CN112776125B

CN112776125B - 米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法

Info

Publication number: CN112776125B
Application number: CN202011557244.1A
Authority: CN
Inventors: 马利科; 刘月妙; 高敏; 曹胜飞
Original assignee: Beijing Research Institute of Uranium Geology
Current assignee: Beijing Research Institute of Uranium Geology
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2040-12-25
Also published as: CN112776125A

Abstract

本发明属于高放废物地质处置缓冲材料大型砌块制备领域，具体涉及一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法。本发明包括如下步骤：步骤1、模具组装；步骤2、原料准备；步骤3、压制准备；步骤4、机械压制；步骤5、模具拆卸；步骤6、样品测量及包装。本发明可压制外径为1.2～1.6m，内径为0.6m，高度为0.2～0.5m，夹角为45°～60°，干密度为1.4～1.9g/cm³的工程尺度的缓冲材料大型砌块样品，为开展地下实验室缓冲材料现场原位试验提供原料基础和技术支撑。

Description

米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法

技术领域

本发明属于高放废物地质处置缓冲材料大型砌块制备领域，具体涉及一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法。

背景技术

我国的高放废物采用的是深地质处置方式，利用人工屏障(废物罐、缓冲材料、回填材料等)及天然屏障(地下岩体)组成的多重屏障系统阻滞核素迁移。缓冲材料作为废物罐和地质体之间的最后一道人工屏障，起着工程屏障、水力学屏障、化学屏障、传导和散失放射性废物衰变热等重要作用，是地质处置库安全性和稳定性的有效保障。国内外研究表明，以蒙脱石为主要成分的膨润土被认为是高放废物地质处置最适宜的缓冲材料基材。

缓冲材料通常以砌块堆砌的形式包裹在废物罐周围，因此世界各国开展的室内大型模型试验和地下实验室现场原位试验的研究工作，大多采用的是缓冲材料预制砌块。缓冲材料砌块主要采用静力压实的制备方式生产，目前国内压制的膨润土块体都是基于室内规模且手工可操作的中小型样品，其重量最大也不过几公斤而已，尺寸最大也不过十几厘米。考虑到此类压制方案不管是从体量上，还是效率上均不再适用于今后开展1:1的大型室内和地下实验室现场原位试验需求，急需掌握一种米级尺度的缓冲材料大型砌块制备技术和工艺流程。因此建立一种适合机械化、工业化批量生产的缓冲材料大型砌块制备方法具有重要的现实意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法，可压制外径为1.2～1.6m，内径为0.6m，高度为0.2～0.5m，夹角为45°～60°，干密度为1.4～1.9g/cm³的工程尺度的缓冲材料大型砌块样品，为开展地下实验室缓冲材料现场原位试验提供原料基础和技术支撑。

本发明采用的技术方案：

一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法，包括如下步骤：

步骤1、模具组装；步骤2、原料准备；步骤3、压制准备；步骤4、机械压制；步骤5、模具拆卸；步骤6、样品测量及包装。

所述步骤1具体包括：

步骤1.1、首先把所有部件清理干净，将底板吊耳与底板紧固连接，采用天车将底板水平放置于可承重地面上；

步骤1.2、将四个定位挡放置于底板凹槽内；

步骤1.3、采用天车将凹模座一、凹模座二、凹模座三、凹模座四沿着定位挡位置按扇形形状组合，再分别吊装与之匹配的凹模内衬一、凹模内衬二、凹模内衬三、凹模内衬四，再利用螺栓将整个凹模紧固成型；

步骤1.4、将四个压板放置于定位挡的上面，再利用螺栓将其紧固，压紧凹模座防止其向上移动。

所述步骤1模具组装完成后，将凡士林或润滑油均匀涂抹在模具内衬和底板上，防止砌块在高压作用下粘连底板。

所述步骤2具体包括：

步骤2.1、压制之前，按照土工试验方法标准测定原料桶内不同位置处的含水率，取样点应具有代表性且不应少于3处，取各测值的平均值作为膨润土原料的当前含水率；

步骤2.2、根据预压样品的干密度、尺寸和含水量，计算并称量相应质量的膨润土原料；

步骤2.3、将原料分层均匀填入模具内，每填入5～10cm，均采用中空圆棒捣实，再用平板刮平表面，最后将模具内壁粘黏的浮土清理干净，以方便合模。

所述步骤3具体包括：

步骤3.1、采用天车吊起凸模吊耳，观察凸模是否水平，如不水平，需要找平后再进行合模；

步骤3.2、将凸模的底部对准凹模内衬空间，缓慢下落，下落速度设置为0.2～0.5mm/s，在出现原料扬起时，降低下落速度；在凸模下落卡顿时，调整天车使其微微向上吊起，至自动或手动找平后再缓慢下落直至底部与原料完成接触，完成合模；

