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花町 優次*; Walker, C.*; 安楽 総太郎; 笹本 広
NIMS微細構造解析プラットホーム利用報告書(インターネット), 4 Pages, 2024/10
日本の放射性廃棄物地層処分では、産業副産物であるフライアッシュとシリカフュームを高含有する低アルカリ性セメント(High-volume Fly ash Silica fume Cement, HFSC)の使用が検討されており、我々はHFSCの主成分であるカルシウムアルミニウムシリケート水和物(C-A-S-H)ゲルを合成し、それらの化学的安定性についての研究を行っている。また、より基礎的な情報を得るため、普通ポルトランドセメントの成分であるカルシウムシリケート水和物(C-S-H)ゲルの結晶化鉱物の安定性も研究対象としている。この研究において信頼性の高いデータを得るためには、なるべく高収率の方法で目的物質の合成を行い、その元素組成や構造を正確に知る必要がある。C-A-S-Hゲルについては、先行課題(課題番号JPMXP1222NM0075)で、クリンカー鉱物を水に28日間または6カ月間浸漬させる方法(以下クリンカー法とする)で合成したサンプルを対象に
Al及び
Si NMRスペクトルを取得し、Al及びSiの分配状態を同定したが、それらの浸漬期間ではC-A-S-Hゲル以外の副鉱物の生成が多く、所期のAl/Siモル比を有するC-A-S-Hゲルの合成には至らないことが明らかとなった。C-A-S-Hゲルの収率を高くするためには、浸漬期間をさらに長くするほか、別の合成方法も検討する必要がある。本分析では、浸漬期間を1.5年まで延長したクリンカー法、及び、カトアイト飽和溶液を用いる代替法で合成したサンプルについて、AlおよびSi NMRスペクトルを取得し、それらサンプル中の実際のC-A-S-Hゲル組成を決定した。C-S-Hゲルの結晶化鉱物については、先行研究で、11
及び14トバモライトが、酸化カルシウム及び二酸化ケイ素を高温状態(120
C及び60C)で水に浸漬させることで合成できることがX線回折によって確認されている。本分析ではさらに、それらの合成トバモライトのポリマー構造を確認するためにSi NMRスペクトルを取得した。
花町 優次*; Walker, C.*; 笹本 広; 三原 守弘
NIMS微細構造解析プラットフォーム利用報告書(Internet), 2 Pages, 2023/12
放射性廃棄物の地層処分において、坑道の支保工材料等として産業副産物であるフライアッシュとシリカフュームセメントを高含有する低アルカリ性セメント(High-volume Fly ash Silica fume Cement, HFSC)の使用が検討されている。日本原子力研究開発機構では、HFSCの主成分であるカルシウムアルミニウムシリケート水和物(C-A-S-H)ゲルを合成し、その化学的な安定性を評価するための実験及びモデル化を行っている。モデル化では、合成したサンプルに含まれるC-A-S-Hゲルや合成の際に付随して生成する副鉱物の組成を把握する必要がある。このため、2020年度には、合成したサンプルを対象にAl及びSi NMRスペクトルを取得し、Al及びSiの分配状態を同定した。その結果から、合成したサンプル中のC-A-S-Hゲルの化学組成を導出した。しかしながら、浸漬期間が28日と短く、C-A-S-Hゲル以外の副鉱物の生成が多く、所期のAl/Siモル比を有するC-A-S-Hゲルの合成には至らなかった。本課題では、より浸漬期間の長い(6ヶ月)試料を対象に、同様な手法によりC-A-S-Hゲルの化学組成を導出するため、NMRスペクトルを取得した。
Bateman, K.*; 村山 翔太*; 花町 優次*; Wilson, J.*; 瀬田 孝将*; 天野 由記; 久保田 満*; 大内 祐司*; 舘 幸男
Minerals (Internet), 12(7), p.883_1 - 883_20, 2022/07
被引用回数：2 パーセンタイル：21.09(Geochemistry & Geophysics)The construction of a repository for geological disposal of radioactive waste will include the use of cement-based materials. Following closure, groundwater will saturate the repository and the extensive use of cement will result in the development of a highly alkaline porewater, pH 
12.5; this fluid will migrate into and react with the host rock. The chemistry of the fluid will evolve over time, initially high [Na] and [K], evolving to a Ca-rich fluid, and finally returning to the groundwater composition. This evolving chemistry will affect the long-term performance of the repository, altering the physical and chemical properties, including radionuclide behaviour. Understanding these changes forms the basis for predicting the long-term evolution of the repository. This study focused on the determination of the nature and extent of the chemical reaction, as well as the formation and persistence of secondary mineral phases within a granite, comparing data from sequential flow experiments with the results of reactive transport modelling. The reaction of the granite with the cement leachates resulted in small changes in pH and the precipitation of calcium aluminum silicate hydrate (C-(A-)S-H) phases of varying compositions, of greatest abundance with the Ca-rich fluid. As the system evolved, secondary C-(A-)S-H phases re-dissolved, partly replaced by zeolites. This general sequence was successfully simulated using reactive transport modelling.
