一种中低放射性核废料固化与封装材料的制作方法

1.本发明涉及核物理、核工程、处理放射性污染材料技术领域，具体为一种中低放射性核废料固化与封装材料。


背景技术：

2.核废料，是指带有放射性的废料，它不仅产生于核电站中，也产生于核燃料生产加工、医院、同位素生产等领域，和其他工业废料相比，核废料最大的特点就在于带有放射性，其危害来源也正是放射性，根据放射性强度的不同，核废料可分为高放废料和中低放废料，高放废料主要来源于核电站燃烧后的核燃料，一般称为乏燃料，这些乏燃料由于在核电站堆芯中发生了裂变反应，具有很强的放射性，中低放废料则包括所有没有被列为高放废料的核废料，它主要来源于核电站使用过的工作服、手套、废弃退役的仪器设备，核燃料生产加工产生的废料和医院废弃的放射医疗设备等，中低放射性核废料处理要进行固化、封装，随后进行地质处理。
3.现有同类材料需要使用金属以及合金材料，同时现有的同类材料强度和耐久度较低，基于此，提出了一种中低放射性核废料固化与封装材料来解决现有技术中所存在的缺点。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种中低放射性核废料固化与封装材料，具有可泵送施工、常温养护的超高强度、优异耐久性等优点，解决了现有同类材料需要使用金属以及合金材料，同时现有的同类材料强度和耐久度较低的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种中低放射性核废料固化与封装材料，包括a组份和b组份，所述a组份包括以下重量份数配比的原料：水泥270-480份、0.16-1.25mm重晶石机制砂330-600份、磨细矿粉50-200份，硅灰50-150份，漂珠10-50份，减水剂1-3份，保水剂1-3份，消泡剂1-3份，所述b组份包括以下重量份数配比的原料：9-12mm镀铜钢纤维(直径0.15-0.20mm)。
8.进一步，所述水泥为52.5级普通硅酸盐水泥，所述磨细矿粉为s95级以上级磨细粒化高炉矿渣粉、火山灰中的一种或两种，所述硅灰为工业硅铁电收尘捕集灰，所述漂珠为物理精选一级粉煤灰，所述减水剂为f10高效减水剂，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素(hpmc)，所述消泡剂为p803消泡剂。
9.进一步，所述1.4mm重晶石机制砂、50-150份亚微米级的硅灰、以及含有10-50漂珠等为组成的最大颗粒。
10.进一步，所述a组份包括以下重量份数配比的原料：水泥270份、0.16-1.25mm重晶石机制砂330份、磨细矿粉50份，硅灰50份，漂珠10份，减水剂1份，保水剂1份，消泡剂1份，所
述b组份包括以下重量份数配比的原料：9-12mm镀铜钢纤维(直径0.15-0.20mm)。
11.进一步，所述a组份包括以下重量份数配比的原料：水泥340份、0.16-1.25mm重晶石机制砂420份、磨细矿粉100份，硅灰100份，漂珠25份，减水剂2份，保水剂2份，消泡剂2份，所述b组份包括以下重量份数配比的原料：9-12mm镀铜钢纤维(直径0.15-0.20mm)。
12.进一步，所述a组份包括以下重量份数配比的原料：水泥410份、0.16-1.25mm重晶石机制砂510份、磨细矿粉150份，硅灰100份，漂珠35份，减水剂2份，保水剂2份，消泡剂2份，所述b组份包括以下重量份数配比的原料：9-12mm镀铜钢纤维(直径0.15-0.20mm)。
13.进一步，所述a组份包括以下重量份数配比的原料：水泥480份、0.16-1.25mm重晶石机制砂600份、磨细矿粉200份，硅灰150份，漂珠50份，减水剂3份，保水剂3份，消泡剂3份，所述b组份包括以下重量份数配比的原料：9-12mm镀铜钢纤维(直径0.15-0.20mm)。
14.本发明要解决的问题是提供一种低放射性核废料固化与封装材料，包括以下步骤：
15.1)对a组份中水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂和消泡剂分别进行取料和称重，称重完后备用；
16.2)对b组份中镀铜钢纤维进行取料和称重，称重完后备用；
