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)保工程有限責任公司，四川 廣元 628000）

中國各類核設施已步入退役階段，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行砂漿固定的技術[1]。

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

1 實驗方法

先將水泥、粉煤灰、石英砂倒入攪拌鍋內干攪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型標準恒溫恒濕養(yǎng)護箱內進行養(yǎng)護，24 h后對模具進行脫模處理。

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

2 實驗條件準備

2.1 實驗儀器

實驗儀器選擇如下：JJ-5型水泥膠砂攪拌機（無錫錫儀建材儀器廠）、YH-40B型標準恒溫恒濕養(yǎng)護箱（北京科達京威科技有限公司）、水泥膠砂流動度測定儀（成都市錫津試驗儀器有限公司）、YAW-300C型抗壓強度測試儀、DTL-6型電通量測試裝置、ZN-BSJ型真空飽水設備（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 實驗材料

實驗材料選擇如下：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 固定配方實驗設計

根據(jù)混凝土配合比計算方法[3]及實際調研[4]設計了5組實驗配方，如表1所示。

表1 固定配方理論計算配合比

4 結果與分析

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]，測試結果如表2所示。

表2 灰漿流動度測試結果

從實驗結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固定基材抗壓強度及抗氯離子電通量測試，測試過程及結果如下。

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)。灰漿的用量為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組配方進行取樣及泌水性測試，測試結果如表3所示，5組配方泌水率為0%，滿足標準要求。

表3 泌水率測試試驗結果

4.2.2 28 d固定基材抗壓強度測試

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

表4 28 d抗壓強度試驗結果

4.2.3 28 d固定基材抗氯離子電通量測試

根據(jù)核行標要求，氯離子遷移電量應小于2500C，因此，對5組樣品進行了氯離子抗?jié)B性測試試驗。按照具體操作方法進行試驗測試，氯離子遷移電量測試示意圖如圖1所示，試驗結束后，應繪制電流與時間關系圖，對曲線作面積積分或按梯形法進行面積積分，得到試驗6 h通過的電通量，測試所得的總電通量應換算成直徑為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為試件的實際直徑，mm。

圖1 氯離子遷移電量測試示意圖

測試結果如表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果

4.2.4 綜合分析

對5組不同水灰比配方分別進行了灰漿流動度、泌水性及養(yǎng)護28 d抗壓強度、抗氯離子電通量進行了測試分析，綜合比較了5組配方實驗結果，結果如表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（按質量比）為：P.O52.5水泥為26.5%～26.8%，細砂為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 灰漿流動度測試結果

5 結論

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抗壓強度、28 d抗氯離子電通量等指標均滿足行標的要求，為進一步工程實踐提供了技術支撐。