测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置及方法，涉及高放废物处置技术领域。所述测量装置包括缸体，所述缸体内部成型有用以盛装试样的中空腔，中空腔段缸体内壁成型有环形储水腔，所述储水腔通过第一注水孔连接注水装置；所述中空腔段缸体内壁还设置有用于密封试样边界的密封胶。本发明专利技术公开的测量装置，既可以通过在缸体侧壁设置储水腔，储水腔内注水加压增加硅胶相对于试样的黏附力，保证试样边界的密封性，以研究缓冲材料气体迁移特性，也可以通过于储水腔内设置恒定体积的水，根据试样吸水膨胀挤压储水腔内水时，水压的变化量，测量试样吸水膨胀产生的膨胀力，功能齐全，且测量结果更加准确。

Device and method for measuring gas migration characteristics and expansion force of buffer materials

【技术实现步骤摘要】
测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置及方法
本专利技术涉及高放废物处置
，具体涉及一种测定高放废物处置库中缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置及方法。
技术介绍
近年来，随着核技术在国防、工业、农业、医学等各个领域的广泛应用，随之产生了越来越多的高水平放射性废物，因此，放射性核废物的处置问题也日趋严重。对于高放废物的处置，目前国际社会上普遍接受的可行方案是把高放废物深埋于地下500～1000m深的稳定的地层中，即将高放废物经过固化处理、灌装后，储藏在深部地质处置库中，从而使核废物与人类的生存环境隔绝，以免对人类的生存环境造成污染。该处置库通常称为“高放废物地质处置库”，以下简称为“处置库”。处置库的设计思路，一般采用的是“多屏障系统”，包括围岩地质屏障(如花岗岩、黏土岩、盐岩等)，基于膨润土作为缓冲材料的人工屏障和废物储存容器屏障。随着时间的推移，围岩中的地下水将从四周逐渐侵蚀到膨润土材料中，膨润土将逐渐吸水膨胀，从而填满膨润土块体之间以及膨润土块体与围岩之间的空隙，从而起到密封作用。而在处置库内，由于复杂的物理化学反应，将会产生气体，这些气体主要包括：(1)废物储存容器在膨润土与地下水环境中腐蚀产生的氢气；(2)微生物分解导致有机物腐化产生的二氧化碳、甲烷、氮气等气体；(3)辐射作用(水、有机物等)产生的氢气。这些气体主要聚集在处置罐与缓冲材料之间的间隙内，随着气体的不断产生，处置库内的气压逐渐升高，积聚的气体将会向外逃逸，而积聚的高气压将会对整个处置库的稳定性和安全性产生较大的影响。同时，更为重要的是，气体的迁移可能会促进核素的迁移，一旦核素迁移进入生物圈，将会造成严重的环境灾害。因此，必须确定气体在处置库屏障中的迁移机理和规律，而要研究这一问题，首先必须确定气体的迁移路径。气体迁移可能的路径主要包括：从围岩内部迁移；从缓冲材料中迁移；从缓冲材料与围岩的接触面处迁移。但是，在实验室进行缓冲材料迁移特性的研究时，现有的装置并无法确定气体是从缓冲材料内部迁移还是从缓冲材料与装置的接触面处迁移，从而造成了对于缓冲材料气体迁移特性研究的影响。因此，鉴于以上问题，有必要提出一种可确保气体从缓冲材料内部迁移的实验装置，以准确研究缓冲材料内气体的迁移特性，为深部地质处置研究提供理论支持。
技术实现思路
根据本专利技术的目的提出的一种测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置，包括缸体，所述缸体内部成型有用以盛装试样的中空腔，中空腔段缸体内壁成型有环形储水腔，所述储水腔通过第一注水孔连接注水装置；所述中空腔段缸体内壁还设置有用于密封试样边界的密封胶。优选的，所述缸体两端分别可拆卸固定连接有上压头和下压头，所述上压头上成型有注气孔，所述注气孔连接输气装置；所述下压头上成型有用于输出气体或注水的通孔，所述通孔连接气体监测装置或注水装置；注气孔、通孔以及第一注水孔中分别设置有阀门。优选的，所述通孔为两个，分别为用于连接气体监测装置的出气孔和用于连接注水装置的第二注水孔。优选的，所述上压头与下压头分别成型有用以固定试样竖向位置的凸出部，所述凸出部嵌入缸体中空腔内。优选的，所述密封胶为硅胶，所述硅胶的高度大于等于试样的高度。优选的，所述试样上下均设置有用以均化气/水的透水装置。优选的，所述缸体内壁还设置有用以固定试样横向位置、与上压头和下压头上的凸出部配合以密封缸体的密封装置，所述密封装置高度与缸体高度一致，所述密封胶设置于密封装置靠近试样的一侧。优选的，所述储水腔高度、设置位置与试样相匹配，所述储水腔朝向试样的一侧开口，并通过密封装置和试样隔离。本专利技术另外公开的一种使用上述测定装置进行缓冲材料气体迁移特性测定的方法，包括以下步骤：步骤一：预制带环形储水腔的缸体，将密封装置和密封胶依次贴附于缸体内壁。步骤二：将制作好的透水装置、试样依次放入缸体中空腔内。步骤三：将上压头与下压头通过螺栓分别固定在缸体的两端，上压头上成型的注气孔与输气装置连接，下压头上成型的通孔与气体监测装置连接，缸体侧壁的第一注水孔与注水装置连接。步骤四：打开第一注水孔中的阀门，开启注水装置，通过恒定体积模式向储水腔内注入与储水腔容积等量的水，当达到目标值后，通过注水装置观察此时的水压。步骤五：打开注气孔和与气体监测装置连接的通孔中的阀门，开启输气装置，从0开始逐渐增加注气孔的气体压力，达到试验所需的目标气体压力，当所需的气压大于试样与密封胶之间的黏附力时，为防止气体从边界逸出，开启注水装置，通过第一注水孔增加等同于气压的水压。步骤六：待下压头出气孔处监测到持续的气流时，则说明此时气体流动达到稳定状态，可以测量得到此时试样的渗透性。本专利技术另外公开的一种使用上述测定装置进行缓冲材料膨胀力测定的方法，包括以下步骤：步骤一：预制带环形储水腔的缸体，将密封装置和密封胶依次贴附于缸体内壁。步骤二：将制作好的透水装置、试样依次放入缸体中空腔内。步骤三：将上压头与下压头通过螺栓分别固定在缸体的两端，下压头上成型的通孔与注水装置连接，缸体侧壁的第一注水孔与注水装置连接。步骤四：打开第一注水孔中的阀门，开启与第一注水孔连接的注水装置，通过恒定体积模式向储水腔内注入与储水腔容积等量的水，当达到目标值后，通过注水装置观察此时的水压。步骤五：保持与第一注水孔连接的注水装置为恒定体积模式，注水装置内水量不再发生变化，此时打开与注水装置连接的通孔的阀门，开启与通孔连接的注水装置，通过下压头上的通孔对试样进行注水处理。步骤六：试样吸水膨胀而挤压储水腔内的水，但由于此时与第一注水孔连接的注水装置处于恒定体积模式，其设定水量不会发生变化，即既不向储水腔内注水，也不会因为试样的挤压而向注水装置处出水，则此时注水装置上的压力会发生变化，此压力变化量即为由于试样吸水膨胀产生的膨胀力。与现有技术相比，本专利技术公开的一种测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置的优点是：(1)该装置既可以实现缓冲材料气体迁移特性的研究，也可以实现缓冲材料膨胀力的测量。(2)该装置通过在缸体侧壁设置储水腔，储水腔内注水加压增加硅胶相对于试样的黏附力，从而保证试样边界的绝对密封性，以确保试验中气体从试样内部迁移，而非试样边界处逸出，进而提高研究试样气体迁移特性的准确性。(3)该装置通过于储水腔内设置恒定体积的水，使用能够测量水压的注水装置，在试样吸水膨胀挤压储水腔内水时，记录注水装置上的压力变化量，即可得出试样吸水膨胀产生的膨胀力，提高了测量结构的准确性。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。图1为实施例1结构图。图2为实施例2结构图。图中的数字或字母所代表的零部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置，其特征在于，包括缸体(2)，所述缸体(2)内部成型有用以盛装试样(4)的中空腔，中空腔段缸体(2)内壁成型有环形储水腔(9)，所述储水腔(9)通过第一注水孔(3)连接注水装置；所述中空腔段缸体(2)内壁还设置有用于密封试样(4)边界的密封胶(10)。/n