17.3)取步骤1)和步骤2)中的水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂、消泡剂和镀铜钢纤维，然后将水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂、消泡剂和镀铜钢纤维倒入到反应釜内进行搅拌；
18.4)对步骤3)中的反应釜内部加入水拌和均匀即可得到中低放射性核废料固化与封装材料。
19.进一步，所述a组份、b组份和水的质量比为100∶12∶10。
20.(三)有益效果
21.与现有技术相比，本发明提供了一种中低放射性核废料固化与封装材料，具备以下有益效果：
22.该中低放射性核废料固化与封装材料，是一种具有可泵送施工、常温养护的超高强度、优异耐久性的uhpc超高性能混凝土预混料，通过取消常规粗骨料，以提高材料内部结构的匀质性，剔除粗骨料而代之以平均粒径0.20mm的重晶石机制砂，较小过渡区的厚度和范围，消除粗骨料对浆体收缩的约束，在整体上提高体系的匀质性，从而改善这种可泵送常温养护超高性能混凝土的各项性能，同时，骨料粒径减小，其自身存在缺陷的概率也低，从而中低放射性核废料固化与封装材料整个基体缺陷也随之减少，改善浆体的力学性能、强化浆体与骨料的界面，提高浆体的密实性、抗渗性和其它力学性能，解决了现有同类材料需要使用金属以及合金材料，同时现有的同类材料强度和耐久度较低的问题。
具体实施方式
23.下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例一：
25.一种中低放射性核废料固化与封装材料，包括a组份和b组份，a组份包括以下重量份数配比的原料：水泥270份、0.16-1.25mm重晶石机制砂330份、磨细矿粉50份，硅灰50份，漂珠10份，减水剂1份，保水剂1份，消泡剂1份，b组份包括以下重量份数配比的原料：9-12mm镀铜钢纤维(直径0.15-0.20mm)。
26.其中，水泥为52.5级普通硅酸盐水泥，磨细矿粉为s95级以上级磨细粒化高炉矿渣粉、火山灰中的一种或两种，硅灰为工业硅铁电收尘捕集灰，漂珠为物理精选一级粉煤灰，减水剂为f10高效减水剂，保水剂为羟丙基甲基纤维素(hpmc)，消泡剂为p803消泡剂。
27.需要说明的是，1.4mm重晶石机制砂、50-150份亚微米级的硅灰、以及含有10-50漂珠等为组成的最大颗粒。
28.本发明要解决的问题是提供一种低放射性核废料固化与封装材料，包括以下步骤：
29.1)对a组份中水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂和消泡剂分别进行取料和称重，称重完后备用；
30.2)对b组份中镀铜钢纤维进行取料和称重，称重完后备用；
31.3)取步骤1)和步骤2)中的水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂、消泡剂和镀铜钢纤维，然后将水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂、消泡剂和镀铜钢纤维倒入到反应釜内进行搅拌；
32.4)对步骤3)中的反应釜内部加入水拌和均匀即可得到中低放射性核废料固化与封装材料。
33.其中，a组份、b组份和水的质量比为100∶12∶10。
34.采用这样的配比值配比出来的中低放射性核废料固化与封装材料具有可泵送施工、常温养护的超高强度、优异耐久性的uhpc超高性能，其组成和质量分数见表1。
35.表1
[0036][0037]
实施例二：
[0038]
一种中低放射性核废料固化与封装材料，包括a组份和b组份，a组份包括以下重量份数配比的原料：水泥340份、0.16-1.25mm重晶石机制砂420份、磨细矿粉100份，硅灰100份，漂珠25份，减水剂2份，保水剂2份，消泡剂2份，b组份包括以下重量份数配比的原料：9-12mm镀铜钢纤维(直径0.15-0.20mm)。
[0039]
其中，水泥为52.5级普通硅酸盐水泥，磨细矿粉为s95级以上级磨细粒化高炉矿渣粉、火山灰中的一种或两种，硅灰为工业硅铁电收尘捕集灰，漂珠为物理精选一级粉煤灰，减水剂为f10高效减水剂，保水剂为羟丙基甲基纤维素(hpmc)，消泡剂为p803消泡剂。
