灌浆材料及其应用制作方法

D·J·布郎, S·G·希格桑

1996年10月23日

1994年8月25日

1993年9月16日

英国核子燃料公司

C04B40/00GK1134143SQ9419402

灌浆 材料 应用

1.一种灌浆材料，它与一定体积的含水液体或淤浆接触时能自行分散并在这种分散后能固化成固态物质，此材料包含一种组合物，即组合物X，此组合物包含下列成分的掺混物成分A占组合物重量的10％～95％的凝结性成分；成分B占组合物重量的2％～75％的崩解机制促进成分；成分C占组合物重量的0％～50％的任选润胀成分；成分D占组合物重量的0.1％～10％的粘结剂成分；成分A、B、C和D的百分数加起来为100％2.如权利要求1的材料，其中成分A、B和C中每种都包含平均粒径小于25微米的粉末3.如权利要求1或2的材料，它除了包含组合物X以外还包含一种或多种任选的添加剂4.如权利要求1或权利要求2或权利要求3的材料，其中该材料呈平均直径或长度大于0.5mm的粒子或切粒形式5.在一定体积的含水液体或淤浆中生成整块固态物的方法，该方法包括把如权利要求4的材料构成的粒料加入到液体或淤浆中的步骤，其数量应使该材料能在液体或淤浆的全部体积或其相当厚的一层中分散，从而使该材料分散在所说体积中，并使该材料凝固成整块固体6.如权利要求5中的方法，其中液体或淤浆含有有害物质并盛装在容器中7.如权利要求6中的方法，其中生成的固态块状物包括适合把容器内的物质密封起来的包封层或包封体8.一种如权利要求1的材料以及与本文所描述的这类材料的任一例子一样的材料9.如权利要求7的方法，其中在此方法中所用的材料是权利要求8的材料

