核工程水泥基防腐防水材料防放射性浸出性研究

李新政+姜长毅+陈云明

【摘 要】将CN2000系列防腐防水材料刮涂在放射性蒸残液水泥固化样品上，通过测量其浸泡液的pH值、电阻率及其中的60Co、137Cs的活度浓度，来考察CN2000系列防腐防水材料是否具有优良的防放射性浸出性能。研究表明CN2000系列防腐防水材料具有较好的抗放射性浸出能力，第42天137Cs、60Co的浸出率均低于国标要求；且CN2000Ⅰ、Ⅱ样品137Cs的42d累积浸出分数比空白样品低4～5倍， 60Co的42d累积浸出分数比空白样品低4倍。

【关键词】核工程水泥基；防腐防水材料；放射性浸出

【Abstract】Brush the series of cn2000 anticorrosion and waterproof material on the cemented waste form， then analyze whether they have radioactive leaching by measuring the pH of the leachate and the 60Co and 137Css activity. The result shows that they have good radioactive leaching ability， the137Cs and 60Cos leaching rates were lower than the standard after 42 days， and the137Css cumulative fraction leach was 4 to 5 times lower than the blank sample which brushed the cn2000Ⅰand Ⅱ after 42 days， the 60Cos cumulative fraction leach was 4 times lower than the blank sample.

【Key words】Nuclear engineering cement-based； Anti- corrosion waterproof material； Radioactive leaching

在核设施运行过程和核科技研究过程中产生大量放射性废物，高效安全的处理放射性废物是关系到核事业发展的核心问题。针对不同类型的废物，可采用水泥固化、沥青固化、塑料固化、玻璃固化等不同的处理工艺。水泥固化法因具备工艺简单、成本低廉等优势，被广泛用于蒸残液、泥浆、废树脂等中低放废物的处理[1-2]，其缺点在于固化体核素浸出率较高，为了改善固化体性能，在固化体表面涂覆防腐防水材料，可有效地降低放射性核素的浸出[3-8]。

从理论上讲，防水是防腐的第一道屏障，许多物理的、化学的侵蚀是以水为载体进行。CN2000系列防腐防水材料，不但其本身具有优异的防腐、防水性能，而且能很好地与水泥制品或混凝土构筑物粘结为一体，不仅可以提高基体的强度，而且其中所含有的活性物质能够催化尚未充分水化的水泥石成分与水反应生成硅酸盐结晶（即C-S-H结晶），从而提高主体结构的防渗能力；同时，当制品及构筑物内部因内应力或外力产生微小裂隙时，由于活性物质的催化作用，沿裂隙生成新的C-S-H结晶，可堵塞水的通道，达到自我修复的目的。CN2000系列防腐防水材料优异的防水抗渗性能阻断了作为许多物理的、化学的、生物的侵蚀载体—水的渗入，从而达到防止环境对水泥制品和混凝土结构的侵蚀以及放射性物质的浸出，延长其耐久性的目的。

本试验将CN2000系列防腐防水材料刮涂在放射性蒸残液水泥固化体上，按照国标开展放射性核素浸出试验，通过测量固化体浸出液的pH值、电阻率及其中的60Co、137Cs的放射性活度浓度[1]，来考察CN2000系列防腐防水材料对水泥固化体防放射性浸出的性能。

1 试验部分

1.1 试验材料

（1）水泥：普通硅酸盐水泥，峨眉金顶水泥厂，标号32.5；

（2）放射性蒸残液：137Cs活度浓度为2.04×105Bq/L，60Co活度浓度为1.77×107Bq/L；

（3）防腐防水材料：Ⅰ：CN2000B料，Ⅱ：CN2000B料+CN2000C料﹠CN2000D料，Ⅲ：CN2000B料+CN2000C料，Ⅳ：CN2000 E料。

1.2 主要仪器和设备

（1）AG245型电子天平，感量0.05mg，瑞士；

（2）高纯锗γ谱仪，GEM-30185-P-PLUS，美国；

（3）pH计，METTLER TOLEDO MP220 ，0～14，瑞士；

（4）电导率仪，DDB—6200，上海。

1.3 试验内容和方法

（1）放射性水泥固化样品的制备

按照水灰质量比0.5：1制作的φ22×35mm水泥固化体，并在（25±5）℃、湿度>90%、不受阳光直射的室内环境中养护28天。

（2）放射性水泥固化样品刮涂涂层

固化样品养护到期后，脱模，用砂纸打磨处理其表面，准确测量几何物理数据（直径、高度、质量）后，刮涂防腐防水材料，并再次测量。

（3）样品静态浸出试验

试验所用浸出剂为去离子水，将样品用尼龙丝悬挂于浸出容器中，加入350mL去离子水。在累积浸泡的第1天、3天、7天、14天、21天、28天、35天、42天时更换新鲜浸出剂，并取浸出液测量pH值、电阻率及60Co、137Cs的活度浓度[2]。

