一种地下核电站防渗复合灌浆材料及应用的制作方法 [0002] 日本福岛核事故发生后，引发了全球对核电站的安全问题又一次深思，地下核电 站因其有岩体的天然防护和屏蔽，大大降低了核电站发生含核素的放射性废水大规模扩散 的事故风险，从而将成为未来核电发展的一种新方向。地下核电站将涉核建筑物布置在地 下，不仅避免了事故工况下放射性废水产生地表径流污染，并能将可能产生的放射性废水 在岩体中隔绝处置。地下核电站严重事故工况下，设置高标准隔水帷幕阻断放射性废水外 渗污染地下水体，确保严重事故下放射性废水地下迁移可控，是关系到地下核电站对周边 生态环境影响的重要问题。目前，国内高标准隔水帷幕主要通过可灌性好的高分子材料灌 浆形成，价格昂贵，且在地下核电事故工况的高温、辐射条件下，高分子化学浆材的分子结 构稳定性和耐久性均存在较大问题，需要进一步深入研究适应地下核电站事故工况的高标 准隔水帷幕灌浆浆材和灌浆工艺。
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有的不足之处，而提供一种地下核电站防 渗复合灌浆材料及应用。 [0004] 为了实现上述目的，本发明所述地下核电站防渗复合灌浆材料用于填充岩体裂 隙，其特殊之处在于：选用纳米级粘土和水泥组合而成的复合物与水作为灌浆材料进行岩 体裂隙填充。当岩体裂隙的开度小于0. 2mm时，所述复合物中纳米级粘土和水泥按重量 2-4:1配比，复合物与水按重量1:3-5配比；当岩体裂隙的开度在0.2mm?0.5mm之间时， 所述复合物中纳米级粘土和水泥按重量为1-2:1配比，复合物与水按重量1:2-5配比；当岩 体裂隙的开度大于〇. 5_时，所述复合物中纳米级粘土和水泥按重量为1:1-3配比，复合物 与水按重量为1:1-3配比。 [0005] 进一步地，所述水泥为最大粒径小于12 μ m的超细水泥。优选地，所述纳米级粘土 为纳米级凹凸棒石粘土。
[0006] 所述的复合灌浆材料应用于地下核电站洞壁及洞周岩体裂隙灌浆填充。
[0007] 本发明的优点在于，首先对地下核电站厂址的岩体裂隙进行分级，针对不同等级 的裂隙使用不同的灌浆材料，并且利用复合灌浆材料中，纳米级粘土可灌性好、可塑性好、 吸附性强的优点与水泥按一定的配比灌入岩体裂隙中，增加了可灌性和岩体的整体防渗性 能，同时粘土的可塑性又增强了灌浆幕体的抗震性能，并且纳米级粘土的吸附性增强灌浆 幕体对核素迁移的吸附和阻隔作用。


[0008] 下面结合实施例详细说明本发明的实施情况。
[0009] 本发明结合核电技术与地下岩体工程防渗技术，根据地下核电站微裂隙岩体可灌 性差、帷幕设计标准高的特点，考虑到化学灌浆价格昂贵，且耐高温、辐射能力差，单一水泥 浆液灌注可灌性及幕体抗震性较差，创新性的提出细水泥一纳米级粘土复合灌浆材料用于 地下核电站放射性废水地下迁移防护隔水帷幕灌浆施工。
[0010] 本发明所述复合灌浆材料用于填充地下核电站洞壁及洞周岩体裂隙，选用纳米级 粘土和水泥组合而成的复合物与水作为灌浆材料进行岩体裂隙填充。当岩体裂隙的开度小 于0. 2mm时，所述复合物中纳米级粘土和水泥按重量2-4:1配比，复合物与水按重量1:3-5 配比；当岩体裂隙的开度在0. 2_?0. 5_之间时，所述复合物中纳米级粘土和水泥按重量 为1-2:1配比，复合物与水按重量1:2-5配比；当岩体裂隙的开度大于0. 5mm时，所述复合 物中纳米级粘土和水泥按重量为1:1-3配比，复合物与水按重量为1:1-3配比。其中水泥 为最大粒径小于12 μ m的超细水泥，纳米级粘土为纳米级凹凸棒石粘土。
[0011] 主要技术方案及要点分析如下：
[0012] (1)浆材灌浆特性分析
[0013] 1)现有细水泥生产工艺条件下，细水泥最大粒径Dmax可控制在12 μ m以下，平均 粒径D5(l可控制在约5 μ m，适用于张开度小于0. 5mm的微细裂隙岩体灌浆，但对张开度小于 0. 2_的岩体裂隙可灌性不好，且水泥灌浆幕体抗震性较差。
[0014] 2)纳米级粘土颗粒微细，经处理后粒径可达纳米级，在适当压力下，基本可灌入任 何透水岩体裂隙中，可显著增加地下核电站厂址微裂隙岩体的可灌性，确保形成高防渗性 能的隔水帷唇。
[0015] 3)纳米级粘土具有微膨胀性，可增加浆液灌入裂隙后的密室性，进一步提高幕体 的防渗性能。
[0016] 4)纳米级粘土具有可塑性，灌入基岩裂隙后，能形成一种不易龟裂的胶体，增强隔 水帷幕的抗震性能，降低地震作用对幕体的损伤。
[0017] 5)纳米级粘土具有优异的吸附性能，如凹凸棒石粘土具有独特的层链状结构特 征，在其结构中存在晶格置换，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状，可吸附溶液中的大小分 子。国内外有关研究成果表明，纳米级粘土对核素具有较强的吸附和阻隔作用，可降低严重 事故工况下含核素的放射性废水地下迁移外泄的浓度。
[0018] 6)单一粘土灌浆，结石体的防渗能力强，但强度不高。
[0019] (2)细水泥一纳米级粘土复合灌浆作用机理
[0020] 细水泥一纳米级粘土复合灌浆作用机理是充分利用细水泥强度高，粘土可灌性 好、可塑性好、吸附性强的优点，将两种材料按一定的配比同时或先后灌入岩体裂隙中，形 成复合灌浆幕体。
[0021] 细水泥一纳米级粘土复合灌浆中细水泥组分主要作用是填充大的裂隙通道并确 保幕体强度；粘土组分主要作用是增强可灌性和幕体防渗性能，同时利用纳米级粘土的可 塑性增强幕体的抗震性能，利用纳米级粘土的吸附性增强幕体对核素迁移的吸附和阻隔作 用、降低含核素的放射性废水地下迁移外泄的浓度。
[0022] (3)室内浆材试验
[0023] 根据具体厂址工程地质及水文地质特性开展室内浆材试验，通过不同纳米级粘土