本发明涉及灌浆材料及其应用方法灌浆或粘结材料通常通过将这种材料的粉末加入到水中用来形成固态刚性物质这类材料不仅可用来生成广泛用于建筑结构的混凝土，而且还可用于专门的用途，例如把诸如放射性废料之类的有害物质封藏在容器中通常要求灌浆材料一加入到水中就进行混合这种混合可能是既费时又花钱，而且在特殊的场合下还要求相当复杂的质量控制和保养例如，当把放射性废液或淤浆混合以便封藏时有时必须把粘结材料与废液或淤浆进行混合在这种场合下必须对混合设备做清除污染处理，而这是既有害又费时、费钱的本发明提供一种新颖的灌浆材料及其使用方法，它允许将这种材料加入到含水液体或淤浆中生成固态物质，以便将例如这种液体或淤浆包封在其中，而不需要传统的混合步骤按照本发明的第一个方面，提供了一种灌浆材料，它当与一定体积的含水液体或淤浆接触时会自行分散的，并且能在这种分散之后凝固成固态物质，这种材料包含一种组合物，即组合物X，它包含由下列成分组成的混合料成分A占组合物重量1O％～95％的凝结性成分；成分B占组合物重量2％～75％的崩解机制促进成分；成分C占组合物重量0％～50％的任选的润胀成分；成分D占组合物重量的0.1％～10％的粘结剂成分成分A、B、C和D的百分数加起来为100％希望的是，成分A、B和C中每一种都包含粉末，该粉末的平均粒径优选地小于25μ，尤其小于10μ包含组合物X的材料，除组合物X之外还可以包含其他任选的添加剂，例如硬化剂、惰性填料、强度诱导纤维或针状单晶以及生物活性物质，希望的是，此材料是颗粒或切粒状，其平均直径或长度大于0.5mm，例如在1mm～25mm之间这种粒子可以是球形、椭球、立方、长方、圆柱或其他合适的形状采用粒状材料的目的在于在粒子之间提供大的空隙，以便当被加入到含水液体或淤浆中时增加使用中的体积载荷量按照本发明的第二个方面，提供了一种在一定体积含水液体或淤浆内形成整块固体的方法，该方法包括把构成组合物X的上述材料的粒子加入到液体或淤浆中的步骤，其数量应使该材料能在液体或淤浆的全部体积或其相当厚的一层中分散，从而使得该材料分散在所说体积中，并使该材料凝固成整块固体此液体或淤浆可以包含诸如放射性废料之类的有害物质，且可以盛装在合适的容器，例如不锈钢桶中用所说方法形成的固态物质可以包含能适合将容器内盛物质密封起来的包封层或包封体本发明意外地和有益地提供了一种材料和使用这种材料的方法，它可以被用来把液体或淤浆，尤其是含有有害物质的液体或淤浆，包封在容器中，而不需要象传统的做法那样，为把此包封剂混入到淤浆中或生成单独的包封淤浆而付出高昂的代价含有如上面定义的成分B、C和D，以便与水泥一起使用的组合物在先有技术US3579366中是已知的但是，含有这类组合物的材料是打算作为添加剂与传统的水泥粉末一起用来减少水泥陈化时的收缩的将这类组合物加入到水泥粉末中，然后仍需要按传统的方法把水泥与水混合若按照本文所描述的，把要用的水泥粉不经混合地用来包封废液，则这类先有技术的组合物是不适用的因为当废液加入到此水泥基质中时，崩解反应就已经发生了在组合物X当中，成分A可以包含一种合适的已知无机水泥类材料这类材料一般包含诸如钙、镁、铅和矾等金属的诸如氧化物、铝酸盐和硅酸盐这类碱性化合物譬如说，波特兰水泥、石膏、高氧化铝水泥或它们的混合物可能是合适的优选的是，把成分A均匀地分布在整个组合物X的粒子中，其数量应足以使此成分与水接触时产生适当的凝结作用成分B是一种能产生有助于固体在整个液体介质中分散，以促进两者之间所要求的反应效果的添加剂它可以包括一种或多种高度溶于水的盐，如硝酸钙和/或碳酸钠替代地，成分B也可以包含一种作为分散剂的技术上已知的气体释放材料，这样，此材料通过在使用时放出气体来促进组合物X材料的分散例如，如同U.S.专利3579366所提出的，该分散剂可以包含至少一种能在组合物X使用时因反应热产生的升温条件下分解成至少一种气态分解产物的化合物这类合适的化合物的例子包括碳酸铵、碳酸氢铵和尿素这类化合物的优点是能完全分解成气态产物，以致在粒状组合物内不留残渣这类化合物还可以在造粒或切粒之前的任何时候加入到掺混物中按照另一种机理，此包含分散剂的成分B可以采取化合物混合物的形式，一种可选自由碳酸盐或碳酸氢盐构成的组，而另一种可选自由弱酸，如柠檬酸或酒石酸构成的组由于这些化合物的混合物几乎是立即起反应，所以它们应当在临造粒或切粒之前加入，这样大部分的气化分解将发生在因使用期间获得的反应热引起的升温步骤期间另一种当作成分B来使用的可能的混合物是细分散的金属，例如铝粒子，加上弱酸，例如柠檬酸和酒石酸这种混合物在使用期间将放出氢气可以占5％～50％(重量)的成分C可以包含一种或多种粘土或化学品，如阿拉伯胶任选成分C的作用是提供一种溶胀剂，它可以按控制的方式吸收水分从而降低收缩，以生成不开裂的可接受产物，从而能满意地包封更大体积的液体或淤浆成分D可以包含水和/或一种或多种水溶性有机液体，譬如一种或多种技术上已知的粘结剂，如易溶于水且不与其他成分反应的化合物这类化合物的例子包括硬脂酸、纤维素醚(如甲基纤维素、乙基纤维素和羧甲基纤维素)、氧化乙烯的聚合物或共聚物、羧基乙烯基聚合物、聚乙二醇和聚乙烯醇在含有组合物X的材料的粒子成形过程中，各种成分材料，即成分A～D加上任选的成分，被放在混合机或磨中互相混合或掺混在一起可以采用标准的造粒机或切粒设备或装置来造粒或切粒经造粒或切粒之后，粒料或切粒用诸如加热的方式处理以生产出符合要求的性质正确的成分比例、粒子尺寸范围和结合能量将生产出具有下列属性的切粒或粒子(a)有足够的强度将各种材料成分在使用前的贮存期间保持在一起；(b)使用时，当与液体接触时能使各成分分散的崩解机制；(c)在液体中分散或崩解之后固化并硬化的特性使用时，可以借助一种合适的加料器把由组合物X构成的材料的粒子或切粒加入到盛于合适容器(如不锈钢桶)中的含有害物质的废液或淤浆中代替地，也可以把液体或淤浆加入到盛装在容器内的粒子或切粒中在上述任何一种情况添加之后，都让容器放置一段适当的时间，例如24～48小时，但可能更长，例如长达7天，使组合物X材料的各种成分散到整个液体或淤浆中，并通过与水反应固化成一块刚性包封物质一旦固化，此包封固体就将有害物质保持在容器中，能防止在被包封容器的随后运输、处置或贮藏期间此种物质的迁移或沥浙下面，将结合实例来说明本发明的实施方案实例1通过将下列成分按上述的比例掺混及随后按上述方法造粒制成粒料20％(重量)波特兰水泥70％(重量)碳酸钠10％(重量)水(断续地加入)制成后立即将粒料放在炉内(依具体的配方和要求的性质不同最高为250℃的温度)进行热处理，随后以避免因来自空气的水分和CO2造成变质的方式贮存，例如置于料仓或袋子中的干燥条件下实例2通过把下列成分按所说百分比和上述的方式掺合在一起，随后按上述的方法造粒制成粒料90％(重量)波特兰水泥2.5％(重量)柠檬酸2.5％(重量)碳酸钠0.5％(重量)粘结剂4.5％膨胀添加剂(润胀剂)将制成的粒料立即放在炉内热处理并以避免因来自空气的水分或CO2造成变质的方法贮存