SUPERVISOR
Hajar Share isfahani,Seyed Mehdi Abtahi Forooshani
هاجر شرع اصفهانی (استاد راهنما) سیدمهدی ابطحی فروشانی (استاد راهنما)
STUDENT
Afsaneh HaghShenas gorgani
افسانه حق شناس گرگانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Investigation of the behavior of modified bentonite clay with basalt fiber and polyvinyl-acetate resin in wet and dry cycles
Investigation of the behavior of modified bentonite clay with basalt fiber and polyvinyl-acetate resin in wet and dry cycles Afsaneh Haghshenas Afsaneh.Haghshenas@cv.iut.ac.ir September 19, 2020 Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran Degree: M. Sc Language: Farsi M. Abtahi, Prof. Email address: mabtahi@iut.ac.ir H. Share Isfahani, Prof. Email address: hajarshare@iut.ac.ir In recent decades، one of the most important issues in societies is burial of wastes and prevention of the spread of its pollution in the environment. One of the most dangerous wastes for the environment and human life is the waste of radioactive materials، which has become very important in industry، medicine، agriculture، etc. Because low-level radioactive wastes contain radioactive material، it can remain active in the environment for thousands of years، causing severe damage to the environment and alive beings. Therefore، in order to protect the environment and against the pollution caused by these wastes، it is necessary to use appropriate methods to repel them. These wastes are treated as much as possible and then their remains are buried in surface reservoir. It is essential to create an impermeable and protective cover to prevent diffusion of radiation and gas from the reservoir into the environment or the entrance of rainwater into the reservoir that leading to contamination of groundwater and surrounding soil. Due to the characteristics required to landfill cover، bentonite clay is one of the best options for use in low-level radioactive waste storage. This cover is exposed to wet and dry cycles in different seasons of year، and this causes the cover to crack. These cracks affect the performance of the clay as landfill cover. Previous studies have examined the effect of adding basalt fiber to bentonite clay on the linear attenuation coefficient. The results show that the addition of basalt fiber has reduced the linear attenuation coefficient. But at the same time، due to the creation of cavities in the soil، the water permeability coefficient has also increased، which is not desirable. Therefore، in this study، with the aim of reducing cavities and more adhesion of fibers to the soil، basalt fiber with polyvinyl acetate resin have been used and its effect on linear attenuation coefficient، water permeability coefficient and gas permeability coefficient has been investigated. Another purpose of adding fibers is to reduce the growth of cracks in the wet and dry cycle. Basalt fibers and polyvinyl acetate resins were added to bentonite clay at the same percentages of 0.25-0.5-1-2 and water and gas permeability tests were performed on the sample in wet and dry cycles. Also، the linear attenuation coefficient for the samples was obtained using Na(TI) detector، simulation method with MCNP code and through Xcom database. The results show that the linear attenuation coefficient has increased somewhat with increasing percentage of fibers and resin. The water permeability coefficient in the sample containing 0.25% fiber and resin decreased slightly and increased for other samples. However، in the 0.5 and 1% samples، this coefficient is still within the allowable range. The results of the gas permeability test show that with increasing percentage of fibers and resins، the absolute permeability coefficient decreases. In wet and dry cycles، the water permeability coefficient decreases because of the process of saturation of the samples. Due to cracking of the samples in the wet and dry cycle، the gas permeability coefficient increases and it can be said that adding fibers had not much effect on reducing the growth of crack. Key Words Bentonit Clay, Basalt Fiber, PVA Resin, Water Permeability, Gas Permeability, Linear attenuation coefficient, Wet and dry cycles.
