型流动度测定仪的跳桌盘面最大直径为300mm，而EJ1186《放射性废物体和废物包的特性鉴定》明确要求固定用水泥砂浆的流动度须≥310mm，超出了仪器的测量范围，本发明实施过程中采用与仪器跳桌同材料的铸钢圆盘(直径为500mm、工作面镀硬铬)进行测量。
二、依据GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》的具体规定进行成型的水泥砂浆试样的抗压强度检测。
三、依据EJ914《低、中水平放射性固体废物混凝土容器》中附录C的具体规定进行成型的水泥砂浆试样的抗渗性检测。
本实施例中不同配比的原料组成比例如表1所示，并对表1中各配比制成的水泥砂浆试样进行流动度、抗压强度和抗渗性检测，检测结果如表2所示。
表1
表2
配方编号 1 2 3 4 5 6 7
流动度(mm) 350 400 480 240 270 350 380
抗压强度(MPa) 81 78 90 72 68 56 52
抗渗性(C) 364 988 504 3157 2872 >3000 >3000
通过上述检测结果得知：本发明通过对制成的水泥砂浆进行了流动度、28天抗压强度及28天抗渗性进行了检测，制成的水泥砂浆平均抗压强度均大于70MPa、流动度大于400mm、抗渗性远低于2500C，且试验原材料廉价、易得，经济性较强，经工程试验验证，效果较好，可为杂项废物的规模化生产提供技术支持。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆，包括水、灰料、砂、添加剂，其特征在于：所述灰料包括质量百分比为6％～12％的粉煤灰、3％～10％的硅灰和剩余量的水泥；所述水与灰料的质量比值为0.25～0.3，所述砂与灰料的质量比值为0.2～0.4，所述添加剂为灰料质量的0.4％～1.25％。
2.根据权利要求1所述的用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆，其特征在于：所述添加剂包括掺量为灰料质量0％～0.6％的减水剂、掺量为灰料质量0％～0.15％的消泡剂、和掺量为灰料质量0％～0.5％的硅酸钠。
3.用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将添加剂分散在水中制成湿料；将粉煤灰、硅灰、水泥和砂混合均匀制成干料；其中质量百分比为6％～12％的粉煤灰、3％～10％的硅灰和剩余量的水泥组成灰料，水为灰料质量的25％～30％，所述砂为灰料质量的20％～40％，所述添加剂为灰料质量的0.4％～1.25％；
(2)将湿料和干料混合均匀后即制成成品。
4.根据权利要求3所述的用于低中水平放射性杂物的水泥固定砂浆的制备方法，其特征在于：所述添加剂包括掺量为灰料质量0％～0.6％的减水剂、掺量为灰料质量0％～0.15％的消泡剂、和掺量为灰料质量0％～0.5％的硅酸钠。
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