ベントナイト/ケイ砂混合体における炭素鋼の不動態化条件

Passivation condition of carbon steel in bentonite/sand mixture

谷口 直樹 ; 川上 進; 森田 光男*

Taniguchi, Naoki; Kawakami, Susumu; not registered

炭素鋼オーバーパックの寿命評価では処分環境における炭素鋼の腐食形態を把握することが重要である。日本における地下水条件を想定した場合、第2次取りまとめにおいて設定された仕様の緩衝材中で炭素鋼は不動態化せず、全面腐食の進展する可能性が高いことがこれまでの研究により確認されている。しかし、軟岩系岩盤における処分では緩衝材のまわりにコンクリート製の支保工を施工することが想定され、緩衝材に浸潤する地下水のpHが高くなることによって、腐食形態に変化を及ぼす可能性がある。そこでコンクリート材料として普通ポルトランドセメントおよび低アルカリ性セメントを用い、アノード分極測定によりセメントと接触した水溶液中での炭素鋼の不動態化条件を検討した。その結果、第2次とりまとめにおける緩衝材の仕様において炭素鋼が不動態化するのは外部から浸潤する地下水のpHが約13以上の場合であり、支保工として低アルカリ性セメントを使用すれば炭素鋼は不動態化しないことが確認された。また、緩衝材の因子(乾燥密度とケイ砂混合率)に対する炭素鋼の不動態化条件を検討した。その結果、第2次取りまとめにおいて設定された緩衝材仕様は十分に裕度をもって炭素鋼が不動態化せず、全面腐食を受ける領域にあることが確認された。

It is essential to understand the corrosion type of carbon steel under the repository conditions for the lifetime assessment of carbon steel overpack used for geological isolation of high-level radioactive waste. According to the previous study, carbon steel is hard to passivate in buffer material assuming a chemical condition range of groundwater in Japan. However, concrete support will be constructed around the overpack in the case of repository in the soft rock system and groundwater having a higher pH may infiltrate to buffer material. There is a possibility that the corrosion type of carbon steel will be influenced by the rise of the pH in groundwater. In this study, anodic polarization experiments were performed to understand the passivation condition of carbon steel in buffer material saturated with water contacted with concrete. An ordinary concrete and a low-alkalinity concrete were used in the experiment. The results of the experiments showed that the carbon steel can passivate under the condition that water having pH 13 infiltrate to the buffer material assuming present property of buffer material. If the low-alkalinity concrete is selected as the support material, passivation can not occur on carbon steel overpack. The effect of the factors of buffer material such as dry density and mixing ratio of sand on the passivation of carbon steel was also studied. The results of the study showed that the present property of buffer material is enough to prevent passivation of carbon steel.