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ベントナイトの長期安定性の検討-セメント系材料の影響を受けた地下水中のベントナイト安定性の予備調査-

A study on long term stability of bentonite; The preliminary study on the bentonite stability in the groundwater influenced by cementitious material

市毛 悟*; 三原 守弘; 大井 貴夫

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放射性廃棄物の地層処分では、廃棄物への地下水の浸入と廃棄物からの核種の溶出及び移行を抑制するため、低透水性で収着能を有したベントナイトと呼ばれる粘土の使用が検討されている。一方、処分施設の構造材や埋め戻し材等として、セメント系材料の使用が検討されている。セメント系材料と接触した地下水はアルカリ性を示し、膨潤特性の劣化などベントナイトの性能に影響を与えることが予想されている。そのため、処分システムの安全評価を行うためには、処分環境におけるベントナイトの変質について検討するとともに、ベントナイトの長期的な変遷挙動を予測することが重要となる。本研究では、ベントナイトの変質の結果生じる鉱物を確認することを目的として、3種類の試験溶液(Ph=7,12.5,14)と粉末ベントナイトを用いた高温条件(200$$^{circ}C$$)でのバッチ浸漬試験を実施し、セメント系材料の影響として報告されている層間陽イオン交換、ゼオライト化、バイデライト化、シリカセメンテーション及びC-S-Hゲル化の生成について検討した。試験の結果、液相中のNaイオン濃度の増加とCaイオン濃度の減少からベントナイトのカルシウム化の可能性を確認するとともに、浸出陽イオン量を用いた概略的な解析からCa化を定量化した。また、液相分析の結果及び平衡論を用いたアナルサイムの安定性解析の結果から、アナルサイムの生成にはケイ素の溶出にかかわる溶液のPhに加え、溶液中のナトリウム濃度が影響を与えている可能性を具体的に示した。 今後はこれらの要素試験的な結果を踏まえ、処分環境下での長期的なベントナイトの変質挙動について検討していく。

In the geological disposal concept of radioactive wastes, a kind of clay with sorption ability and low permeability, called bentonite, is envisaged as an engineered barrier system in the geological repository. Also, the cemetitious material is envisaged as the backfill material in the vaults and the structure material of the vaults. The groundwater in contact with the cementitious material will promote hyperalkaline conditions in the repository environment and these conditions will affect the performance of the bentonite. Therefore, it is necessary to investigate the interaction between the cementitious material and the bentonite for the evaluation of long term stability of the disposal system. In this study, for the identification and the investigation of the secondary minerals, the batch immersion experiments of the powder bentonite were carried out using synthetic cement leachates (pH=7, 12.5, 14) at 200$$^{circ}$$C. As the results, it was confirmed that Na as exchangeable cations in the bentonite can exchange relatively easily with Ca in the solution from the experiment results. And the ratio of cation exchange was estimated to be about 25% based on the amount of exchangeable cations Ca$$^{2+}$$ between layers. Furthermore, it was concretely shown that the generation of analcime might be affected by the Na concentration from results of the solution analyses and a stability analysis of analcime using the chemical equilibrium model, in addition to the pH in the solution.

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