2 结果与讨论

2.1 pH值随时间的变化

样品浸出液pH值测量结果见表1。

由上表可以看出：

1）试验样品的浸出液的pH值随时间的变化均比较小；

2）空白样品的pH值在刚开始有所下降，之后又逐渐增大至初始时水平，然后随着时间的延长基本保持稳定；

3）从整体上看，空白样的pH>Ⅰ涂层样品的pH>Ⅱ涂层样品的pH，不同防腐防水材料组合的涂层性质有异。

2.2 电阻率随时间的变化

样品浸出液的电阻率测量结果见表2。

由上表可以看出：

5组样品的比电阻率随时间的变化趋势基本是一致的，而且总体上电阻率：Ⅱ涂层>Ⅰ涂层>空白，侧面说明几种防腐防水材料涂层都具有抗浸出性。

2.3 放射性核素浸出率及浸出分数

60Co和137Cs的放射性活度测量结果见表3。

2.3.1 放射性核素浸出率

将60Co及137Cs的浸出率的计算结果做随时间的变化趋势图可得图1：

由图1可以看出：

1）所有样品的浸出率随着浸泡时间的延长，浸出率都趋于变小，并趋于稳定；

2）空白样品的浸出率明显高于Ⅰ、Ⅱ涂层样品的浸出率，浸泡初期更是高出1个数量级；

3）Ⅰ、Ⅱ涂层样品的浸出率相对其他几组较低，说明几种防水防腐涂料对60Co的抗浸出性能为：Ⅰ涂层≈Ⅱ涂层>Ⅲ涂层>空白。

4）外表面涂了CN2000系列防腐防水材料的样品的浸出率明显低于空白样，几种防腐防水材料对137Cs的抗浸出性能为：Ⅱ涂层>Ⅰ涂层>空白。

2.3.2 放射性核素浸出分数

将137Cs、60Co浸出分数的计算结果做随时间的变化趋势图得图2、图3。

由图2、图3可以看出：

1）样品放射性核素137Cs的42天的累计浸出分数为8.15×10-2cm，Ⅰ样品放射性核素137Cs的42天的累计浸出分数为1.86×10-2cm，Ⅱ样品放射性核素137Cs的42天的累计浸出分数为1.40×10-2cm，Ⅲ样品放射性核素137Cs的42天的累计浸出分数为2.32×10-2cm，Ⅳ样品放射性核素137Cs的42天的累计浸出分数为1.89×10-2cm，低于国标规定的0.26cm的1个数量级。与空白样品相比，CN2000Ⅰ、Ⅱ样品137Cs的42d累计浸出分数低4～5倍。

2）样品放射性核素60Co的42天的累计浸出分数为6.89×10-4cm，Ⅰ样品放射性核素60Co的42天的累计浸出分数为1.63×10-4cm，Ⅱ样品放射性核素60Co的42天的累计浸出分数为1.72×10-4cm，Ⅲ样品放射性核素60Co的42天的累计浸出分数为1.96×10-4cm，Ⅳ样品放射性核素60Co的42天的累计浸出分数为5.81×10-4cm，低于国标要求的0.17cm的3个数量级。与空白样品相比，CN2000Ⅰ、Ⅱ样品60Co的42d累计浸出分数低4倍。

3 结论

采用CN2000系列防腐防水材料，浸出率和浸出分数均低于国标1～3个数量级，可以大幅度降低动力堆放射性蒸残液的水泥固化体的浸出率，表明其防放射性核素浸出性能好且稳定，从而可以降低其存放及最终处置的风险。

【参考文献】

[1]GB14569.1-2011，低、中水平放射性废物固化体性能要求—水泥固化体[S].

[2]GB /T7023-2011，低、中水平放射性废物固化体标准浸出试验方法[S].

[3]熊义富，敬文勇. 几种水泥固化体中HTO浸出性研究[J]，辐射防护，2003，23（2）：102-106.

[4]徐素珍，汪书卷，周青，黄永铙.含氚废水水泥固化实验研究[J].原子能科学技术，1992（01）.

[5]谷万成.低中水平放射性废液的水泥固化研究[J].湿法冶金，2005（01）：33-39.

[6]金承黎，易发成，李玉香.碱矿渣水泥固化核废物研究现状[J].核科学与工程， 2004（01）：27-30.

[7]李全伟，王成端，李帆，陆文，陈晓林，徐晓佳.低水平放射性废物水泥固化体的测试与评价[J].西南科技大学学报：自然科学版，2004（03）：64-66.

[8]郭喜良，冯声涛.低、中水平放射性废物水泥固化体性能检验的讨论[J].辐射防护通讯，2007（03）：12-16.

[责任编辑：张涛]