本發(fā)明涉及土工試驗領(lǐng)域，特別是一種以較大干密度為目標的壓實膨潤土試樣及制備方法。

背景技術(shù)：

目前國際上大多認為采用多重障壁概念的深層地質(zhì)處置是解決高放射性廢料問題最為可行的方法。依據(jù)核能先進國家的經(jīng)驗，深層地質(zhì)處置主要依賴緩沖材料作為最后一道人工屏障。緩沖層應(yīng)具有足夠的力學(xué)強度和良好的延展性，以發(fā)揮其支撐高放射廢物容器及固化體、均化圍巖壓力、封閉圍巖裂隙、防止高放射廢物固化體和廢物容器的機械破壞等作用。

我國已基本選定膨潤土作為緩沖材料的原料，膨潤土是一種富含蒙脫石等粘土礦物的非金屬礦產(chǎn)，具有較強的吸濕性和膨脹性，可吸附8～15倍于自身體積水量，體積膨脹可達數(shù)倍至30倍；然而，未經(jīng)處理的膨潤土其性能難以滿足高放射廢物處置庫的性能要求，必須經(jīng)過壓實成型后才能作為緩沖材料使用。

為了研究不同壓實度試樣的膨脹力等試驗，均需要制備不同干密度的壓實試樣。傳統(tǒng)的制樣方法主要通過如下兩個方案提高壓實度：

1、控制試樣的初始濕度處于最優(yōu)含水量狀態(tài)。

2、增大壓實設(shè)備的壓實功。

顯然，該方案不適合膨潤土制樣，原因如下：

1、膨潤土加水至最優(yōu)含水率會迅速發(fā)生膨脹，很難通過機械力壓實恢復(fù)到初始密實狀態(tài)，而且水分很難在短時間內(nèi)和膨潤土混合均勻。

2、膨潤土干燥狀態(tài)下十分蓬松，顆粒極細且級配不良，通過機械力提高密實度的幅度有限。特別是需要得高壓實膨潤土試樣時，僅通過以上措施更難以達到預(yù)定的目標值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種壓實膨潤土試樣及制備方法，能夠延遲水與膨潤土的作用時間，在優(yōu)選的方案中，能夠調(diào)控膨潤土開始膨脹的時間點，調(diào)整膨潤土微粒級配。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種壓實膨潤土試樣，將膨潤土用包膜分散液進行包膜，然后根據(jù)最優(yōu)含水率按照預(yù)定干密度將包膜后的膨潤土用壓力設(shè)備進行壓實，將壓實后的膨潤土干燥后得到壓實膨潤土試樣。

優(yōu)選的方案中，所述的包膜分散液組分為乙醇溶解乙基纖維素，其中乙醇按重量百分比含量為20%~40%。

優(yōu)選的方案中，通過調(diào)節(jié)乙醇含量控制包膜厚度。

優(yōu)選的方案中，膨潤土與包膜分散液的配比為按重量份計的80:10~80:30。

優(yōu)選的方案中，膨潤土和包膜分散液需進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為30~50℃。

優(yōu)選的方案中，采用流化床進行膨潤土的包膜，通過調(diào)節(jié)流化床風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制包膜膨潤土的粒徑。

優(yōu)選的方案中，通過擊實試驗確定包膜膨潤土的最優(yōu)含水率。

優(yōu)選的方案中，所述壓力設(shè)備為壓力機，在環(huán)刀中將包膜膨潤土用5~10T壓力機壓實。

一種用于上述的壓實膨潤土試樣的制備方法，包括以下步驟：

一、將膨潤土干燥后放入流化床物料槽內(nèi)；

二、配制包膜分散液倒入流化床噴液系統(tǒng)中的粘合劑制備罐中；

三、進行預(yù)熱；

四、流化床在不同風(fēng)量下風(fēng)送膨潤土，將包膜分散液霧化噴出，對膨潤土進行包膜；

五、重復(fù)步驟四，得到不同粒徑的包膜膨潤土；

六、將不同粒徑的包膜膨潤土混合，取部分混合后的包膜膨潤土進行擊實試驗，確定其最優(yōu)含水率；

七、將包膜膨潤土混合至最優(yōu)含水率，按照所需密度稱重裝入環(huán)刀模具中，將環(huán)刀模具放入壓力設(shè)備中進行壓實；

八、將壓實后的環(huán)刀樣烘干；

通過以上步驟，得到壓實膨潤土試樣。

優(yōu)選的方案中，步驟四中，將流化床風(fēng)機轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為1000r/min、1100r/min、1200r/min、1300r/min、1400r/min、1500r/min和1600r/min，時間控制在1~1.5h。

