李荣霞
福建福清核电有限公司 福建省福清市 350318
摘要：因此,目前我国对于混凝土等水泥基建筑材料在地质处置环境中、在数万年后的长期性能(物理性能、化学性能、力学性能、热学性能)将会如何演变。将如何对处置库的长期安全性产生影响,应该如何选用建筑材料的配方,在处置库的工程设计中应如何开展建筑材料的耐久性设计等,这些问题都是我国高放废物地质处置研究的重要内容。
关键词:高放废物处置库;水泥基材料;长期性能
引言
高水平放射性废物（简称高放废物）是一种极为危险的特殊废物，放射性强、发热量大、毒性大、半衰期长，对其进行最终安全处置难度极大[1]。随着我国核电事业的飞速发展，产生的高放废物将会大量累积，根据中国核电发展规划，我国2020年规划中核电站（5800万kW）全寿期将产生83000t乏燃料，根据美国、瑞典、日本等国家核能发展的情况可知，当前高放废物如何进行安全处置已成为制约各国核能继续发展的关键因素之一，因此高放废物的安全处置现已成为关系到环境安全、公共安全及核能可持续发展的重大问题，是一个与核安全同等重要的问题，必须进行研究并加以妥善解决。
1高放废物地质处置库概念
随着国际社会对放射性废物(尤其是对毒性大、核素寿命长的高水平放射性废物和?废物)的长期安全性日益关注,对长期安全处置放射性废物的标准要求越来越高(如SSG-23、SSR-5)。近些年来,我国放射性废物处置领域日益受到公众及政府的关注,业届对放射性废物的长期安全性问题日益重视,审管部门正在积极组织编制、修订放射性废物处置相关安全标准、规范、导则。例如,我国国家核安全局正在以SSG-23、SSR-5等国际原子能机构导则为参考,组织编制《放射性废物处置安全全过程系统分析与安全评价导则》,并且在修订国家标准GB9132《放射性固体废物近地表处置要求》时,也将“安全全过程系统分析”核心思想纳入到修订内容中了,并在第3条“术语和定义”节专门增设了该术语及定义。因此,我国高放废物处置领域的未来发展趋势必然需要紧密跟踪、大力追赶国际先进标准,全面开展基于“全过程”、“全系统”的高放废物安全全过程系统分析。在这一背景下,高放废物处置库中水泥基材料研究工作是安全全过程系统分析的必然要求。
2高放废物地质处置库水泥基材料性能
2.1渗透性能
在高放废物处置库中，土体的渗透性能可由其渗透系数进行表征，渗透系数反映了缓冲/回填材料阻滞地下水及气体泄露扩散的性能。等通过实验得出，干密度是影响渗透性能的重要因素，渗透系数随干密度增大而减小。过实验得出，试验温度会影响膨润土渗透性能，渗透系数会随试验温度的升高而增大，温度由80℃到90℃时，则有所降低；同时膨润土类型不同，渗透性能存在差异，但均能够满足处置库低渗透性的要求。通过实验得出，入浸液的类型、溶液浓度、pH值等均会影响膨润土渗透性能，溶液浓度越高，pH值越大，则渗透系数越大。目前，针对饱和、非饱和土的渗透性能以及相关的影响因素方面的研究已描述了其大致的变化规律，但目前对膨润土渗透性能的研究仪器均为自主研制，且因膨润土渗透系数低导致试验时间较长，宏观实验的可重复性较差，其测量结果受到选择不同的试验终止标准可能出现不同的测量结果，尤其是在渗滤液浓度较低的情况下更是如此。
2.2力学性质分析
围岩力学性能研究是处置库建造可行性的基础指标。
为了初步评价黏土围岩(泥岩)施工和建造条件，对塔木素因格井坳陷地区泥岩进行了系统的力学特性研究，采用单轴、三轴等常用测试手段获得了该地区泥岩的力学参数，为高放射性废物地质处置库黏土围岩场址筛选提供参考。
