幌延URLにおける低アルカリ性セメント系材料の適用性確認

Confirmation of the applicability of low alkaline cement-based material in the Horonobe Underground Research Laboratory

中山 雅 ; 丹生屋 純夫*; 南出 賢司*

Nakayama, Masashi; Niunoya, Sumio*; Minamide, Masashi*

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設において、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コンクリートやグラウトが検討されている。これらの材料の影響で坑道周辺の地下水のpHが高アルカリ化することにより、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、人工バリアおよ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、日本原子力研究開発機構では、普通ポルトランドセメントにポゾラン材料を混合した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、施工性などについて検討を実施してきた。本研究では、HFSCを吹付けコンクリートとして、幌延深地層研究センター地下施設の350m調査坑道の施工に適用し、施工性について確認した。その結果、HFSCが現地のプラントを用いて製造可能であること、地下施設の設計基準強度を上回る強度発現が可能であること、および地下施設の通常の施工に使用されているセメント系材料と同等の施工性を有することが確認され、HFSCの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 350m deep gallery in Horonobe URL in 2013. 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 112m at 350m deep drift. The workability of HFSC shotcrete was confirmed by this experimental construction. In this report, we present detailed results of the in-situ construction test.