【摘 要】
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膨润土作为高放废物深层地质处置库中理想的缓冲/回填材料得到广泛关注。鉴于深地质处置库中的复杂环境,开展处置库中的膨润土性能研究具有重要意义。本文通过模拟地质处置库中的热-盐环境,对膨润土的膨胀性能机理和规律进行探究,得出以下成果:(1)开展了膨润土的液塑限试验、自由膨胀率试验和矿物成分测试,确定了所采用的钠基膨润土的各项物理化学指标。在0.5 mol/L的Na Cl、Ca Cl_2和KCl三种溶液
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膨润土作为高放废物深层地质处置库中理想的缓冲/回填材料得到广泛关注。鉴于深地质处置库中的复杂环境,开展处置库中的膨润土性能研究具有重要意义。本文通过模拟地质处置库中的热-盐环境,对膨润土的膨胀性能机理和规律进行探究,得出以下成果:（1）开展了膨润土的液塑限试验、自由膨胀率试验和矿物成分测试,确定了所采用的钠基膨润土的各项物理化学指标。在0.5 mol/L的Na Cl、Ca Cl2和KCl三种溶液中开展膨润土的液塑限试验,结果表明盐溶液中膨润土的液塑限比纯水条件下的测试值要低,这是由于溶液浓度较大时,扩散离子双电层厚度减小,膨润土吸附结合水的能力降低。另外,还发现Na Cl中塑性指数Ip最大,KCl溶液中的Ip最小,Ca Cl2溶液中的Ip介于两者中间,表明离子交换对膨润土吸附结合水的能力有较大影响。（2）在蒸馏水和不同浓度的NaCl、Ca Cl2和KCl溶液条件下,采用固结仪开展了膨润土压实试样的膨胀变形试验。结果表明膨润土的膨胀特性与溶液浓度（渗透吸力）和阳离子的种类有关。膨胀率随着浓度的变大而逐渐降低,这是由于孔隙水渗透吸力的增加导致了膨润土颗粒承担的有效应力的增加,进而抑制了膨润土的膨胀率。同时,溶液中其他离子与钠基膨润土之间的阳离子反应也导致了膨胀性能降低,其中K+离子对膨润土膨胀率的抑制最强,Ca2+次之。（3）基于膨润土的表面分形理论,采用分形模型建立了膨胀吸水体积的表达式,导出膨胀变形的理论公式。由氮吸附试验发现,溶液的浓度和阳离子成分对膨润土表面分维的影响较小。根据测得的表面分维,计算了不同种类的盐溶液中膨润土的有效应力,并建立了相应溶液中膨润土的em-Ps曲线。结果发现,在蒸馏水和不同浓度的Na Cl溶液中膨润土的膨胀变形均满足同一条em-Ps曲线,而Ca Cl2和KCl溶液中膨胀变形均小于该曲线预测值,且KCl溶液中的膨胀率最小。表明分形理论可将溶液浓度和阳离子交换对膨润土膨胀变形的影响清楚地表现出来,对在各类盐溶液中膨润土的膨胀性能估算具有重要的指导意义。（4）采用自制固结仪开展了热-盐耦合条件下的压实膨润土的膨胀变形试验,发现温度在一定条件下对膨润土的膨胀有着一定的促进作用,但当温度较高时（90℃）,高温浓溶液反而会抑制膨润土的最大膨胀率。依据各类热-盐耦合条件下膨润土em-Ps分形曲线关系,可以发现膨润土的膨胀系数K随着温度的升高而增大,但在温度较高的盐溶液时,可能是由于发生蒙脱石矿物分解使得蒙脱石含量降低,导致了膨胀性能降低。
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