[0040]
需要说明的是，1.4mm重晶石机制砂、50-150份亚微米级的硅灰、以及含有10-50漂
珠等为组成的最大颗粒。
[0041]
本发明要解决的问题是提供一种低放射性核废料固化与封装材料，包括以下步骤：
[0042]
1)对a组份中水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂和消泡剂分别进行取料和称重，称重完后备用；
[0043]
2)对b组份中镀铜钢纤维进行取料和称重，称重完后备用；
[0044]
3)取步骤1)和步骤2)中的水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂、消泡剂和镀铜钢纤维，然后将水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂、消泡剂和镀铜钢纤维倒入到反应釜内进行搅拌；
[0045]
4)对步骤3)中的反应釜内部加入水拌和均匀即可得到中低放射性核废料固化与封装材料。
[0046]
其中，a组份、b组份和水的质量比为100∶12∶10。
[0047]
采用这样的配比值配比出来的中低放射性核废料固化与封装材料具有可泵送施工、常温养护的超高强度、优异耐久性的uhpc超高性能，其组成和质量分数见表2。
[0048]
表2
[0049][0050][0051]
实施例三：
[0052]
一种中低放射性核废料固化与封装材料，包括a组份和b组份，a组份包括以下重量份数配比的原料：水泥410份、0.16-1.25mm重晶石机制砂510份、磨细矿粉150份，硅灰100份，漂珠35份，减水剂2份，保水剂2份，消泡剂2份，b组份包括以下重量份数配比的原料：9-12mm镀铜钢纤维(直径0.15-0.20mm)。
[0053]
其中，水泥为52.5级普通硅酸盐水泥，磨细矿粉为s95级以上级磨细粒化高炉矿渣粉、火山灰中的一种或两种，硅灰为工业硅铁电收尘捕集灰，漂珠为物理精选一级粉煤灰，减水剂为f10高效减水剂，保水剂为羟丙基甲基纤维素(hpmc)，消泡剂为p803消泡剂。
[0054]
需要说明的是，1.4mm重晶石机制砂、50-150份亚微米级的硅灰、以及含有10-50漂珠等为组成的最大颗粒。
[0055]
本发明要解决的问题是提供一种低放射性核废料固化与封装材料，包括以下步骤：
[0056]
1)对a组份中水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂和消泡剂分别进行取料和称重，称重完后备用；
[0057]
2)对b组份中镀铜钢纤维进行取料和称重，称重完后备用；
[0058]
3)取步骤1)和步骤2)中的水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂、消泡剂和镀铜钢纤维，然后将水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂、消泡剂和镀铜钢纤维倒入到反应釜内进行搅拌；
[0059]
4)对步骤3)中的反应釜内部加入水拌和均匀即可得到中低放射性核废料固化与封装材料。
[0060]
其中，a组份、b组份和水的质量比为100∶12∶10。
[0061]
采用这样的配比值配比出来的中低放射性核废料固化与封装材料具有可泵送施工、常温养护的超高强度、优异耐久性的uhpc超高性能，其组成和质量分数见表3。
[0062]
表3
[0063][0064]
实施例四：
[0065]
一种中低放射性核废料固化与封装材料，包括a组份和b组份，a组份包括以下重量份数配比的原料：水泥480份、0.16-1.25mm重晶石机制砂600份、磨细矿粉200份，硅灰150份，漂珠50份，减水剂3份，保水剂3份，消泡剂3份，b组份包括以下重量份数配比的原料：9-12mm镀铜钢纤维(直径0.15-0.20mm)。
[0066]
其中，水泥为52.5级普通硅酸盐水泥，磨细矿粉为s95级以上级磨细粒化高炉矿渣粉、火山灰中的一种或两种，硅灰为工业硅铁电收尘捕集灰，漂珠为物理精选一级粉煤灰，减水剂为f10高效减水剂，保水剂为羟丙基甲基纤维素(hpmc)，消泡剂为p803消泡剂。