امروزه یکی از مسائل بسیار مهم در جوامع، دفن زبالهها و پیشگیری از انتشار آلودگی آن در محیط زیست است. یکی از پرخطرترین پسماندها برای محیط زیست و تمام موجودات زنده، پسماندهای حاصل از مواد پرتوزا است که امروزه در صنعت، پزشکی، کشاورزی و..... اهمیت زیادی پیدا کرده است. از آنجایی که پسماندهای پرتوزای سطح پایین دارای مواد پرتوزا هستند، میتوانند هزاران سال به صورت فعال در محیط باقی بمانند و محیط زیست و موجودات زنده را دچار آسیبهای زیادی کنند. ازاینرو لازم است به منظور حفاظت از محیط زیست و موجودات زنده در برابر آلودگیهای حاصل از این پسماندها، روشهای مناسبی برای دفع آنها بهکار برده شود. این زبالهها تا حد امکان تصفیه میشوند و سپس باقیماندهی آنها داخل مخازن سطحی دفن میشود. برای پیشگیری از خروج تشعشعات و گاز حاصل از این پسماندها از داخل مخزن به بیرون و یا ورود بارشهای جوی به داخل مخزن و به دنبال آن آلودگی آبهای زیرزمینی و خاک اطراف، ایجاد پوشش نفوذناپذیر و محافظ امری ضروری میباشد. با توجه به ویژگیهای موردنیاز برای پوشش مخازن دفن پسماندهای پرتوزای سطح پایین، رس بنتونیت یکی از بهترین گزینهها برای استفاده در پوشش مخازن دفن پسماندهای پرتوزای سطح پایین است. این پوشش در فصول مختلف سال در معرض سیکلهای تر و خشک قرار میگیرد و همین امر موجب ترک خوردن پوشش میشود. این ترکها عملکرد رس را بهعنوان پوشش تحتتأثیر قرار میدهد. در پژوهشهای پیشین تأثیر افزودن الیاف بازالت به رس بنتونیت بر ضریب تضعیف خطی مورد بررسی قرار گرفتهاست. نتایج نشان میدهد که افزودن الیاف بازالت تا حدودی منجر به کاهش ضریب تضعیف خطی شده است. اما همزمان بهدلیل ایجاد حفره در خاک، ضریب نفوذپذیری آب نیز افزایش یافته است که مطلوب نمیباشد. از این رو در این پژوهش با هدف کاهش حفرهها و چسبندگی بیشتر الیاف به خاک، از الیاف بازالت آغشته به رزین پلی ونیل استات استفاده شده است و تأثیر همزمان آن بر ضریب تضعیف خطی، ضریب نفوذپذیری آب و ضریب نفوذپذیری گاز مورد بررسی قرار گرفته است. یکی دیگر از اهداف افزودن الیاف، کاهش رشد ترکها در سیکل تر و خشک است. الیاف بازالت و رزین پلی ونیل استات در درصدهای یکسان 25/0، 5/0، 1، 2 به رس بنتونیت افزوده شد و آزمایشهای نفوذپذیری آب و گاز بر روی نمونه در سیکلهای تر و خشک انجام شد. همچنین ضریب تضعیف خطی برای نمونهها با استفاده از آشکارساز Na(TI)، روش شبیه سازی با کد MCNP و از طریق پایگاه داده Xcom به دست آمده است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که ضریب تضعیف خطی با افزایش درصد الیاف و رزین تا حدودی افزایش یافته است. میزان افزایش در درصدهای 25/0 و 5/0 بیشتر است و در درصدهای 1 و 2 افزایش قابل توجهی مشاهده نمیشود. ضریب نفوذپذیری آب در نمونه حاوی 25/0 درصد الیاف و رزین اندکی کاهش و برای سایر نمونهها افزایش یافت. اما این ضریب همچنان در محدوده مجاز طبق استاندارد EPA قرار دارد. نتایج آزمایش نفوذپذیری گاز نشان میدهد که با افزایش درصد الیاف و رزین، ضریب نفوذپذیری کاهش یافته است. در سیکلهای تر و خشک ضریب نفوذپذیری آب کاهش یافته که دلیل آن مربوط به روند اشباع نمونه است. در واقع به دنبال ترک خوردن نمونهها در هر سیکل، سطح تماس نمونه با آب افزایش یافته، روند اشباع سریعتر صورت میگیرد و نمونه به اشباع کامل میرسد که این امر منجر به کاهش ضریب نفوذپذیری بنتونیت میشود. به دلیل ترک خوردن نمونه در سیکل تر و خشک، ضریب نفوذپذیری گاز افزایش یافته است و میتوان گفت افزودن الیاف تأثیر چندانی در کاهش رشد ترک ها نداشته است. براساس نتایج بدست آمده میتوان گفت درصد بهینه افزودنی در این پژوهش 5/0 درصد الیاف بازالت به همراه 5/0 درصد رزین پلیونیلاستات میباشد. کلمات کلیدی نفوذپذیری آب، نفوذپذیری گاز، ضریب تضعیف خطی، رس بنتونیت، الیاف بازالت،پلی ونیل استات، سیکل تر و خشک