步骤3.3、启动压力机，将压力机上横梁向上移动，保证压力机上横梁和压力机载物台之间空间可完全容纳模具整体高度；

步骤3.4、将压力机载物台移出压力机下方，利用天车吊起底板吊耳，将扇形模具整体吊装至压力机载物台的正中央；

步骤3.5、将压力机载物台移动至压力机下方，使模具、压力机上横梁和压力机载物台的中心点在同一条垂直线上；

步骤3.6、将压力机载物台向上移动，使之脱离轨道束缚；再将压力机上横梁向下移动，使其与凸模的顶面距离3～5mm。

所述步骤4具体包括：

步骤4.1、在预压紧阶段，将压力机设置成位移控制模式，以1～2mm/min的速率向上移动压力机载物台，设定目标值为压力50kN；此步的主要目的是将凸模顶面与压力机上横梁对齐找平，保证砌块样品顶面平整度；

步骤4.2、在恒定速率加载阶段，将压力机设置成位移控制模式，以5～10mm/min的速率向上移动压力机载物台，设定目标值为预压样品高度；

步骤4.3、在持荷阶段，将压力机设置成保持位移值不变，持荷20～30min；

步骤4.4、在卸荷阶段，将压力机设置成位移控制模式，以1～2mm/min的速率向下移动压力机载物台，设置目标值为试验力为0；

步骤4.5、试验力至零后，将压制数据保存到电脑上，将压力机载物台以最快速率下降至最底部，然后移出压力机载物台。

所述步骤5具体包括：

步骤5.1、制备完成后，采用天车吊起底板吊耳，将扇形模具吊装至开阔区域，松动螺栓，移除压板；

步骤5.2、按对角顺序，先一环一环的松动凹模座之间下面紧固的螺栓，再松动上面紧固的螺栓，但不能完全让其脱离；

步骤5.3、螺栓松动后，用天车吊起凸模吊耳，天车车钩需要基本在凸模中心位置，防止起吊时凸模侧偏，损坏砌块表面，将凸模吊出后妥善放置；

步骤5.4、将吊耳与所有凹模内衬连接后，吊装时使天车车钩与凹模内衬中心位置对齐后，先吊装凹模内衬二、凹模内衬四，再吊装凹模内衬一、凹模内衬三，在吊装凹模内衬一、凹模内衬三时，要使其紧贴凹模座一、凹模座三，防止起吊时凹模内衬侧偏，碰撞砌块样品；

步骤5.5、所有凹模内衬吊装完成后，紧固螺栓，使凹模座之间相互不脱落即可，再将吊耳与凹模座顶部连接，将凹模座整体吊起，在起吊时，天车车钩需要基本在凹模座中心位置，防止起吊时凹模座侧偏，磕碰压实样品，至此砌块样品就留在底板中央。

所述步骤6具体包括：

步骤6.1、清理砌块顶部和底板上的浮土后，对砌块的顶面和四个侧面均拍照记录，采用游标卡尺分别测量并记录扇形砌块不同半径方向上的7个长度值R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7；再采用高度尺分别测量并记录扇形砌块不同位置处的8个高度值H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7和H8；

步骤6.2、将保鲜膜和塑料布铺设在专用托盘上，放置在相应适宜的天平上，进行清零操作；再采用真空吸盘装置将砌块吸起，放置在专用托盘的中央位置，称量并记录其质量；

步骤6.3、质量测试完毕后，将托盘连同砌块样品整体搬运至指定位置，再用保鲜膜和塑料布完全密封包裹在砌块四周和顶面，外面再用胶带将其缠绕包严，使之与外界空气隔绝。

步骤6.4、最后对所有部件进行彻底清理，并涂抹防锈剂，方便后续组装使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法，包括模具组装、原料准备、压制准备、机械压制、模具拆卸和样品测量及包装的全流程，内容全面、流程完整，适用于机械化操作和工业化批量生产制备大型高压实膨润土砌块。

