放射性废物处置场用水泥类材料制造技术

本发明专利技术提供一种放射性废物处置场用水泥类材料，其具备基础水泥和多孔且非晶质的硅石粉。在质量基准下，硅石粉相对于水泥类材料总体的量在35％～65％的范围内。

Cement materials for radioactive waste disposal sites

The present invention provides a cement type material for radioactive waste disposal field, which has basic cement and porous and amorphous silica powder. Under the quality reference, the total amount of silica powder relative to the cement material is within the range of 35% ~ 65%.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】放射性废物处置场用水泥类材料
本专利技术涉及构成放射性废物处置场的建筑物材料的水泥类材料，还涉及为了对放射性废物处置场进行地基改良从而向地基中注入的灌浆材料。
技术介绍
高水平放射性废物需要被深埋在建造于地下350米以上的深地层的放射性废物处置场，从而确保其至少数万年的安全性。另外，低水平放射性废物被埋设在地下50～100m的混凝土槽等中，受到数百年的管理。在建造放射性废物处置场时，首先，向地下350m以上的深地层的基岩的龟裂中注入灌浆材料，在止水的同时使基岩稳定。接着，在稳定后的深地层挖掘长度超过100km的坑道，再以数米为间隔地挖掘竖坑并向竖坑内埋设密封了高水平放射性废物的密封容器。坑道的周围通过支护混凝土等加固，埋设了密封容器的竖坑用膨润土密封。由此，通过膨润土(人造屏障)和基岩(天然屏障)包围密封了高水平放射性废物的密封容器，防止地下水受到污染。为了灌浆和支护混凝土等的致密化，通常向原料水泥中添加作为掺合料的硅石粉(二氧化硅)。水泥中的二氧化硅与通过水合反应生成的氢氧化钙相反应(火山灰反应)从而使水泥硬化体致密化。作为揭示放射性废物处置场用的水泥类材料或灌浆材料的在先技术文献，有日本特开2000-65992号公报(专利文献1)、日本特开2003-290734号公报(专利文献2)、日本特开2011-59044号公报(专利文献3)、日本特开2011-196806号公报(专利文献4)、日本特开2012-224694号公报(专利文献5)。专利文献1(日本特开2000-65992号公报)揭示的水泥类材料包含粉煤灰、微硅粉等硅质掺合料。专利文献2(日本特开2003-290734号公报)给出了在膨润土类材料层和水泥类材料层相接的边界部存在包含硅石系材料的缓冲层的启示。包含硅石系材料的缓冲层通过使用微硅粉、粉煤灰、铁精炼渣、无铁精炼渣等中选择的粉末而构成。专利文献3(日本特开2011-59044号公报)揭示一种含有球形二氧化硅微粉和消石灰微粉的注入材料。球形二氧化硅是在高温气流中熔融二氧化硅质材料从而得到的二氧化硅的球形体。专利文献4(日本特开2011-196806号公报)揭示的注入材料也含有在高温气流中熔融二氧化硅质材料从而得到的二氧化硅的球形体。专利文献5(日本特开2012-224694号公报)揭示了一种以钠型膨润土为主体的止水性填充材料，其通过向膨润土中混合比率为30重量％以下的火山灰物质而成。火山灰物质是粉煤灰或微硅粉。如上述专利文献所述，在现有技术中，建造放射性废物处置场的水泥类材料或灌浆材料所含有的硅石粉原料典型地为粉煤灰、微硅粉等。粉煤灰是在火力发电厂与煤炭燃烧气体一起被喷出的球形微粒，微硅粉是在电炉中精炼金属硅或硅铁时的排气中所包含的球形微粒。另外，虽然是与放射性废物处置场没有关联的领域，但存在将稻谷壳等植物性材料的烧成灰作为水泥掺和料使用的尝试。日本专利第4524721号公报(专利文献6)揭示了一种含有大量作为产业废物的稻谷壳灰且压缩强度大的水泥组成物。日本特开平5-194007号公报(专利文献7)揭示了一种混入了以稻谷壳作为原料的非晶质二氧化硅微粉的混凝土产品。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2000-65992号公报专利文献2：日本特开2003-290734号公报专利文献3：日本特开2011-59044号公报专利文献4：日本特开2011-196806号公报专利文献5：日本特开2012-224694号公报专利文献6：日本专利第4524721号公报专利文献7：日本特开平5-194007号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题在高水平放射性废物的地层处置场中，像水泥那样的碱性材料存在引起膨润土屏障的功能损失、基岩的变质的可能性。因此，作为对放射性废物处置场的构成材料的要求特性，要求pH未满11的低碱性。