本發(fā)明提供的一種壓實膨潤土試樣及制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

1、能夠?qū)崿F(xiàn)較高干密度的膨潤土的室內(nèi)制樣工藝。

2、能夠延時水與膨潤土的作用時間，從而明顯推遲膨潤土膨脹時間，并可通過包膜厚度調(diào)控膨潤土膨脹時間。

3、能夠通過控制包膜粒徑，增大膨潤土的不均勻系數(shù)。

4、材料環(huán)保，便于操作。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：

圖1為本發(fā)明中典型膨脹率隨時間變化曲線。

圖2為本發(fā)明的工藝流程圖。

具體實施方式

實施例1：

一種壓實膨潤土試樣，將膨潤土用包膜分散液進行包膜，然后根據(jù)最優(yōu)含水率按照預(yù)定干密度將包膜后的膨潤土用壓力設(shè)備進行壓實，將壓實后的膨潤土干燥后得到壓實膨潤土試樣。如圖2中，采用包膜后的膨潤土能夠延遲水與膨潤土作用時間，控制膨潤土試樣在試驗正式開始前膨脹。

優(yōu)選的方案中，所述的包膜分散液組分為乙醇溶解乙基纖維素，其中乙醇按重量百分比含量為20%~40%。優(yōu)選的，本例中乙醇的體積濃度為75%以上，進一步優(yōu)選的乙醇為無水乙醇。優(yōu)選的方案中，通過調(diào)節(jié)乙醇含量控制包膜厚度。當(dāng)乙醇含量較高，則包膜厚度較薄。從而控制膨潤土開始膨脹的時間點。

優(yōu)選的方案中，膨潤土與包膜分散液的配比為按重量份計的80:10~80:30。優(yōu)選為膨潤土與包膜分散液的配比為按重量份計的80:20。

優(yōu)選的方案中，膨潤土和包膜分散液需進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為30~50℃。優(yōu)選為40℃，對膨潤土和包膜分散液需進行預(yù)熱能夠提高物料的流動性。

優(yōu)選的方案中，采用流化床進行膨潤土的包膜，采用流化床將膨潤土用乙基纖維素分散液進行包膜造粒。流化床制粒也稱一步制粒法，是將常規(guī)濕法制粒的混合、制粒、干燥3個步驟在密閉容器內(nèi)一次完成的方法。物料在潔凈的熱氣流（負壓）作用下懸浮形成流化狀態(tài)，其表面與熱空氣完全接觸，受熱均勻，達到了最佳的熱交換狀態(tài)，從而有著極高的效率。通過調(diào)節(jié)流化床風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制包膜膨潤土的粒徑。從而制備不同粒徑的包膜微粒，調(diào)整膨潤土微粒級配。

優(yōu)選的方案中，通過擊實試驗確定包膜膨潤土的最優(yōu)含水率。擊實試驗是用錘擊實土樣以了解土的壓實特性的一種方法。是用不同的擊實功，即（錘重×落距×錘擊次數(shù)）分別錘擊不同含水量的土樣，并測定相應(yīng)的干容重，從而求得最大干容重、最優(yōu)含水量，為填土工程的設(shè)計、施工提供依據(jù)。

優(yōu)選的方案中，所述壓力設(shè)備為壓力機，在環(huán)刀中將包膜膨潤土用5~10T壓力機壓實。

一種用于上述的壓實膨潤土試樣的制備方法，包括以下步驟：

一、將膨潤土干燥后放入流化床物料槽內(nèi)；

二、配制包膜分散液倒入流化床噴液系統(tǒng)中的粘合劑制備罐中；

三、進行預(yù)熱；

四、流化床在不同風(fēng)量下風(fēng)送膨潤土，將包膜分散液霧化噴出，對膨潤土進行包膜；優(yōu)選的方案中，將流化床風(fēng)機轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為1000r/min、1100r/min、1200r/min、1300r/min、1400r/min、1500r/min和1600r/min，時間控制在1.5h。

五、重復(fù)步驟四，得到不同粒徑的包膜膨潤土；

六、將不同粒徑的包膜膨潤土混合，取部分混合后的包膜膨潤土進行擊實試驗，確定其最優(yōu)含水率；

七、將包膜膨潤土混合至最優(yōu)含水率，按照所需密度稱重裝入環(huán)刀模具中，將環(huán)刀模具放入壓力設(shè)備中進行壓實；

八、將壓實后的環(huán)刀樣烘干；

通過以上步驟，得到壓實膨潤土試樣。本例中得到的包膜膨潤土環(huán)刀樣的干密度為1.8～2.2。

實施例2：

1、取適量膨潤土在托盤中以1cm厚度攤開，放置在105℃烘箱內(nèi)干燥12h，干燥完成后取160g膨潤土放置于流化床物料槽內(nèi)。

2、取32g乙基纖維素加入反應(yīng)器皿中，緩慢加入8g乙醇溶液。用玻璃棒充分攪拌，得到乙基纖維素分散液，將乙基纖維素分散液倒入流化床噴液系統(tǒng)中的粘合劑制備罐中。

