本发明专利技术属于高放废物地质处置缓冲/回填材料导热性能测试领域，具体涉及一种缓冲/回填材料导热系数测定装置及方法；本发明专利技术的目的是，针对现有技术不足，提供一种获得缓冲/回填材料的导热性能，控制高放废物罐中产生的衰变热能的有效传递，为高放废物深地质处置库工程设计提供依据的缓冲/回填材料导热系数测定装置及方法；包括气体加载装置(1)、试验箱体(2)、样品架(3)、螺杆(4)、样品(5)、测试探头(6)、加热器(7)、温度传感器(8)、气体监测探头(9)、液体(10)、阀门A(11)、阀门B(12)及阀门C(13)。
【技术实现步骤摘要】
一种缓冲/回填材料导热系数测定装置及方法
本专利技术属于高放废物地质处置缓冲/回填材料导热性能测试领域，具体涉及一种缓冲/回填材料导热系数测定装置及方法。
技术介绍
高放废物深地质处置库中的高放废物释热将引起废物体、包装容器、缓冲材料和围岩中温度的升高，导致处置库内缓冲/回填材料和围岩产生应力变化及材料矿物成分和性能的改变。作为高放废物衰变热向处置库围岩传递的导体，缓冲/回填材料(膨润土及其添加剂)的导热性影响温度场的形成和热应力的分布，是废物罐中产生的衰变热能否有效传递的控制参数，也是处置库温度设计的重要依据。导热系数是高放废物处置系统设计的最关键参数之一，因此获得缓冲/回填材料的导热系数是非常重要的。过去几十年里，已经发展了大量的导热测试方法与系统，但没有一种方法能够适合于所有的应用领域，对于特定的应用场合，也非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于材料的导热系数范围与样品特征，选择正确的测试方法。根据缓冲/回填材料在高放废物地质处置库中的不同形态，对导热系数测试方法和仪器进行了优化选择：较松散、含水量较低的样品和粉末状试样，选用ISOMET导热性能测量仪；含水量较高的样品在测试过程中受热的影响较大，容易造成水分的迁移而使测量结果不准确，选用基于瞬态平面热源法的HotDisk热常数分析仪，来快速、准确的测定高饱和度试样的导热系数、热扩散系数和比热。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对现有技术不足，提供一种获得缓冲/回填材料的导热性能，控制高放废物罐中产生的衰变热能的有效传递，为高放废物深地质处置库工程设计提供依据的缓冲/回填材料导热系数测定装置及方法。本专利技术的技术方案是：一种缓冲/回填材料导热系数测定装置，包括气体加载装置、试验箱体、样品架、螺杆、样品、测试探头、加热器、温度传感器、气体监测探头、液体、阀门A、阀门B及阀门C；其中气体加载装置通过管路与试验箱体相连通，管路靠近加载装置一端设有阀门A，管路靠近试验箱体一端设有阀门B，试验箱体下端设有加热器；试验箱体内部内面上设有样品架，两个样品上下放置于样品架内部，测试探头设于两个样品之间，螺杆穿过样品架将样品顶紧；所述温度传感器和气体监测探头设于试验箱体上部，箱体上还接有另一管路，所述阀门C设于该管路上。一种缓冲/回填材料导热系数测定方法，该方法基于上述的装置实现，包括以下步骤：步骤1、样品制备(1.1)按一定比例称取膨润土和添加剂的质量，采用喷雾法配制不同含水量的试验样品，并密封保存至少48小时，保证其均匀；(1.2)按预定的干密度和体积，计算并称量相应质量的膨润土和添加剂的质量；(1.3)将称量好的膨润土及添加剂装入压制模具，启动压力机进行样品压制，将脱模后的测试样品记录其质量和体积，迅速装入密封袋中备用；步骤2、样品安装(2.1)将测试探头6夹在两个试验样品5中间，放入样品架3，通过旋紧螺杆4使试验样品5与测试探头6紧密接触；(2.2)将安装好试样的样品架3放入试验箱体2中，倒入液体10，并控制液面高度低于样品架顶盖的高度；步骤3、样品测试(3.1)开启导热系数测试主机，同时启动加热器7，设定温度控制目标值30℃、50℃、70℃，待温度传感器8读数稳定后，开始测试，获取该试验样品在某一温度环境下的导热系数；(3.2)待加热温度稳定后，先打开阀门A11后再打开阀门B12，进行气体加载控制，通过气体监测探头9读取试验箱体内氧气的浓度，待监测到的浓度达到10ppm、5ppm、1ppm，开始测试，获取该试验样品在不同温度和气氛环境下的导热系数；(3.3)本组样品测试完毕后，关闭阀门B12和阀门A11，打开试验箱体2的顶盖，取出样品架，更换试验样品，按照试验步骤，开展下一组试验测试；(3.4)所有试验样品全部测试完成后，关闭阀门B12和阀门A11，打开阀门C13，将液体排净，关闭测试主机。(3.5)将试验样品取出后，采用烘干法测试样品的真实含水量，用于绘制该含水量试样在不同温度和气氛环境下的导热系数曲线。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的一种缓冲/回填材料导热系数测定装置及方法，能够实现快速、准确的测定不同饱和度试样的导热系数；(2)本专利技术的一种缓冲/回填材料导热系数测定装置及方法，可以实现不同温湿度和气氛等环境下样品的导热性能测试；(3)本专利技术的一种缓冲/回填材料导热系数测定装置及方法，操作方便、测量便捷，可开展重复测试，测试结果精度高；(4)本专利技术的一种缓冲/回填材料导热系数测定装置及方法，也可适用于岩石、混凝土、金属等材料的导热性能测试。附图说明图1是一种缓冲/回填材料导热系数测定装置结构示意图。