高放废物地质处置用低pH胶凝材料及其基本性能试验研究

pH值小于11的低pH胶凝材料是高放废物处置库建造所需的关键材料。为支撑我国北山高放废物地质处置地下实验室和未来处置库的建设,本文采用破碎溶出法,研究普通硅酸盐水泥掺入不同矿物掺合料后硬化体pH值的变化规律,得到了低pH胶凝材料的配比。通过渗透、浸泡和极限溶出试验评价了低pH胶凝材料的可靠性,借助X射线衍射和扫描电镜,结合室内试验,测定分析了其水化产物、抗压强度和流变参数,并评估了其对北山地下水环境的影响。结果表明:胶凝材料中CaO/SiO2(质量比)与硬化体pH值呈线性关系,低pH胶凝材料的基础配比为在普通硅酸盐水泥中掺入40%的硅灰,硬化体渗透水和浸泡水的pH值分别在约28 d和90 d降低至11以下,在万年尺度分解为松散颗粒时的最大pH值约为11.2,满足处置库要求。与普通硅酸盐水泥相比,低pH胶凝材料150 d水化产物中不含氢氧化钙,胶砂体28 d抗压强度更高,但相同水胶比时注浆浆液的黏稠度更大;按照水固比1∶1浸泡硬化体,浸泡水的主要离子浓度变化幅度不大,对北山地下水环境的影响更小。

低pH胶凝材料pH测试方法研究

低pH胶凝材料的开发对pH测试方法和测量结果的准确性提出了更高的要求。通过调研国内外相关文献,论述了水泥基材料pH的测试方法——孔溶液压取法PFE、原位浸出法ISL和磨碎溶出法ESL,在对比、分析各方法优缺点的基础上,探讨了三种方法对低pH胶凝材料的适用性,研究认为磨碎溶出法更适合低pH胶凝材料的测试。针对西班牙国家研究委员会常规磨碎溶出法R-ESL的不足,在不考虑测试过程中样品和溶液碳化的情况下,提出了一种简化的测试方法S-ESL,用两种方法测试了硅灰等量替代40%普通硅酸盐水泥硬化水泥浆体孔溶液的pH,同时对S-ESL测量结果的可靠性进行验证。结果表明:S-ESL比R-ESL测量结果低0.16左右;S-ESL测量结果的重复性较好,重复性值r均小于0.1;S-ESL测量结果在10.84以下可以认为满足胶凝材料的设计要求。研究结果对低pH胶凝材料的pH测试方法具有一定的参考作用。