2.3纤维掺量对复合材料吸声性能的影响
固定混杂纤维增强延性水泥基复合材料的厚度为120mm，纤维长度为20mm，纤维密度不低于0.50g/cm3，研究纤维掺量对混杂纤维增强延性水泥基复合材料吸声性能的影响，随着纤维掺量的增加，混杂纤维增强延性水泥基复合材料的吸声性能有所变化，不同纤维掺量时在每个频率的吸声系数也存在差异。处于低频段时，混杂纤维对混杂纤维增强延性水泥基复合材料吸声系数的提升水平不高，当频率为500Hz时，吸声系数出现较大提升，其中纤维掺量为4、6kg/m3的试件吸声系数较大。混杂纤维增强延性水泥基复合材料的平均吸声系数随纤维掺量的变大逐渐变大，6kg/m3的试件平均吸声系数最大。
2.4持水性能
在高放废物处置库中的缓冲/回填材料在前期都是处于非饱和状态，膨润土在非饱和阶段的持水性能可通过持水曲线进行表征。沈珍瑶[18]等采用蒸汽平衡法测定了高吸力下膨润土的持水曲线，得到了土样的始干密度和初始含水率对最终含水率没有影响，并推测此与膨润土中的微裂隙有关。孟德林[19]等还通过滤纸法和压力板法测量了脱湿过程中砂-膨润土混合物的持水曲线，研究持水曲线与孔隙比和配合比之间的关系。结果表明，在同一孔隙比下砂-膨润土混合物的持水曲线随着膨润土的比例增加而向右上方移动，即混合物的进气值随着膨润土的比例增加而增大；另外，含砂量以及孔隙比相同时，膨润土与福建砂的混合物的持水曲线与日本Kunigel-V1膨润土与丰浦砂的混合物的持水曲线非常接近。针对高压实非饱和FoCa膨润土进行了一系列试验研究，得到了重现性良好的持水曲线。膨润土体积随试样吸力发生变化，变化过程中气体体积维持恒定，体积变化主要是由土中水和具有活性的膨润土之间发生复杂理化反应引起的。
2.5材料厚度对复合材料吸声性能的影响
材料厚度对混杂纤维增强延性水泥基复合材料存在一定干扰，将材料厚度依次设成30、60、90、120mm，纤维掺量为6kg/m3、纤维长度为20mm、纤维密度不低于0.50g/cm3。，混杂纤维增强延性水泥基复合材料的吸声系数随材料厚度的增加基本呈增大趋势，复合材料的吸声性能变好，特别是在频率为250Hz之内时厚度的作用最显著。频率为250Hz时，材料厚度从30mm增大至60mm，吸声系数稍有提高；厚度增大至90mm后，吸声系数再次增大；但当厚度变大至120mm后，吸声系数提高幅度最大。原因是材料厚度较大时，传入孔隙的声波闯过孔隙通道的时间也变长，声波在混杂纤维增强延性水泥基复合材料中的空隙里反射，粘弹性作用耗时较大，声能消退较快。
2.6含水率
含水率指岩石中自由水的质量占岩石总质量的百分比，间接反映了岩石内部的孔隙率，含水率越高则岩石内部孔隙越多。样品测量在现场进行，以保障测量值为自然状态下的含水率，每个层位选取3个样品测量求其平均值以减小误差。据式(1)求其含水率，得出泥岩样品含水率最低可达1.11%，最高也仅有2.52%，可见其含水率整体较低，孔隙率低，岩石较为致密程。
结束语
总之，膨润土性能研究仍有待进一步探索，随着研究的不断深入和对其他相关学科成果的借鉴，我国高放废物处置的缓冲回填材料技术将会不断迈上新的台阶。
参考文献
[1]王驹,凌辉,陈伟明.高放废物地质处置库安全特性研究[C].018:24-32.
[2]王驹,苏锐,陈亮,宗自华.论我国高放废物地质处置地下实验室发展战略[C].018:33-40.
[3]林文胜,梁书严,范致豪,刘振宇.高放废物处置库热作用对缓冲材料效能的影响[C].,2018:259-266.