低アルカリ性セメントを用いた吹付けコンクリートの原位置適用性試験,2; 幌延URLにおける原位置吹付け施工性試験

In-situ experiment of shotcrete using low alkaline cement in Horonobe Underground Research Laboratory, 2; Low alkaline cement used in the construction of a gallery

北川 義人*; 南出 賢司*; 名雪 利典*; 山西 毅; 関谷 美智; 伊藤 誠二; 佐藤 治夫; 中山 雅 

Kitagawa, Yoshito*; Minamide, Masashi*; Nayuki, Toshinori*; Yamanishi, Takeshi; Sekiya, Yoshitomo; Ito, Seiji; Sato, Haruo; Nakayama, Masashi

地層処分事業においては、コンクリートなどに由来する高アルカリ性が人工バリアの緩衝材として使用されるベントナイトの膨潤性能、及び天然バリアを構成する岩盤へ影響を及ぼすことが懸念されている。このような影響を低減するため、原子力機構では低アルカリ性セメント(HFSC)を開発しており、幌延の地下施設の140m調査坑道においてHFSCを用いた吹付けコンクリートの原位置適用性試験を実施した。本報告では、普通ポルトランドセメント(OPC)を用いた吹付けコンクリートとHFSCを用いた吹付けコンクリートを実際の掘削サイクルの中で坑道の支保として使用し、HFSCの施工性について、OPCとの比較を通じて評価を行った。その結果、HFSCはOPCとほぼ同等の施工性を示し、特に跳ね返り率や粉じん濃度などについてはOPCよりも優れた性能を示した。また、HFSCはOPCよりも密実な吹付けコンクリートであることが示され、HFSCは従来の材料と比較して施工性及び品質に問題はなく、支保工への利用が可能であると考えられる。

In Japan, any high level radioactive waste repository is to be constructed at over 300m depth below surface. Tunnel support is used for safety during the construction and operation, and shotcrete and concrete lining are used as the tunnel support. Concrete is a composite material comprised of aggregate, cement and various additives. Low alkaline cement has been developed for the long term stability of the barrier systems whose performance could be negatively affected by highly alkaline conditions arising due to cement used in a repository. Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has developed a low alkaline cement, named as HFSC (High fly-ash silicafume cement), containing over 60wt% of silica-fume (SF) and coal ash (FA). JAEA are presently constructing an underground research laboratory (URL) at Horonobe for research and development in the geosciences and repository engineering technology. HFSC was used experimentally as the shotcrete material in construction of part of the 140m deep gallery in Horonobe URL. The objective of this experiment was to assess the performance of HFSC shotcrete in terms of mechanics, workability, durability, and so on. HFSC used in this experiment is composed of 40wt% OPC (Ordinary Portland Cement), 20wt% SF, and 40wt% FA. This composition was determined based on mechanical testing of various mixes of the above components. Because of the low OPC content, the strength of HFSC tends to be lower than that of OPC in normal concrete. The total length of tunnel using HFSC shotcrete is about 73m and about 500m of HFSC was used. This experimental construction confirmed the workability of HFSC shotcrete. Although several in-situ experiments using low alkaline cement as shotcrete have been performed at a small scale, this application of HFSC at the Horonobe URL is the first full scale application of low alkaline cement in the construction of a URL in the world.