報告書番号

N07021

タイトル（和文）

ベントナイト・セメント系材料のガス移行評価に関する文献調査

タイトル（英文）

Literature survey on evaluation of gas migration through bentonite and cementitious materials

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

放射性廃棄物処分施設における廃棄体からの核種移行を抑制する人工バリア材料として，ベントナイト系材料やセメント系材料が有力な候補として挙げられている。これらの材料は透水性・透気性が非常に低いことが予想されるため，廃棄体の金属腐食等により発生するガスが施設内に蓄積し，その圧力によって人工バリアや周辺岩盤が損傷を受ける，あるいは放射性核種に汚染された間隙水やガスが押し出されて施設外へ流出する等の影響が懸念されている。そこで本研究では，ベントナイト系材料，セメント系材料のガス移行特性に関する最新の知見，ガス移行挙動の解析手法に関する現状を把握するため，ガス移行挙動やメカニズムを実験的，解析的に検討した国内外の既往文献を調査した。
この結果，飽和ベントナイト系材料のガス移行メカニズムは，間隙水中の溶存ガス拡散，気液２相流によるガス移行，ハイドロリックフラクチャリングによる卓越流路の形成をともなうガス移行の共存と考えられ，また，飽和セメント系材料については，間隙水中の溶存ガス拡散と気液２相流の共存と考えられた。ただし，高密度ベントナイトにおけるハイドロリックフラクチャリング発生条件や，供試体サイズ，ガス昇圧速度，境界条件等がガス移行特性に与える影響の把握が今後の課題として指摘された。
一方，人工バリア材料のガス移行解析コードについては，ガス移行メカニズムとの整合性，パラメータ設定方法の客観性，コードの開発程度や適用実績等の観点から，ガス圧に依存した流体の透過性増大を表現するモデルを２相流解析に組み入れた解析コード類が現時点では有望と評価された。ただし，より信頼性の高い施設のガス移行挙動評価に向け，力学連成を考慮した数値解析手法の開発と実験的検証が今後の課題として指摘された。

概要 （英文）

Bentonite and cementitious materials are candidates of engineered barrier for a radioactive waste disposal facility. In the radioactive waste repository, Hydrogen gas, which was generated by corrosion of metal included in the nuclear waste, will result in high pressure gas because permeability of the engineered barrier is very low. Thus, it is apprehensive that the high pressure gas possibly causes damage to the facility and leakage of contaminated water and gas from the facility. In this paper, previous studies on gas migration mechanism inferred from recent experimental researches for bentonite and cementitious materials are surveyed. Also, recent numerical codes for evaluating gas migration through those materials are investigated. From the review of previous experiments, the gas migration mechanism is summarized as follows: 1) in saturated bentonite the gas migration mechanism consists of diffusion of dissolved gas, two-phase flow with or without preferential pathways, and the flow through macroscopic fractures produced by hydraulic fracturing, 2) in saturated cementitious materials mainly of diffusion of dissolved gas and two-phase flow. As a result of the review, some subjects of study on gas migration, such as a criterion of the hydraulic fracturing, an effect of test piece size, gas injection rate, boundary conditions, and others, are extracted by literature survey. Numerical codes are also reviewed considering compatibility of gas migration mechanism, objectiveness of determining parameters, degree of development, and experiences of application. The codes based on two-phase model considering the pressure dependency for permeability are likely to be most applicable to practical simulation. For reliable evaluation of gas migration in the facility, the codes which simulate coupled hydrological-mechanical processes are expected to be developed and to be substantiated by comparing calculated results with experimental results.

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