(2)本发明提供的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法，其制备出的砌块样品完整、均匀，无破损现象，其平面度和外形轮廓尺寸参数符合地下实验室现场原位试验的需求。

附图说明

图1为本发明提供的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法中组装的压制模具俯视图；

图2为本发明提供的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法中的压制示意图；

图3为本发明提供的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法压制的扇形砌块尺寸测量示意图。

图中：1-凹模座一、2-凹模座二、3-凹模座三、4-凹模座四、5-凹模内衬一、6-凹模内衬二、7-凹模内衬三、8-凹模内衬四、9-定位挡、10-压板、11-底板、12-底板吊耳、13-凸模吊耳、14-凸模、15-螺栓、16-螺栓、17-压力机上横梁、18-压力机载物台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法作进一步详细说明。

如图1-3所示，本发明提供的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法，主要包括模具组装、原料准备、压制准备、机械压制、模具拆卸和样品测量及包装的全流程，具体实施步骤如下：

1、模具组装

(1)首先把所有部件清理干净，将底板吊耳12与底板11紧固连接，采用天车将底板11水平放置于可承重地面上；

(2)将四个定位挡9放置于底板11凹槽内；

(3)采用天车将凹模座一1、凹模座二2、凹模座三3、凹模座四4沿着定位挡位置按扇形形状组合，再分别吊装与之匹配的凹模内衬一5、凹模内衬二6、凹模内衬三7、凹模内衬四8，再利用螺栓15将整个凹模紧固成型；

(4)将四个压板10放置于定位挡9的上面，再利用螺栓16将其紧固，压紧凹模座防止其向上移动；

(5)将凡士林或润滑油均匀涂抹在凹模内衬和底板11上，防止砌块在高压作用下粘连底板11，至此模具组装步骤基本完成。

2、原料准备

(1)压制之前，按照土工试验方法标准测定原料桶内不同位置处的含水率，取样点应具有代表性且不应少于3处，取各测值的平均值作为膨润土原料的当前含水率；

(2)根据预压样品的干密度、尺寸和含水量，计算并称量相应质量的膨润土原料；

(3)将原料分层均匀填入模具内，每填入5～10cm，均采用中空圆棒捣实，再用平板刮平表面，最后将模具内壁粘黏的浮土清理干净，以方便合模。

3、压制准备

(1)采用天车吊起凸模吊耳13，观察凸模14是否水平，如不水平，需要找平后再进行合模；

(2)将凸模14的底部对准凹模内衬空间，缓慢下落，下落速度设置为0.2～0.5mm/s，在出现原料扬起时，降低下落速度；在凸模14下落卡顿时，调整天车使其微微向上吊起，至自动或手动找平后再缓慢下落直至底部与原料完成接触，完成合模；

(3)启动压力机，将压力机上横梁17向上移动，保证压力机上横梁17和压力机载物台18之间空间可完全容纳模具整体高度；

(4)将压力机载物台18移出压力机下方，利用天车吊起底板吊耳12，将扇形模具整体吊装至压力机载物台18的正中央；

(5)将压力机载物台18移动至压力机下方，使模具、压力机上横梁17和压力机载物台18的中心点在同一条垂直线上；

(6)将压力机载物台18向上移动，使之脱离轨道束缚；再将压力机上横梁17向下移动，使其与凸模14的顶面距离3～5mm。

4、机械压制

(1)在预压紧阶段，将压力机设置成位移控制模式，以1～2mm/min的速率向上移动压力机载物台18，设定目标值为压力50kN；此步的主要目的是将凸模14顶面与压力机上横梁17对齐找平，保证砌块样品顶面平整度；