图中：1-气体加载装置、2-试验箱体、3-样品架、4-螺杆、5-样品、6-测试探头、7-加热器、8-温度传感器、9-气体监测探头、10-液体、11-阀门A、12-阀门B、13-阀门C。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术进行进一步的介绍：一种缓冲/回填材料导热系数测定装置，包括气体加载装置1、试验箱体2、样品架3、螺杆4、样品5、测试探头6、加热器7、温度传感器8、气体监测探头9、液体10、阀门A11、阀门B12及阀门C13；其中气体加载装置1通过管路与试验箱体2相连通，管路靠近加载装置1一端设有阀门A11，管路靠近试验箱体2一端设有阀门B12，试验箱体2下端设有加热器7；试验箱体2内部内面上设有样品架3，两个样品5上下放置于样品架3内部，测试探头6设于两个样品5之间，螺杆4穿过样品架3将样品5顶紧；所述温度传感器8和气体监测探头9设于试验箱体2上部，箱体2上还接有另一管路，所述阀门C13设于该管路上。一种缓冲/回填材料导热系数测定，该方法基于上述的装置实现，包括以下步骤：步骤1、样品制备(1.1)按一定比例称取膨润土和添加剂的质量，采用喷雾法配制不同含水量的试验样品，并密封保存至少48小时，保证其均匀；(1.2)按预定的干密度和体积，计算并称量相应质量的膨润土和添加剂的质量；(1.3)将称量好的膨润土及添加剂装入压制模具，启动压力机进行样品压制，将脱模后的测试样品记录其质量和体积，迅速装入密封袋中备用；步骤2、样品安装(2.1)将测试探头6夹在两个试验样品5中间，放入样品架3，通过旋紧螺杆4使试验样品5与测试探头6紧密接触；(2.2)将安装好试样的样品架3放入试验箱体2中，倒入液体10，并控制液面高度低于样品架顶盖的高度；步骤3、样品测试(3.1)开启导热系数测试主机，同时启动加热器7，设定温度控制目标值30℃、50℃、70℃，待温度传感器8读数稳定后，开始测试，获取该试验样品在某一温度环境下的导热系数；(3.2)待加热温度稳定后，先打开阀门A11后再打开阀门B12，进行气体加载控制，通过气体监测探头9读取试验箱体内氧气的浓度，待监测到的浓度达到10ppm、5ppm、1ppm，开始测试，获取该试验样品在不同温度和气氛环境下的导热系数；(3.3)本组样品测试完毕后，关闭阀门B12和阀门A11，打开试验箱体2的顶盖，取出样品架，更换试验样品，按照试验步骤，开展下一组试验测试；(3.4)所有试验样品全部测试完成后，关闭阀门B12和阀门A11，打开阀门C13，将液体排净，关闭测试主机。(3.5)将试验样品取出后，采用烘干法测试样品的真实含水量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种缓冲/回填材料导热系数测定装置，其特征在于：包括气体加载装置(1)、试验箱体(2)、样品架(3)、螺杆(4)、样品(5)、测试探头(6)、加热器(7)、温度传感器(8)、气体监测探头(9)、液体(10)、阀门A(11)、阀门B(12)及阀门C(13)；其中气体加载装置(1)通过管路与试验箱体(2)相连通，管路靠近加载装置(1)一端设有阀门A(11)，管路靠近试验箱体(2)一端设有阀门B(12)，试验箱体(2)下端设有加热器(7)；试验箱体(2)内部内面上设有样品架(3)，两个样品(5)上下放置于样品架(3)内部，测试探头(6)设于两个样品(5)之间，螺杆(4)穿过样品架(3)将样品(5)顶紧；所述温度传感器(8)和气体监测探头(9)设于试验箱体(2)上部，箱体(2)上还接有另一管路，所述阀门C(13)设于该管路上。
【技术特征摘要】
1.一种缓冲/回填材料导热系数测定装置，其特征在于：包括气体加载装置(1)、试验箱体(2)、样品架(3)、螺杆(4)、样品(5)、测试探头(6)、加热器(7)、温度传感器(8)、气体监测探头(9)、液体(10)、阀门A(11)、阀门B(12)及阀门C(13)；其中气体加载装置(1)通过管路与试验箱体(2)相连通，管路靠近加载装置(1)一端设有阀门A(11)，管路靠近试验箱体(2)一端设有阀门B(12)，试验箱体(2)下端设有加热器(7)；试验箱体(2)内部内面上设有样品架(3)，两个样品(5)上下放置于样品架(3)内部，测试探头(6)设于两个样品(5)之间，螺杆(4)穿过样品架(3)将样品(5)顶紧；所述温度传感器(8)和气体监测探头(9)设于试验箱体(2)上部，箱体(2)上还接有另一管路，所述阀门C(13)设于该管路上。2.一种缓冲/回填材料导热系数测定方法，该方法基于权利要求1所述的装置实现，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、样品制备(1.1)按一定比例称取膨润土和添加剂的质量，采用喷雾法配制不同含水量的试验样品，并密封保存至少48小时，保证其均匀；(1.2)按预定的干密度和体积，计算并称量相应质量的膨润土和添加剂的质量；(1.3)将称量好的膨润土及添加剂装入压制模具，启动压力机进行样品压制，将脱模后的测试样...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘月妙，谢敬礼，曹胜飞，高玉峰，
申请(专利权)人：核工业北京地质研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11
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