圧縮ベントナイト中の表面拡散現象に関する均質化解析

Homogenization analysis of surface diffusion in compacted bentonite

藤井 直樹; 市川 康明*

Fujii, Naoki; Ichikawa, Yasuaki*

ベントナイト中の拡散による物質移行において、均質化法を適用しスメクタイトのミクロレベルの構造と化学特性からマクロの拡散挙動を評価する研究が実施されている。しかしながら陽イオンを対象とした場合、計算した拡散係数が実験から得られた実効拡散係数より小さくこの差が表面拡散の影響であると考えられている。そこで、陽イオンの粘土表面への濃集による表面拡散現象を均質化法によって定式化し数値解析を実施した。この結果から、分配比の増加に伴って全体の拡散が大きくなることが示され、局所的な濃度勾配の増加によるフラックスの増加が表面拡散の大きな要因となることが確かめられた。

Diffusion in bentonite clay is investigated by the homogenization analysis, which related the microscale structural and chemical characteristics to the macroscale behavior. However, the diffusion coefficient of the cation by calculation is smaller than the effective diffusion coefficient by experiment. This difference is caused by the surface diffusion. In order to resolve the surface diffusion by numerical analysis, we formulated the phenomenon owing to the cation thickening model on the clay surface by the homogenization technique. The numerical result showed that the total diffusion increase with the increase in a distribution ratio of cation. The increase in the diffusion flux under the increase in a local concentration gradient causes surface diffusion.