(2)在恒定速率加载阶段，将压力机设置成位移控制模式，以5～10mm/min的速率向上移动压力机载物台18，设定目标值为预压样品高度；

(3)在持荷阶段，将压力机设置成保持位移值不变，持荷20～30min；

(4)在卸荷阶段，将压力机设置成位移控制模式，以1～2mm/min的速率向下移动压力机载物台18，设置目标值为试验力为0；

(5)试验力至零后，将压制数据保存到电脑上，将压力机载物台18以最快速率下降至最底部，然后移出压力机载物台18。

5、模具拆卸

(1)制备完成后，采用天车吊起底板吊耳12，将扇形模具吊装至开阔区域，松动螺栓16，移除压板10；

(2)按对角顺序，先一环一环的松动凹模座之间下面紧固的螺栓15，再松动上面紧固的螺栓15，但不能完全让其脱离；

(3)螺栓15松动后，用天车吊起凸模吊耳13，天车车钩需要基本在凸模14中心位置，防止起吊时凸模14侧偏，损坏砌块表面，将凸模14吊出后妥善放置；

(4)将吊耳与所有凹模内衬连接后，吊装时使天车车钩与凹模内衬中心位置对齐后，先吊装凹模内衬二6和凹模内衬四8，再吊装凹模内衬一5和凹模内衬三7，在吊装凹模内衬一5和凹模内衬三7时，要使其紧贴凹模座一1和凹模座三3，防止起吊时凹模内衬侧偏，碰撞砌块样品；

(5)所有凹模内衬吊装完成后，紧固螺栓15，使凹模座之间相互不脱落即可，再将吊耳与凹模座顶部连接，将凹模座整体吊起，在起吊时，天车车钩需要基本在凹模座中心位置，防止起吊时凹模座侧偏，磕碰压实样品，至此砌块样品就留在底板中央。

6、样品测量及包装

(1)清理砌块顶部和底板上的浮土后，对砌块的顶面和四个侧面均拍照记录，采用游标卡尺分别测量并记录扇形砌块不同半径方向上的7个长度值R1(AC)、R2(HD)、R3(GE)、R4(NM)、R5(OP)、R6(IJ)和R7(LK)；再采用高度尺分别测量并记录扇形砌块不同位置处的8个高度值H1(A)、H2(B)、H3(C)、H4(D)、H5(E)、H6(F)、H7(G)和H8(H)；

(2)将保鲜膜和塑料布铺设在专用托盘上，放置在相应适宜的天平上，进行清零操作；再采用真空吸盘装置将砌块吸起，放置在专用托盘的中央位置，称量并记录其质量；

(3)质量测试完毕后，将托盘连同砌块样品整体搬运至指定位置，再用保鲜膜和塑料布完全密封包裹在砌块四周和顶面，外面再用胶带将其缠绕包严，使之与外界空气隔绝。

(4)最后对所有部件进行彻底清理，并涂抹防锈剂，方便后续组装使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(1)、模具组装；步骤(2)、原料准备；步骤(3)、压制准备；步骤(4)、机械压制；步骤(5)、模具拆卸；步骤(6)、样品测量及包装，所述步骤(1)具体包括：

步骤(1.1)、首先把所有部件清理干净，将底板吊耳与底板紧固连接，采用天车将底板水平放置于可承重地面上；

步骤(1.2)、将四个定位挡放置于底板凹槽内；

步骤(1.3)、采用天车将凹模座一、凹模座二、凹模座三、凹模座四沿着定位挡位置按扇形形状组合，再分别吊装与之匹配的凹模内衬一、凹模内衬二、凹模内衬三、凹模内衬四，再利用螺栓将整个凹模紧固成型；

步骤(1.4)、将四个压板放置于定位挡的上面，再利用螺栓将其紧固，压紧凹模座防止其向上移动；

所述步骤(5)具体包括：

步骤(5.1)、制备完成后，采用天车吊起底板吊耳，将扇形模具吊装至开阔区域，松动螺栓，移除压板；

步骤(5.2)、按对角顺序，先一环一环的松动凹模座之间下面紧固的螺栓，再松动上面紧固的螺栓，但不能完全让其脱离；

步骤(5.3)、螺栓松动后，用天车吊起凸模吊耳，天车车钩需要基本在凸模中心位置，防止起吊时凸模侧偏，损坏砌块表面，将凸模吊出后妥善放置；

步骤(5.4)、将吊耳与所有凹模内衬连接后，吊装时使天车车钩与凹模内衬中心位置对齐后，先吊装凹模内衬二、凹模内衬四，再吊装凹模内衬一、凹模内衬三，在吊装凹模内衬一、凹模内衬三时，要使其紧贴凹模座一、凹模座三；

