飽和水酸化カルシウム水溶液を用いたベントナイトの膨潤圧及び透水係数の評価

Evaluation of permeability and swelling pressure of compacted bentonite using a calcium hydroxide solution

青柳 孝義*; 前田 宗宏*; 三原 守弘  ; 田中 益弘*

Aoyagi, Takayoshi*; Maeda, Munehiro*; Mihara, Morihiro; Tanaka, M.*

これまでに核燃料サイクル開発機構では、放射性廃棄物の処分研究において、主として蒸留水を試験水として用いた天然のナトリウム型及びカルシウム型ベントナイトと天然のナトリウム型ベントナイトを人工的にカルシウム型化させたカルシウム型化ベントナイトの膨潤圧、透水係数、一軸圧縮強度及び弾性係数について試験結果を取りまとめている。しかしながら、TRU廃棄物の処分施設においては、構造躯体や充填材、さらには支保にセメント系の材料を使用する可能性があり、その場合、セメント系材料を通過した地下水には多量のカルシウム成分が溶解するものと考えられる。したがって、TRU廃棄物の処分研究においては、カルシウム成分を多く含む水に対するベントナイトの特性を知る必要がある。本報告書はTRU廃棄物の処分概念の検討の一環として行われた、ベントナイトの基本特性に対する液組成の影響把握として、カルシウム成分を多く含む水を模擬した飽和水酸化カルシウム水溶液を用いた試験についてまとめたものである。対象としたベントナイトは、先に述べたナトリウム型、カルシウム型化およびカルシウム型ベントナイトの3種類である。また、実施した試験は、液組成の影響を受ける可能性があると考えられた膨潤圧測定試験および透水試験である。膨潤圧測定試験では最大及び平衡膨潤圧を、透水試験では透水係数を得た。各試験は、乾燥密度をパラメータとして行った。また、カルシウム型化ベントナイトに対しては、ベントナイト混合率をパラメータとした試験も行った。そして、飽和水酸化カルシウム水溶液を用いた試験と既存の蒸留水を用いた試験結果を比較し、膨潤圧と透水係数について、液組成の影響は大差ないことが明らかとなった。

Tests to determine the swelling pressure, permeability, compressive strength and elastic modulus of Ca-Na exchanged bentonite, Na-bentonite and Ca-bentonite at the Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corporation have mainly used distilled water. However, disposal facilities for TRU waste will use cementateous material for packaging, backfill as well as structural support. In this case, a large amount of calcium will dissolve in groundwater flowing through the cementateous material. Therefore, it is important to investigate the mechanical properties of bentonite in calcium-rich water as part of the disposal research program for TRU waste. In order to understand the effect of the chemical composition of water on the basic mechanical properties of bentonite - part of evaluating the disposal concepts for TRU waste disposal - we tested the permeability of compacted bentonite under saturated conditions using a calcium hydroxide solution. The aqueous solution represents water dominated by the calcium component. Na-bentonite, Ca-Na exchanged bcntonite and Ca-bentonite were used for swelling pressure measurement tests and permeability testing. Measures of the maximum and equilibrium swelling pressure as well as permeability were obtained. The dry density of bentonite was varied between tests. Results show that swelling pressure and permeability are dependent on dry density. In separate tests usig Ca-bentonite, the bentonite-mixing rate was varied as an independent parameter. Results show that there is little change in the swelling pressure and permeability between tests usig calcium hydroxide solution and distilled water for all bentonite types.