幌延深地層研究計画における低アルカリ性セメント系材料の適用性; 250m調査坑道における原位置吹付け施工試験

Study on applicability of low alkaline cement in Horonobe Underground Research Laboratory Project; In-situ experiment at 250m gallery

中山 雅 ; 澤田 純之; 佐藤 治夫; 杉田 裕 

Nakayama, Masashi; Sawada, Sumiyuki; Sato, Haruo; Sugita, Yutaka

高レベル放射性廃棄物の処分施設は、地下300m以深に建設されることから、坑道の空洞安定性確保や周辺岩盤のゆるみ領域の抑制、掘削に伴う湧水量の抑制のため、セメント系材料を用いた吹付けやグラウトが必要となる。従来の地下構造物に一般的によく用いられるセメント系材料として、普通ポルトランドセメント(以下、OPC)がある。このセメントはセメント硬化体の細孔溶液中に含まれるアルカリ成分により、pHが1213程度の高アルカリ性を呈する。地層処分施設においては、上記の高アルカリ成分が地下水に溶出した場合、緩衝材を構成するベントナイトや周辺の岩盤を変質させ、人工バリア及び天然バリアとしての性能に影響を与えることが懸念されている。このような影響を低減するために、幌延深地層研究計画においては、低アルカリ性セメント(以下、HFSC)を開発し、化学的特性,機械的特性,施工性,鉄筋の耐腐食性などについて検討を実施してきた。HFSCはポゾラン反応により、浸出液のpHの低減を指向しており、OPCにポゾラン材料であるシリカフューム及びフライアッシュを混合したセメント系材料である。これまで、幌延の地下施設の140m調査坑道において、吹付け施工試験を実施し、施工性を確認した。本報告においては、250m調査坑道において実施した同様の施工試験について報告する。その結果、HFSCは良好な施工性を示し、地下坑道への適用性が確認された。

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 (Highly fly-ash contained silicafume cement), containing over 60wt% of silica-fume (SF) and coal ash (FA). JAEA is 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 in 2010. 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 constructed using HFSC shotcrete is about 53m. The workability of HFSC shotcrete was confirmed by this experimental construction. In this report, we present detailed results of the construction test.