前期化学循环作用下石墨烯改性GMZ膨润土持水特性

高放射性废物深地质处置中,缓冲/回填材料在含盐地下水入渗及衰变热耦合作用下,可能遭受以盐化-淡化过程为主要形式的化学循环作用,从而影响其持水特性。针对中国首选缓冲/回填材料GMZ膨润土,根据北山预选处置场地下水主要离子为Na+和Cl-,研究了前期NaCl溶液循环作用下石墨烯改性GMZ膨润土的持水特性。结果表明,当吸力低于150 MPa时,随前期化学循环次数增加,石墨烯改性膨润土的持水性能不断提升,而干密度对持水性的影响逐渐弱化;当吸力超过150 MPa时,持水性能受前期化学循环影响不明显。石墨烯改性膨润土的持水曲线具有明显回滞性,但回滞幅度随前期化学循环次数增加而逐渐衰减。化学循环次数增加使水分滞留土体内部不易排出,因而进气值和残余饱和度不断增大、过渡段斜率逐渐趋缓。在前期化学循环过程中,含盐量不断累积,循环次数越多,渗透吸力越大,对持水性能的影响越显著。

石墨-膨润土缓冲材料的最优配置方法

核废料封存到处置库后还会继续释放衰变热,需要加快热量向周边围岩消散,确保处置库处于安全运行状态。而提高缓冲层的导热性能成为解决该问题的突破口。将天然石墨粉掺入到钠基膨润土中,以期配置成导热速度快、隔离能力强的缓冲层回填材料。通过开展石墨-膨润土混合物的自由膨胀率、恒体积膨胀力、饱和渗透系数和导热系数等试验,研究石墨掺入率(Rg分别为5%、10%、15%、20%、30%、40%)和不同粒径(297、150、74、44μm)对其水-力-热性能的影响规律。结果表明,掺入石墨后显著提高了膨润土的导热性能,但其提升幅度受石墨掺入率、初始含水率和初始干密度等因素影响。综合分析石墨-膨润土混合物的水-力-热性能参数,发现最优石墨掺入率处于15%~20%(质量比)范围内;相同石墨掺入率下石墨粒径为150μm或74μm时混合物的水-力性能最优。石墨-膨润土混合物压实后的孔隙分布显示,相同石墨掺入率下石墨粒径过大或者过小都易形成大孔隙。究其原因,天然鳞片状石墨呈扁平状,大部分膨润土颗(团)粒小于石墨,与石墨属于点-面接触方式。尤其是压实程度不高时,膨润土颗(团)粒和石墨接触面处存在大量的孔隙;而且石墨属于憎水性材料,对水分子的拖拽力弱,即使膨润土吸水膨胀后,水分也容易从石墨薄片表面处通过。

柔性石墨接地体在山区杆塔接地网中的应用

为解决山区杆塔设计存在地形复杂、土壤电阻率高等问题,提出了一种石墨膨润土和柔性石墨接地体在山区杆塔建设中配合使用的方法;并用数值仿真软件CDEGS对典型山区地形接地电阻仿真计算,针对不同地形地貌并结合柔性石墨接地体的优势提出一套优化设计和改造方案。工程实际应用表明,在山区特殊地形采用独特的杆塔接地网型式;并用石墨膨润土改善接地体周围土壤环境,能有效控制杆塔接地电阻在规程要求内,具有较高的应用价值和推广价值。