【技术特征摘要】
1.一种测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置，其特征在于，包括缸体(2)，所述缸体(2)内部成型有用以盛装试样(4)的中空腔，中空腔段缸体(2)内壁成型有环形储水腔(9)，所述储水腔(9)通过第一注水孔(3)连接注水装置；所述中空腔段缸体(2)内壁还设置有用于密封试样(4)边界的密封胶(10)。


2.根据权利要求1所述的测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置，其特征在于，所述缸体(2)两端分别可拆卸固定连接有上压头(8)和下压头(12)，所述上压头(8)上成型有注气孔(6)，所述注气孔(6)连接输气装置；所述下压头(12)上成型有用于输出气体或注水的通孔(7)，所述通孔(7)连接气体监测装置或注水装置；注气孔(6)、通孔(7)以及第一注水孔(3)中分别设置有阀门。


3.根据权利要求2所述的测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置，其特征在于，所述通孔(7)为两个，分别为用于连接气体监测装置的出气孔(72)和用于连接注水装置的第二注水孔(71)。


4.根据权利要求3所述的测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置，其特征在于，所述上压头(8)与下压头(12)分别成型有用以固定试样(4)竖向位置的凸出部，所述凸出部嵌入缸体(2)中空腔内。


5.根据权利要求1所述的测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置，其特征在于，所述密封胶(10)为硅胶，所述硅胶的高度大于等于试样(4)的高度。


6.根据权利要求1所述的测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置，其特征在于，所述试样(4)上下均设置有用以均化气/水的透水装置(5)。


7.根据权利要求1所述的测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置，其特征在于，所述缸体(2)内壁还设置有用以固定试样(4)横向位置、与上压头(8)和下压头(12)上的凸出部配合以密封缸体(2)的密封装置(11)，所述密封装置(11)高度与缸体(2)高度一致，所述密封胶(10)设置于密封装置(11)靠近试样(4)的一侧。


8.根据权利要求7所述的测定缓冲材料气体迁移特性与膨胀力的装置，其特征在于，所述储水腔(9)高度、设置位置与试样(4)相匹配，所述储水腔(9)朝向试样(4)的一侧开口，并通过密封装置(11)和试样(4)隔离。


9.一种使用权利要求1-8任一项所述的测定装置进行缓冲材料气体迁移特性测定的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：预制带环形储水腔(9)的缸体(2)，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪宏阳，刘江峰，范祯栋，吕荣浩，孙晨祎，
申请(专利权)人：中国矿业大学，徐州江恒能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32