報告書番号

L11008

タイトル（和文）

フライアッシュ混合セメント硬化体中の陰イオン拡散挙動 －拡散係数の空隙構造依存性－

タイトル（英文）

Diffusion Behavior of Anion in Low-Heat Portland Cement containing Fly Ash -Dependence of Diffusion Coefficient on Pore Structure-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

低レベル放射性廃棄物の余裕深度処分システムでは，低収着性核種の移行を遅延させるために，低拡散性能が期待できる高緻密コンクリート層の配置が検討されている．これには，緻密性向上の面からフライアッシュ混合低熱ポルトランドセメント(FAC)が候補材料とされている．既報では，FAC硬化体中のヨウ素イオンおよび酢酸イオンの拡散挙動について検討しており，一般的なセメント系材料である普通ポルトランドセメント(OPC)と比較して高い低拡散性能を有することを報告しているが，そのメカニズムについては明らかにされていなかった．
本研究では，FACの低拡散性能の空隙構造依存性を明らかにするために，複数化学種(塩素，臭素，ヨウ素)を同時に使用した透過型拡散試験を実施した．その結果，FAC中の陰イオンの有効拡散係数はOPCと比べて1～3桁小さいこと，FACに対する有効拡散係数はイオン径が大きいほど小さくなることがわかった．また，13ヶ月にわたる拡散試験期間において，FACの空隙径分布および空隙率がポゾラン反応の進行のために，より緻密な構造へと変化していることが明らかになった．これらのことから，FACの低拡散性能は，空隙構造の緻密化が継続することに加えて，陰イオンの移行を遅延させるナノスケールの空隙径を有することによるものと考えられる．

概要 （英文）

In the sub-surface disposal system, the closely packed concrete layer is expected the low diffusivity to retard the migration of radinuclides. Low-Heat Portland Cement containing Fly Ash (FA/LPC=3/7) is a candidate cement material for the construction of sub-surface repository because of its high dense structure and its resistance to cracking. Previously, we reported that FA/LPC has lower diffusivity than Ordinary Portland Cement (OPC) for acetic acid and iodine. However, the mechanism for low diffusivity of FA/LPC was not clear.
In this study, the diffusion of multiple trace ions (chlorine, bromine and iodine) in hardened cement pastes was examined by through-diffusion experiments. The effective diffusion coefficients, De, of the trace ions for hardened OPC cement pastes were on the order of 10-12 m2 s-1 for trace ions, and De for hardened FA/LPC cement pastes were on the order of 10-13 m2 s-1 for chlorine, 10-14 m2 s-1 for bromine and 10-15 m2 s-1 for iodine. Additionally, the pore size distribution and porosity of FA/LPC changed to more closely packed structure for 13 months by the pozzolanic reaction, and the pore size distribution of FA/LPC (mainly 3-10 nm) were an order of magnitude smaller than that of OPC. These results suggest that the low diffusivity of FA/LPC is based on the continuous change in the pore structure and the nano-scale pore size retarding the migration of trace ions.

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