PHREEQCで取り扱うためのC-S-Hゲルの熱力学データの検討

An Estimation of Applicable Thermodynamic Data of C-S-H Gel for PHREEQC

加藤 大生*; 本田 明

Kato, Hiroshige*; Honda, Akira

TRU廃棄物の処分施設においては,多量のセメント系材料を使用することが考えられており,処分施設の間隙水の化学的条件は,このセメント系材料の溶解/沈殿に強く影響されることが予想される。したがって,処分施設の化学的条件を評価するためには,セメント系材料に関連する鉱物の溶解/沈殿挙動を適切にモデル化し,評価に適用することが重要である。特に,低結晶性のカルシウム珪酸塩水和物であるC-S-Hゲルは,セメントの水和において最も多量に生成する水和物であり,セメント系材料の力学的特性を決定している。また,主要構成鉱物という点で,C-S-Hゲルの溶解/沈殿が間隙率を介してセメント系材料の水理学的条件に強く影響する。さらに,長期的にはC-S-Hゲルの溶解/沈殿が間隙水の化学的条件を支配する。このため,C-S-Hゲルの溶解/沈殿挙動の重要性は国際的にも認識されており,これまでいくつかのモデルが提案されている。C-S-Hゲルは,その構成元素であるカルシウム及びケイ素が非調和的に溶解/沈殿することが知られており,その挙動を表現することが,これらのモデルの主眼となっている。一方,これまで放射性廃棄物の地層処分の分野における地球化学計算には,汎用の地球化学計算コードであるPHREEQCがしばしば用いられている。PHREEQCでは,評価したい系の化学反応式とその化学反応式の平衡定数の対数(log K)を与えることによって,系が到達する化学平衡状態を算定することができる。サイクル機構の高レベル放射性廃棄物処分におけるリファレンス地下水の組成は,このPHREEQCを用いて決定されている。TRU廃棄物処分施設の化学的条件の評価においても,これと同じ組成の地下水を使用することが考えられており,セメント系材料とこの地下水との反応の評価には,PHREEQCを活用することが計画されている。そこで,本報ではPHREEQCで使用することを前提として既往のC-S-Hゲルの溶解/沈殿モデルを調査し,それらのモデルのPHREEQCへの適合性や,それらを用いてPHREEQCで計算した結果の妥当性について検討した。既往のC-S-Hゲルの溶解/沈殿モデルを調査した結果,PHREEQC上での取り扱いに相応しいモデルとして,Atkinsonモデル及びReardonモデルが選定された。選定されたモデルから導いたC-S-Hゲルの解離式

Cementitious materials will be used extensively in the TRU waste repository. The dissolution/precipitation of cementitious materials will affect the chemical condition of pore water of TRU waste repository. Thus, it is important for estimation of chemical condition of pore water to apply the dissolution/precipitation of cementitious materials appropriately. A C-S-H gel (poorly crystallized calcium silicate hydrate) is a major component in cementitious materials which determined the mechanical characteristics of cementitious materials. The hydraulic condition of cementitious materials is strongly affected by the dissolution/precipitation of C-S-H gel due to the change of porosity accompanied with the dissolution/precipitation processes. Further, the chemical condition of pore water will be dominated by the dissolution/precipitation of C-S-H gel for a long period. Therefore, an importance of the dissolution/precipitation of C-S-H gel has been recognized internationally, and several dissolution/precipitation models of C-S-H gel have been proposed. The principal scopes of the C-S-H gel models are description of an incongruent dissolution/precipitation behavior of C-S-H gel. On the other hand, PHREEQC is a computer program, which has been used generally for the geochemical calculation. PHREEQC can provide the state of chemical equilibrium of system defined by chemical equations and equilibrium constants (log K). In JNC, reference model groundwater determined by calculation using PHREEQC in HLW study will be also used in TRU waste study. In addition, PHREEQC will be used for calculation of the cement-water reaction. Therefore, applicability of the presented dissolution/precipitation models of C-S-H gel to PHREEQC was estimated. As a result of estimation of the applicability, Atkinson model and Reardon model were selected as suitable models to the PHREEQC. The chemical equations and log K values of C-S-H gel were derived from these models and tested using PHREEQC