放射性廃棄物地層処分システムにおけるセメント系材料の検討; 浸出液のpHを低くしたセメント系材料の施工性と機械的特性

An Investigation of cementitious materials for radioactive waste repository; Mechanical properties of law alkalinity cementitious materials

大和田 仁*; 三原 守弘  ; 入矢 桂史郎*; 松井 淳*

Owada, Hitoshi*; Mihara, Morihiro; Iriya, Keishiro*; not registered

高レベル放射性廃棄物ならびにTRU廃棄物の地層処分にはセメント系材料の使用が考えられている。しかし、セメント系材料からの浸出液はpHが高く、カルシウム濃度も高いために、周辺の岩盤や緩衝材を変質させてしまう。そのため、放射性核種の溶解度や分配係数などが変化し、核種の移行に影響を及ぼすことが懸念されている。これらの影響を抑制する対策として、現在、浸出液のpHの低いセメント系材料の使用が考えられている。本研究では、まず上述の低アルカリ性セメントの必要性についてまとめ、さらにセメントの低アルカリ性化の考え方を整理するとともに、実用性に向けて必要となる課題を抽出した。さらに、本研究では、抽出した課題に基づいてセメントペーストの浸出試験、モルタルの流動性試験ならびに、モルタルとコンクリートの模擬構造物への打設試験を行った。セメントペーストを用いた浸出試験結果から、ポゾラン材料を添加したセメント(HFSC)の低アルカリ性化を確認した。また、モルタルの流動性試験の結果から、実用性評価に用いるセメントの配合を検討した。さらに、模擬構造物への打設試験によって、得られた低アルカリ性セメントの実用性を評価した。これらの検討の結果、シリカフォーム(SF)およびフライアッシュ(FA)を添加することでセメントからの浸出液のpHを下げられることが分かった。また、良好なワーカビリチーを得るためにはSFとFAとを同時に添加する必要があることが明らかになった。さらに、実用性の評価の結果、SFとFAとを同時に加えたセメントは、普通ポルトランドセメントと同等のワーカビリチーおよび強度を示した。この結果から、HFSCはポルトランドセメントと同等の実用性を備えていることが示された。

Cementitious materials are considered as candidate materials for the geological disposal of high-level radioactive waste and TRU waste. As the pH and the Ca content of leachate from the cementitious materials are high, the host rock and the buffer-material would be degraded by the leachate in the long-term. Therefore, transport properties and parameters such as solubilities and distribution coefficients of radionuclides would be changed and affect the performance of the repository. In order to dissolve this "High pH plobrem", the use of a low alkalinity cement is considered for the disposal. In this study, we summarized the necessity of the low alkalinity cement, and developed the approach of the low alkalinization of cement. And, the following were carried out in this study : A leaching test of cement paste, a fluid test of the mortar and a installation test of the concrete to the trial structure. From the leaching test using the cement paste, we confirmed that we were able to obtain the low alkalinity cement (HFSC) by addition of pozzolanic materials such as silica-fume and flyash. From the result of the fluid test of the mortar, we chose the cement for the practicability evaluation. The practicability of low alkalinity concrete was evaluated by installation test to the trial structure.As a result of these examinations, we proved that the pH value of the leachate from the cementitious material was reduced by adding SF and FA to Portland cement. Simultaneously, SF and FA had to be added in order to obtain the good workability. In addition, workability and mechanical strength of the cement which SF and FA were added are almost equivalent to the ordinary Portland cement. The results shows that the HFSC has high practicability.