(57)【要約】【課題】放射性廃棄物処分場を構成する場合の緩衝材としてベントナイトを使用するさいに，膨潤量がＮａ型ベントナイトに比べて一般に低いＣａ型ベントナイトの性質を改善し，Ｃａ移動の問題のあるＮａ型ベントナイトに代えて使用できるようにする。【解決手段】ベントナイト系材料層を緩衝材とする処分場構造物において，１０μｍ以下の粒子が７０％以上を占めるまで機械的に粉砕されたＣａ型ベントナイト微粉を前記の緩衝材に使用することを特徴とする処分場構造物である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベントナイト系材料層を緩衝材とする処分場構造物において，１０μｍ以下の粒子が７０％以上を占めるまで機械的に粉砕されたＣａ型ベントナイト微粉を前記の緩衝材に使用することを特徴とする処分場構造物。
【請求項２】
機械的粉砕によるメカノケミカル反応が付与された処分場の緩衝材用Ｃａ型ベントナイト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ベントナイト系材料を緩衝材とする放射性廃棄物等の処分場において，該緩衝材としてＣａ型ベントナイトを用いる処分場構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
核燃料廃棄物地層処分場事業における人工バリア材料としてベントナイトの使用が想定されている。ベントナイトは，天然の鉱物としては，層間イオンとしてＮａイオンが多数を占めるＮａ型ベントナイトと，層間イオンとしてＣａイオンが多数を占めるＣａ型ベントナイトに概略分類される。
【０００３】
一般に，Ｎａ型ベントナイトは膨潤性能や止水性能は高いが，セメント系材料と併用するとセメント系材料からＮａ型ベントナイトへのＣａイオンの移動が起こり，セメント系材料を変質させ且つベントナイト系材料層の遮水性能を低下させる。他方，Ｃａ型ベントナイトはセメント系材料と併用しても変質せず，セメント系材料からのＣａイオンの溶出も抑制されるが，膨潤性能や止水性能がＮａ型ベントナイトに比べると低い。
【０００４】
このように，Ｎａ型とＣａ型のベントナイトにはそれぞれ得失があるが，放射性廃棄物の処分場構造物における緩衝材に要求される諸性質のうちでも，自己シール性としての膨潤性や止水性が重要視されることから，Ｎａ型ベントナイトの使用を推奨することが多い（例えば特許文献１）。しかし，処分場の構造上，ベントナイト系材料層をセメント系材料層で強度的に安定化する構造が採用される場合が多く，この場合にＮａ系ベントナイトを用いると，セメント系材料層からのＣａイオンの移動の問題が懸念される。特許文献２では，このようなＣａイオン移動によるベントナイトの高ｐＨ化等はバーミキュライトの配合によって防止できると教示している。
【特許文献１】特開平６−２９３５１２号公報
【特許文献２】特開平７−２７０５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セメント系材料からのＣａイオンの移動が抑制されるＣａ型ベントナイトを用いても，Ｎａ型ベントナイトと同等の膨潤性や止水性機能を発揮することができれば，Ｎａ型ベントナイトを緩衝材とする場合の前記の問題が解決できる。本発明の課題はこの点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は，ベントナイト系材料層を緩衝材とする処分場構造物において，１０μｍ以下の粒子が７０％以上を占めるまで機械的に粉砕されたＣａ型ベントナイト微粉を前記の緩衝材に使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
Ｃａ型ベントナイトであっても，これを機械的に粉砕して微粉化してゆくと，メカノケミカル反応が付与される結果，膨潤機能と止水性機能が向上し，放射性廃棄物処分場の緩衝材として充分に使用できる。この緩衝材はＣａ型ベントナイトであるからセメント系材料と併用されても変質することがなく，また，セメント系材料のＣａイオンの溶出も抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明者らは，Ｃａ型ベントナイトの基本物性を調べるための一つの処法として，微粉化によるアッターベルク限界試験を実施した。その結果，例えば塑性指数Ｉｐが９３の未粉砕のＣａ型ベントナイトを，ジェットミルを用いて図１〜２の粒度分布をもつ微粉にまで機械的に粉砕したものでは，塑性指数Ｉｐが１１５まで上昇することがわかった。
【０００９】
なお図１には，機械的に粉砕した微粉（微粉末試料）の粒度分布図を白丸印（○）で，粉砕する前のもの（未粉砕試料）を黒丸印（●）で示してあり，図２は両者の粒度分布を数値で示したものである。またアッターベルク限界試験において，これらの未粉砕試料と微粉末試料の液性限界と塑性限界はそれぞれ表１のとおりであった。
【００１０】
【表１】
2005114571.tif 000002
【００１１】
液性限界ＷＬ（％）はベントナイトが可塑性を失わない含水比（水とベントナイトの重量比）の上限値であり，塑性限界Ｗｐ（％）はその下限値である。塑性指数Ｉｐはベントナイトが可塑性を失わない含水比の幅を表すが，未粉砕試料のＩｐ＝９３から，微粉末試料のＩｐ＝１１５まで，塑性指数が高くなったことは，ベントナイトが可塑性を失わない含水比の幅が大きくなったことを意味している。すなわち，粉砕することで可塑性が向上すると共に，塑性指数の大きな粘土材料に変性したことにより透水係数の低い（止水性能の高い）材料に変化したと見てよい。