3、對流化床進行空機預(yù)熱，空機預(yù)熱的主要目的有兩個：流化床開機初始的進風(fēng)風(fēng)量一般都不穩(wěn)定，通過空機預(yù)熱讓設(shè)備運行一定時間后可以保證該參數(shù)趨于穩(wěn)定，避免參數(shù)不穩(wěn)定對后面物料預(yù)熱造成不利影響；二是通過機器預(yù)熱，可以減少物料預(yù)熱時間，提高效率。

4、對物料進行預(yù)熱：由于膨潤土顆粒細小、靜電較大，故應(yīng)在保證物料流化狀態(tài)下采用較低的進風(fēng)風(fēng)量，同時盡可能提高流化床的抖動頻率，物料預(yù)熱溫度為40℃。

5、開啟流化床噴液開關(guān)，使乙基纖維素分散液在一定的霧化壓力下噴出。流化床風(fēng)機轉(zhuǎn)速設(shè)置為1000r/min，時間控制在1h，噴液結(jié)束后，對物料進行干燥，干燥溫度設(shè)定為80℃。干燥完成后靜置冷卻至40℃后取出包膜膨潤土，裝入封口袋中編號為B1。

6、重復(fù)上述操作，流化床風(fēng)機轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為1100r/min、1200r/min、1300r/min、1400r/min、1500r/min、1600r/min，分別編號為B2、B3、B4、B5、B6、B7。

7、取等量B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7包膜膨潤土混合，以增大其不均勻系數(shù)，取部分混合包膜膨潤土進行擊實試驗，確定其最優(yōu)含水率。

8、將混合包膜膨潤土邊攪拌邊加水至最優(yōu)含水率。按照所需干密度稱重裝入環(huán)刀模具中，人工進行初步壓實。

9、將環(huán)刀模具放置于10T壓力機中，勻速緩慢加壓使混合物料壓實。

10、將壓實后的包膜膨潤土環(huán)刀樣立即放置105℃烘箱中，12h后取出置于封口袋中作為成品備用。本例中得到的包膜膨潤土環(huán)刀樣的干密度為1.8g/cm³。

實施例3：

1、取適量膨潤土在托盤中以1cm厚度攤開，放置在105℃烘箱內(nèi)干燥12h，干燥完成后取160g膨潤土放置于流化床物料槽內(nèi)。

2、取24g乙基纖維素加入反應(yīng)器皿中，緩慢加入16g乙醇溶液。并用玻璃棒充分攪拌，得到乙基纖維素分散液，將乙基纖維素分散液倒入流化床噴液系統(tǒng)中的粘合劑制備罐中。

3、對流化床進行空機預(yù)熱，空機預(yù)熱的主要目的有兩個：一是流化床開機初始的進風(fēng)風(fēng)量一般都不穩(wěn)定，通過空機預(yù)熱讓設(shè)備運行一定時間后可以保證該參數(shù)趨于穩(wěn)定，避免參數(shù)不穩(wěn)定對后面物料預(yù)熱造成不利影響；二是通過機器預(yù)熱，可以大大減少物料預(yù)熱時間，提高效率。

4、對物料進行預(yù)熱：由于膨潤土顆粒細小、靜電較大，故應(yīng)在保證物料流化狀態(tài)下采用較低的進風(fēng)風(fēng)量，同時盡可能提高流化床的抖動頻率，物料預(yù)熱溫度為40℃。

5、開啟流化床噴液開關(guān)，使乙基纖維素分散液在一定的霧化壓力下噴出。流化床風(fēng)機轉(zhuǎn)速設(shè)置為1000r/min，時間控制在1.5h，噴液結(jié)束后，對物料進行干燥，干燥溫度設(shè)定為80℃。干燥完成后靜置冷卻至40℃后取出包膜膨潤土，裝入封口袋中編號為B1。

6、重復(fù)上述操作，流化床風(fēng)機轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為1100r/min、1200r/min、1300r/min、1400r/min、1500r/min、1600r/min，分別編號為B2、B3、B4、B5、B6、B7。

7、取等量B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7包膜膨潤土混合，以增大其不均勻系數(shù)，取部分混合包膜膨潤土進行擊實試驗，確定其最優(yōu)含水率。

8、將混合包膜膨潤土邊攪拌邊加水至最優(yōu)含水率。按照所需干密度稱重裝入環(huán)刀模具中，人工進行初步壓實。

9、將環(huán)刀模具放置于10T壓力機中，勻速緩慢加壓使混合物料壓實。

10、將壓實后的環(huán)刀樣立即放置105℃烘箱中，12h后取出置于封口袋中作為成品備用。本例中得到的包膜膨潤土環(huán)刀樣的干密度為2.2g/cm³。

上述的實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對于本發(fā)明的限制，本申請中的實施例及實施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進，也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。