高温作用下含铀类花岗岩的损伤演化与氡析出规律研究

作     者：谭彪 

作者单位：南华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋复量;李涛

授予年度：2022年

学科分类：082704[工学-辐射防护及环境保护] 0709[理学-地质学] 070901[理学-矿物学、岩石学、矿床学] 07[理学] 08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：高温作用 正交设计 含铀类花岗岩 热损伤 氡析出 

摘      要：目前高放废物管理的优选策略是深地质处置,处置库的安全必须探讨各种复杂条件下地下围岩的性能变化规律。本文以高放废物处置库围岩(花岗岩)为研究对象,基于模型相似理论,在室内制备了含铀类花岗岩相似材料,研究了高温作用下类花岗岩试样的形貌、物相组成、孔隙结构、纵波波速、力学性能、导热性能和氡析出的变化规律。论文的主要研究内容和结论如下:(1)本文基于模型相似原理,设计正交试验,采用铀尾砂、石英砂、微硅粉、精铁粉等材料,制备了类花岗岩试样。对试样的物理力学性能参数进行多元回归分析,确定了试样的最优配比:水灰比为0.28、砂胶比为1.19、微硅粉质量占比为0.11%、精铁粉质量占比为0.25%。(2)对试样进行不同温度的热处理,分析了试样的表观形貌、纵波波速和孔隙结构的变化情况。结果表明,随着温度的升高,试样的表面有一定脱落,微观结构变得松散,纵波波速逐渐减小,孔隙分布没有突变,但孔隙体积有一定程度的降低。(3)测试了热处理后试样的力学性能和导热性能。结果表明,随着温度的升高,试样的抗压强度、抗拉强度逐渐增大,抗压强度从72.01 MPa增加至91.10MPa,抗拉强度从2.15 MPa增加至4.60MPa;导热系数和热扩散系数逐渐减小,导热系数从2.467减小至1.639W/(m·k),热扩散系数从1.316减小至0.847 mm/s。(4)综合分析了热处理后试样的力学强度与孔隙体积、纵波波速、导热系数的相关关系。结果发现,随着温度的升高,试样的力学强度(抗压强度和抗拉强度)与孔隙体积、纵波波速、导热系数均呈线性负相关关系。(5)基于密闭腔体法,测量了热处理后试样的累积氡浓度,并计算了氡析出率、氡扩散长度和扩散系数。结果表明,随着温度的升高,试样的氡析出率、氡扩散长度和氡扩散系数均呈现先增大后减小的规律。在100℃时,氡析出率值达到最大,单面和双面的氡析出率分别为:0.00914 Bq·m·s和0.00460 Bq·m·s,在200℃时,氡析出率值达到最小,单面和双面的氡析出率分别为:0.00516 Bq·m·s和0.00272 Bq·m·s。(6)综合分析了热处理后试样的物理力学性能与氡析出率之间的关系。两者的关系可分为两个阶段:Ⅰ阶段(25～100℃),孔隙水主导阶段,试样的氡析出率与孔隙体积、纵波波速、导热系数呈负相关关系;Ⅱ阶段(100～200℃),孔隙结构主导阶段,试样的氡析出率与孔隙体积、纵波波速、导热系数呈正相关关系。