步骤(5.5)、所有凹模内衬吊装完成后，紧固螺栓，使凹模座之间相互不脱落即可，再将吊耳与凹模座顶部连接，将凹模座整体吊起，在起吊时，天车车钩需要基本在凹模座中心位置，防止起吊时凹模座侧偏，磕碰压实样品，至此砌块样品就留在底板中央。

2.根据权利要求1所述的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法，其特征在于：所述步骤(1)模具组装完成后，将凡士林或润滑油均匀涂抹在凹模内衬和底板上，防止砌块在高压作用下粘连底板。

3.根据权利要求1所述的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法，其特征在于：所述步骤(2)具体包括：

步骤(2.1)、压制之前，按照土工试验方法标准测定原料桶内不同位置处的含水率，取样点应具有代表性且不应少于3处，取各测值的平均值作为膨润土原料的当前含水率；

步骤(2.2)、根据预压样品的干密度、尺寸和含水量，计算并称量相应质量的膨润土原料；

步骤(2.3)、将原料分层均匀填入模具内，每填入5～10cm，均采用中空圆棒捣实，再用平板刮平表面，最后将模具内壁粘黏的浮土清理干净，以方便合模。

4.根据权利要求1所述的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法，其特征在于：所述步骤(3)具体包括：

步骤(3.1)、采用天车吊起凸模吊耳，观察凸模是否水平，如不水平，需要找平后再进行合模；

步骤(3.2)、将凸模的底部对准凹模内衬空间，缓慢下落，下落速度设置为0.2～0.5mm/s，在出现原料扬起时，降低下落速度；在凸模下落卡顿时，调整天车使其微微向上吊起，至自动或手动找平后再缓慢下落直至底部与原料完成接触，完成合模；

步骤(3.3)、启动压力机，将压力机上横梁向上移动，保证压力机上横梁和压力机载物台之间空间可完全容纳模具整体高度；

步骤(3.4)、将压力机载物台移出压力机下方，利用天车吊起底板吊耳，将扇形模具整体吊装至压力机载物台的正中央；

步骤(3.5)、将压力机载物台移动至压力机下方，使模具、压力机上横梁和压力机载物台的中心点在同一条垂直线上；

步骤(3.6)、将压力机载物台向上移动，使之脱离轨道束缚；再将压力机上横梁向下移动，使其与凸模的顶面距离3～5mm。

5.根据权利要求1所述的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括：

步骤(4.1)、在预压紧阶段，将压力机设置成位移控制模式，以1～2mm/min的速率向上移动压力机载物台，设定目标值为压力50kN；此步的主要目的是将凸模顶面与压力机上横梁对齐找平，保证砌块样品顶面平整度；

步骤(4.2)、在恒定速率加载阶段，将压力机设置成位移控制模式，以5～10mm/min的速率向上移动压力机载物台，设定目标值为预压样品高度；

步骤(4.3)、在持荷阶段，将压力机设置成保持位移值不变，持荷20～30min；

步骤(4.4)、在卸荷阶段，将压力机设置成位移控制模式，以1～2mm/min的速率向下移动压力机载物台，设置目标值为试验力为0；

步骤(4.5)、试验力至零后，将压制数据保存到电脑上，将压力机载物台以最快速率下降至最底部，然后移出压力机载物台。

6.根据权利要求1所述的一种米级尺度缓冲材料扇形砌块制备方法，其特征在于：所述步骤(6)具体包括：

步骤(6.1)、清理砌块顶部和底板上的浮土后，对砌块的顶面和四个侧面均拍照记录，采用游标卡尺分别测量并记录扇形砌块不同半径方向上的7个长度值R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7；再采用高度尺分别测量并记录扇形砌块不同位置处的8个高度值H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7和H8；

步骤(6.2)、将保鲜膜和塑料布铺设在专用托盘上，放置在相应适宜的天平上，进行清零操作；再采用真空吸盘装置将砌块吸起，放置在专用托盘的中央位置，称量并记录其质量；

步骤(6.3)、质量测试完毕后，将托盘连同砌块样品整体搬运至指定位置，再用保鲜膜和塑料布完全密封包裹在砌块四周和顶面，外面再用胶带将其缠绕包严，使之与外界空气隔绝；

步骤(6.4)、最后对所有部件进行彻底清理，并涂抹防锈剂，方便后续组装使用。