報告書番号

L08002

タイトル（和文）

鉱物沈殿を考慮したセメント硬化体の化学的変質評価手法の高度化

タイトル（英文）

Development of an Advanced Reactive Transport Code for Chemical Alteration of Cement Material considering Precipitation of Secondary Mineral

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

本研究では、セメント水和物に特徴的な非調和溶解沈殿を現象に即して適切に評価することが可能な化学平衡計算部と、鉱物の溶解沈殿に伴う固相内の空間的な物質移行係数の不均質な分布を再現する物質移行モデルを組み合わせた当所開発の解析コードCCT-Pをベースとして、セメント硬化体と地下水の接触面近傍で溶解度の低い二次鉱物が物理的な皮膜を生成する可能性をモデル化した改良を行った。重炭酸ナトリウム溶液中への普通ポルトランドセメント硬化体の浸漬実験で観察されたカルシウムの溶脱抑制現象について、二次鉱物として炭酸カルシウムの沈殿を想定することにより、現象を精度よく再現することが可能となった。改良CCT-Pは、セメント系材料で構築される放射性廃棄物処分施設を対象に、地下水成分との反応を考慮した場合の長期的な変質挙動を精度よく評価するツールとしての活用が期待できる。

概要 （英文）

In the concept for radioactive waste disposal in Japan, cement is a potential waste packaging and backfilling material and is expected to provide both chemical and physical containment. In this study, the reactive transport computational code developed by CRIEPI in which a geochemical model including the thermodynamic incongruent dissolution/precipitation model of calcium-silicate hydrate (C-S-H) is coupled with the advection-diffusion/dispersion equation has been improved by developing a new chemical-reaction model. In the developed model, secondary minerals could form in a virtual layer close to the surface of cement solid and precipitate on the surface so that the precipitates may seal the cement matrix to restrict leaching of cement components. The evolution of the hydraulic properties of the cement solid matrix due to the precipitation of the secondary minerals within the pore is also considered in the calculation code. The improved calculation code can well predict the results of a series of leaching experiments of cement hydrate monoliths by a so-called tank leaching method in deionised water and sodium bicarbonate solution, in which leaching of calcium has been ignificantly restricted in sodium bicarbonate solution, whereas calcium leached out from the surface of the solid in deionised water. The modelling results suggest that the developed model and calculation code are useful tools for discussing the long-term alteration of a cementitious repository system in the geological environment.

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