In situ reaction and alteration of mudstone-cement interfaces at the Horonobe URL; Comparison between ordinary Portland cement and low alkaline cement

幌延URLにおける泥岩-セメント界面の原位置反応と変質; 普通ポルトランドセメントと低アルカリ性セメントの比較

出井 俊太郎  ; 柴田 真仁*; 根岸 久美*; 杉浦 佑樹  ; 天野 由記   ; Bateman, K.*; Wilson, J.*; 横山 立憲   ; 鏡味 沙耶   ; 武田 匡樹 ; 櫻井 彰孝; 舘 幸男  

Dei, Shuntaro; Shibata, Masahito*; Negishi, Kumi*; Sugiura, Yuki; Amano, Yuki; Bateman, K.*; Wilson, J.*; Yokoyama, Tatsunori; Kagami, Saya; Takeda, Masaki; Sakurai, Akitaka; Tachi, Yukio

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、セメントと泥岩の相互作用による化学的擾乱領域が形成され、岩盤中の核種移行特性に影響を及ぼす可能性がある。本研究では、11年前に幌延深地層研究センターの140m調査坑道に施工されたセメント(普通ポルトランドセメント(OPC)および低アルカリ性セメント(LAC))と泥岩の界面における変質状態について調査した。複数の分析手法を組み合わせることで、セメントの溶解、方解石やC-(A-)S-H相などの二次鉱物の析出、モンモリロナイトの陽イオン交換、泥岩の空隙率の低下など、セメントと岩石の界面における主要な反応が特定された。また、空隙率の低下による拡散の低下や、変質した泥岩中の二次鉱物への取り込みによる収着の促進など、セメントと泥岩の相互作用が放射性核種の移行に及ぼす影響についても明らかになった。

Interactions between cement and host rock in geological repositories for radioactive waste will result in a chemically disturbed zone, which may potentially affect the long-term safety. This paper investigates the chemical evolution at the interface between cement (Ordinary Portland Cement: OPC and Low Alkaline Cement: LAC) and mudstone after 11 years of in situ reactions at the Horonobe Underground Research Laboratory. The study combines various analytical techniques to identify the key reactions at the cement-rock interface, including cement dissolution, precipitation of secondary minerals such as calcite and C-(A-)S-H phases, cation exchange in montmorillonite and reduced porosity in mudstone. The study also highlights the effects of cement-mudstone interactions on radionuclide migration, such as reduction of diffusivity due to reduced porosity and enhancement of sorption due to incorporation into secondary minerals in the altered mudstone.