【００１２】
この傾向は，例えば図１〜２の粒度分布に見られるように，１０μｍ以下の粒子が７０％以上を占めるまで機械的に粉砕された微粉末において現れ，微粉化すればするほど強くなる。このような機械的な粉砕によって，Ｃａ型ベントナイトはいわゆるメカノケミカル処理を受けることになり，その粒子表面が改質・活性化される結果，塑性指数の増大をもたらすものと考えられる。このような粒子表面の改質・活性化を行わせるには，ジェットミル，遊星ボールミル，ボールミル，ピンミル，ＶＸミル等を用いてＣａ型ベントナイトを粉砕するのがよい。１回の粉砕では所望の目的が達成されない場合には，粉砕を繰り返すのがよい。
【００１３】
ベントナイトの膨潤性能は膨潤量と膨潤圧で規定されることが多い。膨潤量とはベントナイトが水を吸って膨れる量であり，膨潤圧とはベントナイトが水を吸って膨れるときの圧力である。本発明に従うＣａ型ベントナイトは，初期乾燥密度が 1.6 Mg/m3の場合, 膨潤率（最大膨潤率）１３０％以上であることができ，平衡膨潤圧１５ＭＰａ以上であることができる。
【００１４】
以下に，本発明に従うＣａ型ベントナイトについて行った膨潤量試験および膨潤圧試験の結果について，Ｎａ型ベントナイトのそれらと対比して示す。
【００１５】
(1) 膨潤量試験
膨潤量試験は，ベントナイトを水で飽和させた際の大気圧下での体積変化を１０日間にわたって測定することによって行った。供試材は次の５種であり，それぞれ２種のサンプルを採取して試験した。試験結果を表２に示した。
供試材（各２種）
比較例１：Ｎａ型ベントナイト（Ａー１，Ａー２）。
比較例２：Ｎａ型ベントナイトにＣａイオンを添加して人工的にＣａ型ベントナイトとしたもので，Ｃａ型率が５０％のもの（Ｂ−１，Ｂ−２）。
比較例３：Ｎａ型ベントナイトにＣａイオンを添加して人工的にＣａ型ベントナイトとしたもので，Ｃａ型率が１００％のもの（Ｃ−１，Ｃー２）。
比較例４：天然のＣａ型ベントナイト（乾燥密度１.６ Mg/m3）を１次粉砕したもの（Ｄ−１，Ｄー２：これらの粒度分布は図１の●印で示した未粉砕試料のものにほぼ相当している）。
本発明例：Ｃａ型ベントナイトをジェットミルでさらに微粉砕したもの（Ｅ−１＝Ｄ−１を微粉砕したもの，Ｅ−２＝Ｄ−２を微粉砕したものであり，Ｅ−１とＥ−２の粒度分布は図１の○印で示す微粉末試料のものにほぼ相当している）。
【００１６】
【表２】
2005114571.tif 000003
【００１７】
表２に見られるように，比較例１のＮａ型ベントナイトは最大膨潤率が最も高く，このため自己シール性能を備えた緩衝材として適している。また，５０％人工的にＣａ化した比較例２のものも最大膨潤率は高い。しかし，これら比較例１と２のものはＮａ型ベントナイトであるから，それ特有の問題すなわちセメント系材料からのＣａの移動の問題がある。他方，人工的に１００％Ｃａ型にした比較例３のベントナイトでは，Ｃａの移動の問題はないが，最大膨潤率が平均３１.３％と非常に低くて自己シール性を示す緩衝材としては不向きである。
【００１８】
天然のＣａ型ベントナイトである比較例４のものは，Ｃａ移動の問題はなく，比較例３の人工的なものよりも最大膨潤率は高いが，充分ではない。これに対して，比較例４のものを微粉化した本発明例のものは，最大膨潤率がＤ−１の１０８.１％からＥ−１の１４９.７％まで増加し，Ｄ−２の１４６.９％からＥ−２の１６２.２％まで増加し，平均して２８.５％増加している。したがって，Ｃａ移動の問題がなく，しかも自己シール性を備えた緩衝材として好適である。
【００１９】
図３は，前記のＤ−１→Ｅ−１，Ｄ−２→Ｅ−２の膨潤率の変化を経時的に示したグラフであり，Ｅ−１とＥ−２とも試験の初日から膨潤率が嵩上げして増加していることがわかる。
【００２０】
(2) 膨潤圧試験
膨潤圧試験は，ベントナイトを水で飽和させた際に，体積一定の条件下で発生する圧力を測定することによって行った。供試材は，膨潤量試験に供したものと同じものである。その結果を表３に示した。
【００２１】
【表３】
2005114571.tif 000004
【００２２】
表３の結果に見られるように，比較例１のＮａ型ベントナイトおよび比較例２〜３の人工Ｃａ型ベントナイトでは平衡膨潤圧が３ＭＰａ以下である。これに対して，天然Ｃａ型ベントナイトの比較例４および発明例では１４ＭＰａ以上（ただし試験では経過日数６日目においてロードセルの荷重限界値を超えたので表示の値のときに試験を中断した）を示しており，且つ発明例では比較例４よりも高くなっている。したがって，自己シール性を示す緩衝材として発明例のものは好適であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に従う粉砕されたＣａ型ベントナイトの粒度分布を，粉砕される前のものと対比して示した図である。
【図２】図１の粒度分布の数値を表にして示したものである。
【図３】本発明に従う微粉砕されたＣａ型ベントナイトの膨潤率を，微粉砕する前のものと対比して示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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