本发明属于缓冲材料长期性能评价技术领域，具体涉及一种缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块的制备方法。
背景技术：
高放废物深地质处置库中需要大量的高压实缓冲材料作为重要的人工屏障，将其置于处置岩体与高放废物包装体间，起着工程屏障、水力学屏障、化学屏障、传导和散失放射性废物衰变热等重要作用，是地质处置库安全性和稳定性的重要保障。在膨润土基本性能研究的基础之上，世界各国科学家开始制备缓冲回填材料大型砌块，并对本国高放废物处置库预选膨润土开展室内和现场大型试验台架的研究工作。
理论上制备高压实膨润土方法主要有单向、双向、三向静力压制，但根据现有设备的技术水平，可行的方法为单向静力压制。我国于2005年开展缓冲材料大型试验台架研究工作，为了制备试验台架中所需大量的高压实半圆形膨润土块，我国科研工作者开展了大量的室内试验，受各种条件的限制，始终未能提出一种可满足试验要求的制备方法。
因此，本发明就是在这种情况下，根据大量的室内试验和测试，开发了一种基于位移和负荷控制方式，采用单轴静力压缩制备缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块的方法，经密度检测和尺寸测量，使用该方法制备的膨润土块密度均匀一致，尺寸偏差较小，可满足高放废物深地质处置库缓冲材料的要求。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术不足，提供一种缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块的制备方法，采用单轴静力压缩制备缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块的方法，以便能制备出密度均一，尺寸偏差较小，且满足高放废物深地质处置库缓冲材料要求的高压实半圆形膨润土块。
本发明所采用的技术方案是：
一种缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块的制备方法，包括步骤如下：
步骤一，压制准备；
步骤二，位移控制压制；
步骤三，负荷控制压制；
步骤四，二次位移控制压制；
步骤五，压制成型。
所述步骤一压制准备包括以下步骤：
步骤(1.1)按预定的干密度和体积，计算并称量相应质量的膨润土粉末，装入压制模具并预压实，设定压制样品的高度并在模具上做好标识。
步骤(1.2)，将装好膨润土的压制模具安装在压力机上，使模具和压力机上下压盘的中心点在同一条垂直线上，上压盘与模具间使用导向装置，压力机负荷不小于800kn。
所述步骤二中在位移控制方式下，以5mm/min的速度开始压制土块，限定目标设为负荷100kn。
所述步骤三包括以下步骤：
步骤(3.1)当负荷达到限制目标值后采用负荷控制方式压制土块，速度为1kn/s，限定目标设为负荷400-600kn；
步骤(3.2)负荷达到设定值后保持负荷值不变，继续压制，限定目标设为位移，该位移值可满足制备土块的高度要求。
所述步骤四中，位移达到设定值后，将控制方式转换为位移控制，并保持位移值不变继续压制，压制时间约10～20min。
所述步骤五中，结束压制，将压力机卸载，将轴向位移退回零点，取出压制成型的土样，测量并记录土块的尺寸和重量等基本参数。
所述缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块，其半径为80-100mm，高度为40-60mm，预设定干密度为1.6-1.8g/cm3。
本方法基于位移和负荷控制方式，采用单轴静力压缩制备缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块的方法，所述的压力机为微机控制电液伺服力学试验机，其加载方式为单向静力，保证压制全过程无冲击压力产生，且模具和压力机上下压盘的中心点在同一条垂直线上。
本发明的有益效果是：
1.本发明所述方法的是综合采用位移和负荷控制方式，并在制备膨润土块的过程中实现无冲击切换，进而实现制备缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块；
2.经密度检测和尺寸测量，使用该方法制备的膨润土块密度均匀一致，尺寸偏差较小，可满足高放废物深地质处置库缓冲材料的要求；
3.采用位移控制压制方式，可以将散土中的气体快速排出；
4.采用低速率压制方式可以使其土块颗粒产生定向排列，密度均匀一致；
5.采用位移控制并保持位移值不变，可以有效降低高压实膨润土块的回弹，保证土样尺寸偏差较小，满足缓冲材料工程性能试验要求。
附图说明
图1为使用本发明所述方法制备的高压实半圆形膨润土块。
具体实施方式
下面对本发明所提供的一种缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块的制备方法作进一步详细说明。
一种缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块的制备方法，包括步骤如下：