[0067]
需要说明的是，1.4mm重晶石机制砂、50-150份亚微米级的硅灰、以及含有10-50漂珠等为组成的最大颗粒。
[0068]
本发明要解决的问题是提供一种低放射性核废料固化与封装材料，包括以下步骤：
[0069]
1)对a组份中水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂和消泡剂分别进行取料和称重，称重完后备用；
[0070]
2)对b组份中镀铜钢纤维进行取料和称重，称重完后备用；
[0071]
3)取步骤1)和步骤2)中的水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保
水剂、消泡剂和镀铜钢纤维，然后将水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂、消泡剂和镀铜钢纤维倒入到反应釜内进行搅拌；
[0072]
4)对步骤3)中的反应釜内部加入水拌和均匀即可得到中低放射性核废料固化与封装材料。
[0073]
其中，a组份、b组份和水的质量比为100∶12∶10。
[0074]
采用这样的配比值配比出来的中低放射性核废料固化与封装材料具有可泵送施工、常温养护的超高强度、优异耐久性的uhpc超高性能，其组成和质量分数见表4。
[0075]
表4
[0076][0077]
其中，通过取消常规粗骨料，以提高材料内部结构的匀质性，剔除粗骨料而代之以平均粒径0.20mm的重晶石机制砂，较小过渡区的厚度和范围，消除粗骨料对浆体收缩的约束，在整体上提高体系的匀质性，从而改善这种可泵送常温养护超高性能混凝土的各项性能，同时，骨料粒径减小，其自身存在缺陷的概率也低，从而中低放射性核废料固化与封装材料整个基体缺陷也随之减少。
[0078]
需要说明的是，重晶石机制砂材料本身也是防辐射混凝土常基本材料，其防辐射机理无须赘述。
[0079]
本实施例中的中低放射性核废料固化与封装材料所用硅灰，其二次水化反应会消耗大量ca(oh)2晶体，同时生成大量水化硅酸钙凝胶，可以改善界面区的微观结构，提高浆体的密实性、抗渗性和其它力学性能。
[0080]
其中，采用活性基材及与活性组分相容性良好的f10聚羧酸类减水剂，以降低水胶比，又能达到良好的可泵送性。
[0081]
需要说明的是，根据最近堆积模型，优化颗粒级配，采用多级粒径分布，达到最优堆积密度。
[0082]
需要说明的是，dinger和funk关于连续粒径分布的堆积模型为：
[0083][0084]
式中：u(dp)——粒径小于dp的颗粒的体积分数；
[0085]
dp——颗粒粒径；
[0086]
dpl——体系中最大的颗粒粒径；
[0087]
dmin——体系中最小的颗粒粒径；
[0088]
q——funk指数(分布指数)。
[0089]
其中，掺入镀铜钢纤维，以增加其韧性和体积稳定性。
[0090]
可以理解的是，通过设置的漂珠、保水剂、消泡剂等利于改善材料体系的孔结构或者施工性能。
[0091]
将实施例1-4制得的中低放射性核废料固化与封装材料进行性能测试，通过严格的实验，实施效果见表5。
[0092]
实施结果汇总表 表5
[0093][0094]
本发明的有益效果是：
[0095]
该中低放射性核废料固化与封装材料，通过采用水泥、重晶石机制砂、磨细矿粉、硅灰、漂珠、减水剂、保水剂、消泡剂和镀铜钢纤维所制成的中低放射性核废料固化与封装材料，具有可泵送施工、常温养护的超高强度、优异耐久性的uhpc超高性能，通过取消常规粗骨料，以提高材料内部结构的匀质性，剔除粗骨料而代之以平均粒径0.20mm的重晶石机制砂，较小过渡区的厚度和范围，消除粗骨料对浆体收缩的约束，在整体上提高体系的匀质性，从而改善这种可泵送常温养护超高性能混凝土的各项性能，同时，骨料粒径减小，其自身存在缺陷的概率也低，从而中低放射性核废料固化与封装材料整个基体缺陷也随之减少，改善浆体的力学性能、强化浆体与骨料的界面，提高浆体的密实性、抗渗性和其它力学性能。
[0096]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。