放射性金屬廢物水泥砂漿固定配方研究

劉秋麗

（中核四川環(huán)保工程有限責(zé)任公司，四川 廣元 628000）

中國各類核設(shè)施已步入退役階段，退役過程中會產(chǎn)生大量的放射性固體廢物，其中大部分為放射性金屬廢物，對于無法解控的放射性金屬廢物通常采用在廢物桶或鋼箱中進(jìn)行砂漿固定的技術(shù)[1]。

砂漿固定技術(shù)主要依托于砂漿固定配方，因此需要研究滿足實(shí)際工程應(yīng)用要求的砂漿配方，即流動度大于310 mm、28 d抗壓強(qiáng)度不小于60 MPa、28 d抗氯離子電通量小于2 500 C，參考標(biāo)準(zhǔn)為EJ 1186—2005（以下簡稱“行標(biāo)”）[2]。

1 實(shí)驗(yàn)方法

先將水泥、粉煤灰、石英砂倒入攪拌鍋內(nèi)干攪30 s，再加入水和外加劑攪拌4～7 min，攪拌完成后澆筑于用于性能測試的不同型號的模具中，模具放入YH-40B型標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，24 h后對模具進(jìn)行脫模處理。

試驗(yàn)過程中對灰漿的流動度、泌水性以及養(yǎng)護(hù)28 d固定砂漿的抗壓強(qiáng)度、抗氯離子電通量進(jìn)行了測定。

2 實(shí)驗(yàn)條件準(zhǔn)備

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器選擇如下：JJ-5型水泥膠砂攪拌機(jī)（無錫錫儀建材儀器廠）、YH-40B型標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱（北京科達(dá)京威科技有限公司）、水泥膠砂流動度測定儀（成都市錫津試驗(yàn)儀器有限公司）、YAW-300C型抗壓強(qiáng)度測試儀、DTL-6型電通量測試裝置、ZN-BSJ型真空飽水設(shè)備（北京中科東晨科技有限公司）、電子天平（1/1 000）、電子秤（5 kg）。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料選擇如下：P.O52.5普通硅酸鹽水泥，由四川宗盛特種水泥有限公司生產(chǎn)；一級粉煤灰，由江油電廠生產(chǎn)；人工石英砂，粒徑為0.42～0.85 mm；減水劑，高強(qiáng)無收縮灌漿材料CGM；Φ50 mm×50 mm、Φ100mm×50 mm PVC塑料圓柱筒模；自來水等。

3 固定配方實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)混凝土配合比計(jì)算方法[3]及實(shí)際調(diào)研[4]設(shè)計(jì)了5組實(shí)驗(yàn)配方，如表1所示。

表1 固定配方理論計(jì)算配合比

4 結(jié)果與分析

4.1 灰漿流動度

砂漿流動度對放射性固體廢物固定工藝具有較大的影響，需要滿足較高的流動度以便于砂漿更好輸送、澆筑，但是，較大的流動度容易造成灰漿攪拌不均勻、骨料沉底等現(xiàn)象，因此，需要確定最佳水灰比以獲得流動性較好、攪拌較均勻的固定砂漿。

流動度測試方法參考GB/T 2419—2005[5]，測試結(jié)果如表2所示。

表2 灰漿流動度測試結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出隨著水灰比增大，砂漿流動度呈上升趨勢。配方1#和配方2#由于水灰比較小，流動性較低；配方5#水灰比較大，流動性較大，灰漿出現(xiàn)分層現(xiàn)象；配方3#和配方4#流動性效果較好，灰漿混合均勻，無分層現(xiàn)象。

4.2 固定砂漿性能測試

分別對配方1#—配方5#進(jìn)行取樣及性能測試，包括灰漿泌水性測試及28 d固定基材抗壓強(qiáng)度及抗氯離子電通量測試，測試過程及結(jié)果如下。

4.2.1 灰漿泌水性測試

高致密性固定砂漿要求泌水率為0%，泌水性測試方法如下：將制備好的灰漿迅速注入250 mL量筒中，然后用保鮮膜封口，防止水分蒸發(fā)?；覞{的用量為100cm3（約為1個Φ50×50 mm的圓模用量），使用2 mL量筒測泌水量。對5組配方進(jìn)行取樣及泌水性測試，測試結(jié)果如表3所示，5組配方泌水率為0%，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 泌水率測試試驗(yàn)結(jié)果

4.2.2 28 d固定基材抗壓強(qiáng)度測試

高致密性固定砂漿要求28 d抗壓強(qiáng)度大于等于60 MPa，具體測試方法參照GB/T 17671—1999[6]，測試結(jié)果如表4所示，5組配方抗壓強(qiáng)度均大于60 MPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 28 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

4.2.3 28 d固定基材抗氯離子電通量測試

根據(jù)核行標(biāo)要求，氯離子遷移電量應(yīng)小于2500C，因此，對5組樣品進(jìn)行了氯離子抗?jié)B性測試試驗(yàn)。按照具體操作方法進(jìn)行試驗(yàn)測試，氯離子遷移電量測試示意圖如圖1所示，試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)繪制電流與時間關(guān)系圖，對曲線作面積積分或按梯形法進(jìn)行面積積分，得到試驗(yàn)6 h通過的電通量，測試所得的總電通量應(yīng)換算成直徑為95 mm試件的電通量值。換算公式為Q=Qx×（95/x）2，Q為通過直徑為95 mm的試件的電通量，C；Qx為通過直徑為Xmm的試件的電通量，C；x為試件的實(shí)際直徑，mm。

圖1 氯離子遷移電量測試示意圖

測試結(jié)果如表5所示，5組配方均滿足要求。

表5 28 d抗氯離子電通量測試結(jié)果

4.2.4 綜合分析

對5組不同水灰比配方分別進(jìn)行了灰漿流動度、泌水性及養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度、抗氯離子電通量進(jìn)行了測試分析，綜合比較了5組配方實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果如表6所示。配方3#和配方4#流動度較好，灰漿攪拌效果較好，且28 d性能測試結(jié)果優(yōu)于其他3組配方，因此，推薦的水泥砂漿配方比例（按質(zhì)量比）為：P.O52.5水泥為26.5%～26.8%，細(xì)砂為53.9%～54.5%，粉煤灰為6.60%～6.67%，CGM減水劑為3‰，水灰比為0.13～0.14。

表6 灰漿流動度測試結(jié)果

5 結(jié)論

通過研究，得出了不可燃放射性固體廢物砂漿固定配方，即P.O52.5水泥為26.5%～26.8%、細(xì)砂為53.9%～54.5%、粉煤灰為6.60%～6.67%、CGM減水劑為3‰，水灰比為0.13～0.14。采用該配方形成的水泥砂漿流動度、28 d抗壓強(qiáng)度、28 d抗氯離子電通量等指標(biāo)均滿足行標(biāo)的要求，為進(jìn)一步工程實(shí)踐提供了技術(shù)支撐。