報告書番号

U99044

タイトル（和文）

水との接触によるセメント水和物の化学的変質

タイトル（英文）

Chemical alteration of cement hydrates by dissolution

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

放射性廃棄物処分に利用されるセメント材料には、人工バリアとして核種閉じ込め能力が期待されている。TRU廃棄物処分の長期的な安全評価においては、セメントの化学的性質の変化が化学バリア性能に影響する可能性を考えなければならない。そこで、化学的な変質過程として溶解現象に注目し、接触液量を変化させたセメント変質実験により、化学的な観点から、セメントに起こりうる変質反応とその過程について評価した。溶解実験では構成鉱物の溶解に伴う組成変化が観察された。また組成変化や水和反応の進行に伴うと考えられる比表面積の増加が観察された。さらに、既存の溶解平衡モデルに基づく水和・溶解モデルを提案し、鉱物組成の溶解による変化、浸出液の組成の予測を試みた。その結果、固相についてはCa-O-H系、Ca-Si-O-H系の鉱物組成分布を、液相組成についてはpH、Ca濃度をほぼよく再現することができ、モデルの妥当性が示された。

概要 （英文）

Cementitious material is a potential waste packaging and backfilling material for the radioactive waste disposal, and is expected to provide both physical and chemical containment. In particular, the sorption of radionuclides onto cementitious material and the ability to provide a high pH condition are very important parameters when considering the release of radionuclides from radioactive wastes. For the long term, in the geological disposal environment, cement hydrates will be altered by, for example, dissolution, chemical reaction with ions in the groundwater, and hydrothermal reaction. Once the composition or crystallinity of the constituent minerals of a cement hydrate is changed by these processes, the pH of the repository buffered by cementitious material and its sorption ability might be affected. However, the mechanism of cement alteration is not yet fully understood.In this study, leaching experiments of some candidate cements for radioactive waste disposal were carried out. Hydrated Ordinary Portland Cement (OPC), Blast Furnace Slag blended cement (OPC/BFS) and Highly containing Flyash and Silicafume Cement (HFSC) samples were contacted with distilled water at liquid:solid ratios of 10:1, 100:1 and 1000:1 at room temperature for 200 days. In the case of OPC, Ca(OH)2 dissolved at high liquid:solid ratios. The specific surface area of all cement samples increased by leaching process. This might be caused by further hydration and change of composition of constituent minerals.A model is presented which predicts the leaching of cement hydrates and the mineral composition in the hydrated cement solid phase, including the incongruent dissolution of CSH gel phases and congruent dissolution of Ca(OH)2, Ettringite and Hydrotalcite. Experimental results of dissolution of Ca-O-H and Ca-Si-O-H phases were well predicted by this model.

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