摘 要

生物炭的技术已经逐渐运用于生活之中，例如炭化，炭封存等。据研究，某种微生物或许可以帮助我们清理那些有可能进入河流或者人类食物链的核废料类型。由于生物炭富含微孔，木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料。因此，如果我们在混凝土的包裹周围再添加一层生物碳土，那么生物碳土或许可以为这种微生物提供生存环境。

本文利用生物炭对膨润土进行物理力学性质研究，通过直剪试验，固结压缩试验，常规三轴压缩试验等来探究不同的生物炭掺量对膨润土变形特性和强度特性的影响。

并得到以下两个结论：

（1）生物炭会加大膨润土体的变形。生物炭会增加膨润土的压缩系数。

（2）生物炭会减小膨润土体的剪切强度。在一定范围内膨润土的峰值强度随生物炭含量的增加而减小；生物炭含量对膨润土内摩擦角的变化没有显著影响。

关键词：生物炭 膨润土 核废料 三轴压缩试验

ABSTRACT

Bio-carbon technology has been gradually used in life, such as carbonization, carbon storage and so on. According to the study, a microorganism may help us clean up the types of nuclear waste that could enter the river or human food chain. As the bio-charcoal is rich in micro-porous, charcoal scrap pore structure is very easy to gather nutrients and beneficial microorganisms, not only can add soil organic matter content, but also can effectively save water and nutrients. Therefore, if we add a layer of bio-carbon around the concrete wrap, bio-carbon may be able to provide a living environment for such microorganisms.

In this paper, the physical and mechanical properties of bentonite were studied by direct shear test, consolidation compression test and conventional triaxial compression test. The effects of different biomass contents on the deformation characteristics and strength characteristics of bentonite were investigated.

And get the following two conclusions:

(1) bio-carbon will increase the deformation of bentonite. Biochar will increase the compression coefficient of bentonite.

(2) bio-charcoal will reduce the shear strength of bentonite. The peak intensity of bentonite decreased with the increase of biochar content in a certain range. The biochar content had no significant effect on the change of internal friction angle of bentonite.

Key words: Bio - carbon Bentonite Nuclear waste Triaxial compression test

目录

摘要 i

ABSTRACT ii

目录 iii

第一章 绪论 １

1.1 生物炭膨润土研究背景及其意义 １

1.2 生物炭膨润土我国研究现状 ３

1.3 本文主要研究内容 ４

第二章 生物炭膨润土室内试验设计 ５

2.1 引言 ５

2.2 生物炭膨润土室内试验设计 ６

2.2.1 试验仪器 ６

2.2.2 试验材料 ９

2.2.3 试验步骤 １０

2.2.4 试验方案及原理 １４

2.2.5 试验数据整理 １５

2.3 试验结果分析 ２９

2.3.1 生物炭膨润土的变形特性 ２９

2.3.2 生物炭膨润土的强度特性 ２９

2.4 本章小结 ３５

致 谢 ３６

参考文献 ３７

附表 ４０

第一章 绪论

1.1 生物炭膨润土研究背景及其意义

早在几百年前，亚马逊印第安人就会将生物炭和有机质掺入土中，创造出肥沃的黑土，今天这种木炭被称为生物炭，可用植物废料制成^［1］。这种由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被科学家们称为“生物炭”^［2］。

生物炭几乎是纯碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤^［3］。 当前处理核废料的方法之一就是收集大量的核废料并埋藏在地底深处。核废料会被混凝土包裹并且安置在地下仓库中。但随着时间发展，地下水最终会接触到废料。这会导致水泥发生反应，而且水会变得高碱性^［4］。这种变化会促使一系列的化学反应出现，导致废料中的各种物质分解，这一系列反应的产物之一就是异醣酸（以下简称ISA），这种物质能够与核能不稳定元素以及含放射性成分的核废料发生反应^［5］。如果ISA与这些放射性核素结合，它们就会变得可溶解，而且能够从地下流出到地表环境。

在模拟核废料处理场内部和周围的条件下，一种名为Ancylobacter aquaticus的候选微生物微能够将ISA作为食物和能量源^［6］。这种微生物或许可以帮助我们清理那些有可能进入河流或者人类食物链的核废料类型^［7］。由于生物炭富含微孔，木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料^［8］。因此，如果我们在混凝土的包裹周围再添加一层生物碳土，那么生物碳土或许可以为这种微生物提供生存环境。核废料地下贮置问题是环境岩土工程的一个重要分支。研究生物碳土的基本物理力学特性将对高放核废料地质处置具有实际意义，并且将有可能开启生物岩土工程的新纪元。

生物炭（Biochar）是农林废弃物等生物质在缺氧条件下热裂解形成的稳定的富碳产物, 最早用来描述一种吸附有害气体的活性炭^［9］。其理论基础为:生物质，不论是植物还是动物，在没有氧气的情况下燃烧，都可以形成木炭^［10］。生物炭是一种经过高温裂解"加工"过的生物质。裂解过程不仅可以产生用于能源生产的气体，还有碳的一种稳定形式

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