[发明专利]一种水泥基材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水泥基材料及其制备方法，属于放射性废弃物固化技术领域。该水泥基材料，包括：30‑50份水泥，10‑60份硅灰，10‑60份矿粉，5‑15份粉煤灰，5‑15份偏高岭土，70‑90份焚烧灰，20‑30份核素固化剂，1‑2份减水剂，0.02‑0.1份增稠剂，2.5‑3.5份促凝剂，0.1‑0.5份晶核剂，60‑70份水。该制备方法，包括将各组分预搅拌，之后加入水，之后按照140‑150r/min的速度搅拌，之后按照250‑285r/min的速度搅拌得到所述水泥基材料。该水泥基材料形成的水泥固化体于放射性核素的固化能力强，浸出率可低至6.5×10^‑8cm/d。

技术领域

本发明涉及放射性废弃物固化技术领域，具体涉及一种水泥基材料及其制备方法。

背景技术

随着我国核电事业以及核能研究的不断进步，我国每年都会产生大量放射性废弃物，同时与放射性废弃物接触的建筑物、手套等也被放射性污染，通常对这些被放射性物质污染的材料进行焚烧处理，降低其体积，减少固化体的最终处置体积。

放射物因其放射性不同，所需要的固化方式也不同。中低放射性废弃物通常使用的固化方式为水泥固化。水泥固化，是将水泥基材料与中低放废物一起搅拌后，等待胶凝体硬化并养护到一定龄期，固化体产生一定的机械强度以及耐久性，从而将中低放废物固化到水泥基体中。其基本原理为，水泥自身的水化产物具有较大的比表面积，可以吸附放射性废物；水泥水化产物也为核素的共溶与取代提供大量的阴离子与阳离子位置；水泥水化后本身的高碱性环境也会促使某些核素离子产生沉淀。水泥固化优势在于，水泥本身造价低廉、工艺本身简单、不会产生其他废气，并且生产能力强，是一种公认的中低放废物的固化方法。但是水泥固化的缺陷是水泥基材料本身孔隙率高，并且随着水胶比的提升，孔隙率还会增大，这就会导致放射性核素浸出的可能性增加，特别是对于含有活性金属单质的焚烧灰，很容易在固化的过程中产生气泡导致水泥固化后形成较多的孔，导致其中的放射性核素难以固化，因此需要对水泥基体进行改性，增强水泥基材料的放射性核素固化能力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种水泥基材料及其制备方法，解决现有技术中难以固化含有活性金属单质的焚烧灰中的核素的技术问题。

单质铝在pH值高于11.75的碱性溶液中会发生如下反应，放出氢气：

2Al+6H₂O+2OH^-＝2Al(OH)₄^-+3H₂↑(反应式1)

含有活性单质铝的焚烧灰在使用水泥固化过程中，由于水泥水化过程中孔溶液的pH值高于13，导致发生反应式1中反应，生成氢气，造成水泥固化体孔隙率增大，甚至在水泥固化体硬化后发生膨胀，产生裂纹或破坏。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种水泥基材料，按照重量份数计算，包括以下组分：30-50份水泥，10-60份硅灰，10-60份矿粉，5-15份粉煤灰，5-15份偏高岭土，70-90份焚烧灰，20-30份核素固化剂，1-2份减水剂，0.02-0.1份增稠剂，2.5-3.5份促凝剂，0.1-0.5份晶核剂，60-70份水。

进一步地，所述核素固化剂为沸石。

进一步地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

进一步地，所述增稠剂为定优胶。

进一步地，所述促凝剂为聚合硫酸铝。

进一步地，所述晶核剂为羟基磷灰石。

本发明还提出一种上述水泥基材料的制备方法，包括将各组分预搅拌，之后加入水，之后搅拌得到所述水泥基材料。

进一步地，所述预搅拌的时间为10-15分钟。