Cement-bentonite interaction with different cement materials, 1; Experiments

異なるセメント材料によるセメント-ベントナイト相互作用への影響,1; 実験的検討

川喜田 竜平  ; 安楽 総太郎 ; 花町 優次*; 三ツ井 誠一郎  ; 笹本 広   ; 三原 守弘  

Kawakita, Ryohei; Anraku, Sohtaro; Hanamachi, Yuji*; Mitsui, Seiichiro; Sasamoto, Hiroshi; Mihara, Morihiro

我が国の放射性廃棄物の地層処分では、セメント材料とベントナイトの使用が検討されている。セメント材料は処分場の支保工に使用されるため、部分的にベントナイトと接触した状態が生じる。処分場の設計や長期安定性の観点から、これら材料の相互作用について現象理解を進めることが求められている。一般的なセメント材料であるポルトランドセメント(OPC)は、間隙水のpHが13以上と極めて高く、ベントナイトを著しく変質させる可能性がある。一方で、原子力機構で間隙水のpHを低下させる目的で開発した低アルカリセメント(HFSC)については、ベントナイトとの相互作用に関する知見は限られている。また、処分環境は地温や廃棄物の発熱により地表より高温になると考えられ、それによる鉱物の反応性や安定性が変化すると考えられるが、その影響についてはあまり調べられていない。本発表では、OPCおよびHFSCを対象とし、処分環境に相当する温度(50Cおよび80C)条件下で、圧縮ベントナイト(クニゲルV1; 乾燥密度1.37Mg/m)とセメント材料との相互作用に関して実施した試験の結果について報告する。

Cement and bentonite materials are to be used in a repository for the geological disposal of radioactive wastes in Japan. Cement will provide structural support to the repository and will be in close contact with bentonite. Understanding the interactions between these two materials is necessary to improve repository design and ensure long-term safety. Ordinary Portland Cement (OPC) is widely used for construction, however, there are concerns that its high pH 13 porewater could cause significant alteration of bentonite. JAEA has therefore developed a High-content Fly ash Silica fume Cement (HFSC) to lower the pH of cement porewater. Studies on HFSC and bentonite interactions are, however, limited. In addition, elevated temperatures can be expected in the repository by the combination of radiolytic heating and geothermal gradients. Temperature affects mineral reaction rates and their overall stability, but such thermal effects have not yet been studied in detail in the context of cement and bentonite interactions. Laboratory scale experiments were therefore conducted to investigate the interactions between OPC or HFSC and compacted bentonite (Kunigel V1; dry density = 1.37 Mg/m) at repository relevant temperatures of 50C and 80C.