Bateman, K.; 村山 翔太*; 花町 優次*; Wilson, J.*; 瀬田 孝将*; 天野 由記; 久保田 満*; 大内 祐司*; 舘 幸男
Minerals (Internet), 11(9), p.1026_1 - 1026_23, 2021/09
被引用回数：2 パーセンタイル：6.35(Geochemistry & Geophysics)The construction of a repository for geological disposal of radioactive waste will include the use of cement-based materials. Following closure, groundwater will saturate the repository and the extensive use of cement will result in the development of a highly alkaline porewater, pH 12.5. This fluid will migrate into and react with the host rock. The chemistry of the fluid will evolve over time, initially high [Na] and [K], evolving to a Ca-rich fluid and finally returning to the groundwater composition. This evolving chemistry will affect the long-term performance of the repository altering the physical and chemical properties, including radionuclide behaviour. Understanding these changes forms the basis for predicting the long-term evolution of the repository. This study focused on the determination of the nature and extent of the chemical reaction; the formation and persistence of secondary mineral phases within an argillaceous mudstone, comparing both data from sequential flow experiments with the results of reactive transport modeling. The reaction of the mudstone with the cement leachates resulted in small changes in pH but the precipitation of calcium aluminium silicate hydrate (C-A-S-H) phases of varying compositions. With the change to the groundwater secondary C-(A-)S-H phases re-dissolved being replaced by secondary carbonates. This general sequence was successfully simulated by the reactive transport model simulations.
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
no journal, ,
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。
安楽 総太郎; 川喜田 竜平; 花町 優次*; 三ツ井 誠一郎; 笹本 広; 三原 守弘
no journal, ,
OPCまたはHFSCとベントナイトを接触させた試験において、界面近傍で観察されたベントナイトの変質と二次鉱物の生成を評価するため、コンピュータモデリングコードCABARETを用いた1次元反応性輸送モデルを構築した。OPCとクニゲルV1の接触試験の解析では、OPC中のCaがポルトランダイトの溶解により枯渇し、クニゲルV1中のSiがカルセドニーの溶解により枯渇し、XRDでの観察と同様、界面にC-S-Hゲルが析出することが確認された。80Cの条件では、C-S-Hゲルの析出により界面が閉塞し、拡散とそれに伴うクニゲルV1の変質が制限されることが確認された。HFSCとクニゲルV1の接触試験の解析では、OPCと比較してpHが低いHFSCの間隙水によるクニゲルV1の変質が著しく少ないことが示され、これは実験結果とも一致した。HFSCは、C-A-S-Hゲルとエトリンガイトの溶解によって界面近傍で空隙率を増加させ、クニゲルV1は、カルセドニーのわずかな溶解によって空隙率を増加させるといる解析結果が示された。