步骤一，压制准备；
步骤二，位移控制压制；
步骤三，负荷控制压制；
步骤四，二次位移控制压制；
步骤五，压制成型。
所述步骤一压制准备包括以下步骤：
步骤(1.1)按预定的干密度和体积，计算并称量相应质量的膨润土粉末，装入压制模具并预压实，设定压制样品的高度并在模具上做好标识。
步骤(1.2)，将装好膨润土的压制模具安装在压力机上，使模具和压力机上下压盘的中心点在同一条垂直线上，上压盘与模具间使用导向装置，压力机负荷不小于800kn。
所述步骤二中在位移控制方式下，以5mm/min的速度开始压制土块，限定目标设为负荷100kn。
所述步骤三包括以下步骤：
步骤(3.1)当负荷达到限制目标值后采用负荷控制方式压制土块，速度为1kn/s，限定目标设为负荷400-600kn；
步骤(3.2)负荷达到设定值后保持负荷值不变，继续压制，限定目标设为位移，该位移值可满足制备土块的高度要求。
所述步骤四中，位移达到设定值后，将控制方式转换为位移控制，并保持位移值不变继续压制，压制时间约10～20min。
所述步骤五中，结束压制，将压力机卸载，将轴向位移退回零点，取出压制成型的土样，测量并记录土块的尺寸和重量等基本参数。
所述缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块，其半径为80-100mm，高度为40-60mm，预设定干密度为1.6-1.8g/cm3。
本方法基于位移和负荷控制方式，采用单轴静力压缩制备缓冲材料试验台架高压实半圆形膨润土块的方法，所述的压力机为微机控制电液伺服力学试验机，其加载方式为单向静力，保证压制全过程无冲击压力产生，且模具和压力机上下压盘的中心点在同一条垂直线上。
实施例1
(1)按预定的干密度和体积，计算并称量相应质量的膨润土粉末，装入压制模具并预压实，设定压制样品的高度并在模具上做好标识。本例制备的膨润土块半径为80mm，高为40mm，干密度为1.6g/cm3。
(2)将装好膨润土的压制模具安装在压力机上，使模具和压力机上下压盘的中心点在同一条垂直线上，即三心一线，上压盘与模具间使用导向装置。压力机为微机控制伺服岩石力学试验机，压力机负荷不小于800kn，可实现无冲击切换位移和负荷控制方式。
(3)首先在位移控制方式下，以5mm/min的速度开始压制土块，限定目标设为负荷100kn。
(4)当负荷达到限制目标值后采用负荷控制方式压制土块，速度为1kn/s，限定目标设为负荷400kn。
(5)负荷达到设定值后保持负荷值不变，继续压制，限定目标设为位移，该位移值可满足制备土块的高度要求。
(6)当位移达到设定值后，将控制方式转换为位移控制，并保持位移值不变继续压制，压制时间约10min。
(7)结束压制，将压力机卸载，将轴向位移退回零点，取出压制成型的土样，测量并记录土块的尺寸和重量等基本参数。
实施例2
(1)按预定的干密度和体积，计算并称量相应质量的膨润土粉末，装入压制模具并预压实，设定压制样品的高度并在模具上做好标识。本例制备的膨润土块半径为90mm，高为50mm，干密度为1.7g/cm3。
(2)将装好膨润土的压制模具安装在压力机上，使模具和压力机上下压盘的中心点在同一条垂直线上，即三心一线，上压盘与模具间使用导向装置。压力机为微机控制伺服岩石力学试验机，压力机负荷不小于800kn，可实现无冲击切换位移和负荷控制方式。
(3)首先在位移控制方式下，以5mm/min的速度开始压制土块，限定目标设为负荷100kn。
(4)当负荷达到限制目标值后采用负荷控制方式压制土块，速度为1kn/s，限定目标设为负荷450kn。
(5)负荷达到设定值后保持负荷值不变，继续压制，限定目标设为位移，该位移值可满足制备土块的高度要求。
(6)当位移达到设定值后，将控制方式转换为位移控制，并保持位移值不变继续压制，压制时间约10min。
(7)结束压制，将压力机卸载，将轴向位移退回零点，取出压制成型的土样，测量并记录土块的尺寸和重量等基本参数。
实施例3
(1)按预定的干密度和体积，计算并称量相应质量的膨润土粉末，装入压制模具并预压实，设定压制样品的高度并在模具上做好标识。本例制备的膨润土块半径为100mm，高为60mm，干密度为1.8g/cm3。
(2)将装好膨润土的压制模具安装在压力机上，使模具和压力机上下压盘的中心点在同一条垂直线上，即三心一线，上压盘与模具间使用导向装置。压力机为微机控制伺服岩石力学试验机，压力机负荷不小于800kn，可实现无冲击切换位移和负荷控制方式。
(3)首先在位移控制方式下，以5mm/min的速度开始压制土块，限定目标设为负荷100kn。
(4)当负荷达到限制目标值后采用负荷控制方式压制土块，速度为1kn/s，限定目标设为负荷600kn。
(5)负荷达到设定值后保持负荷值不变，继续压制，限定目标设为位移，该位移值可满足制备土块的高度要求。
(6)当位移达到设定值后，将控制方式转换为位移控制，并保持位移值不变继续压制，压制时间约10min。
(7)结束压制，将压力机卸载，将轴向位移退回零点，取出压制成型的土样，测量并记录土块的尺寸和重量等基本参数。