关于确保低碱性，使活性高的二氧化硅质材料与通过水泥的水和生成的氢氧化钙发生反应的方法较为有效，在现有的放射性废物处置场用的水泥类材料、灌浆材料中，利用了作为火山灰物质的微硅粉或粉煤灰等。但是，存在含有微硅粉或粉煤灰的材料的pH的降低费时，早期强度表现性低下的问题。经过特定的程序，从稻谷壳等植物性材料的烧成灰提取的硅石粉为多孔且非晶质(Amorphous)结构，因此，其与氢氧化钙之间的反应性良好，具有较高的反应活性。因此，认为非晶质且具有多孔结构的植物性材料来源的硅石粉更适合进行火山灰反应。本专利技术的专利技术人对植物性材来源的硅石粉是否适合作为包含在放射性废物处置场的水泥类材料、灌浆材料中的二氧化硅而进行了研究。本专利技术的目的在于，提供一种硬化后pH尽早地下降、且早期强度特性优异的放射性废物处置场用水泥类材料。本专利技术的其他目的在于，提供一种硬化后pH尽早地下降，早期强度特性优异，并且能够渗透注入微小的地基的粒子间隙、基岩龟裂中的放射性废物处置场用灌浆材料。用于解决技术问题的手段本专利技术的放射性废物处置场用水泥类材料具备基础水泥、和多孔且非晶质的硅石粉。在质量基准下，硅石粉相对于水泥类材料总体的量在35％～65％的范围内。优选地，硅石粉包含含有碱性成分的氧化物，该含有碱性成分的氧化物的总含量相对于所述硅石粉总体在质量基准下为4.1％以下。优选地，该总含量为3.0％以下，更优选为2.0％以下，进一步优选为1.6％以下。优选地，硅石粉的二氧化硅纯度在质量基准下为93％以上。为了使硅石粉中的碱性成分的总含量更少，硅石粉优选为将植物性材料浸渍于酸溶液中或温水中从而使碱性成分的量减少、然后再使其烧成而得到的灰。植物性材料从稻谷壳、稻秆、米糠、麦秆、树皮、蔗渣、玉米、甘蔗、红薯、大豆、花生、木薯、桉树、羊齿植物、菠萝等中选择，但优选稻谷壳。含有碱性成分的氧化物为从由氧化钠、氧化钾、氧化钙以及氧化镁构成的组中选择的1种或2种以上的氧化物。优选地，硅石粉的平均粒径在3μm～7μm的范围内。另外，在硅石粉的粒度分布中，相对于硅石粉总体，粒径超过10μm的量为15％以下，粒径未满1μm的量为6％以下。拥有这样的硅石粉的平均粒径和粒度分布的水泥类材料适用于放射性废物处置场的灌浆材料。在灌浆材料的情况下，对于基础水泥粉末，同样地优选其平均粒径在3μm～7μm的范围内，在其粒度分布中，相对于基础水泥总体，粒径超过10μm的量为15％以下，粒径未满1μm的量为6％以下。专利技术效果根据本专利技术的放射性废物处置场用水泥类材料，能够实现硬化后pH尽早地下降、早期强度特性优异的水泥类材料。根据本专利技术的放射性废物处置场用灌浆材料，能够实现硬化后pH尽早地下降、早期强度特性优异、并且向地基的微小粒子间隙和基岩的龟裂的渗透注入性优异的灌浆材料。附图说明图1表示包含稻谷壳烧成灰的硅石粉中的含有碱性成分的氧化物的总含量、与含有该硅石粉的水泥类材料的硬化体在材龄为14天后的pH之间的关系的图。具体实施方式**[本专利技术的水泥类材料的特征]**本专利技术的放射性废物处置场用水泥类材料具有以下特征。a)具备基础水泥、和多孔且非晶质的硅石粉。b)在质量基准下，硅石粉相对于水泥类材料总体的量在35％～65％的范围内。通过具有上述特征，能够实现水泥类材料的硬化后pH尽早地下降、早期强度特性优异的效果。关于这一点，将在后述中通过各种实验结果详细说明。**[本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放射性废物处置场用水泥类材料，在所述放射性废物处置场用水泥类材料中，具备基础水泥、和多孔且非晶质的硅石粉，在质量基准下，所述硅石粉相对于水泥类材料总体的量在35％～65％的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.31 JP 2015-1518301.一种放射性废物处置场用水泥类材料，在所述放射性废物处置场用水泥类材料中，具备基础水泥、和多孔且非晶质的硅石粉，在质量基准下，所述硅石粉相对于水泥类材料总体的量在35％～65％的范围内。2.根据权利要求1所述的放射性废物处置场用水泥类材料，其中，所述硅石粉包含含有碱性成分的氧化物，所述硅石粉中的含有碱性成分的氧化物的总含量相对于所述硅石粉总体在质量基准下为4.1％以下。3.根据权利要求1或2所述的放射性废物处置场用水泥类材料，其中，所述硅石粉的二氧化硅纯度在质量基准下为93％以上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的放射性废物处置场用水泥类材料，其中，所述硅石粉为将植物性材料的烧成灰粉碎后的粉末。5.根据权利要求1～4中任一项所述的放射性废物处置场用水泥类材料，其中，所述硅石粉是将植物性材料在酸溶液中浸渍后进行烧成而成的灰。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤胜义，蒲原均，金泽智彦，罗承贤，西川奈那，
申请(专利权)人：近藤胜义，日铁住金水泥株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP