温度和盐/碱作用下膨润土-砂-石墨缓冲材料膨胀力性能演化

缓冲材料是核废料等高放废物地质处置库的最后一道工程屏障,要想科学合理地评估缓冲材料的实际工作性能,需对温度场和化学场作用下非饱和缓冲材料的膨胀特性有清晰的认识。以膨润土-砂-石墨缓冲材料(BSG)为硏究对象,基于自主研发的膨胀力试验装置,系统研究了温度、化学溶液对BSG混合物的膨胀力的影响。结果表明:高温和化学溶液降低膨胀力。阳离子类型的影响通过其化学活性的差异来解释。Ca²⁺离子具有比Na⁺离子更高的交换容量。温度对膨胀力的影响超过了阳离子类型,在室温条件下,加入CaCl₂溶液的BSG混合物的膨胀力高于加入NaCl溶液的,而高温下规律则相反。随着NaOH溶液pH值的增加,膨胀力减小。在较高的温度下,下降速率取决于NaOH溶液pH值。高浓度的OH^-有利于双层膨胀和土体结构重排,不同浓度的NaOH溶液对膨胀力的影响表现为Na⁺和OH^-的相互作用。土体结构重新排列引起的双层膨胀力的增加和膨胀力的降低分别由双层厚度的减小和蒙脱石和硅酸盐矿物的溶解控制。