Posiva-raportti 2010-6

Laboratory Studies on the Effect of Freezing and Thawing Exposure on Bentonite Buffer Performance: Closed-System Tests

Schatz, T. & Martikainen, J.

Englanti

58

978-951-652-177-3

Raportissa esitetään laboratoriotutkimustuloksia jäätymisen ja sulamisen vaikutuksista puristettuun bentoniittipuskurimateriaaliin.

Tavoitteena oli arvioida jäätymisen ja sulamisen vaikutusta puristetun bentoniittipuskurin toimintakykyyn käyttämällä vakiotilavuuden omaavia paisuntapainesellejä seuraavanlaisissa koesarjoissa:
-    Paisuntapainemittaukset ennen ja jälkeen toistuvien jäädytys-sulamissyklien, joissa lämpötila laskettiin huoneenlämpötilasta nopeasti ja välittömästi -18 ?C lämpötilaan. Jäädytys-sulamissykli toistettiin viisi kertaa ja kokeissa käytettiin täysin kyllästettyjä noin 1.6 g/cm3 kuivatiheyteen puristettuja MX-80 ja  Deponit CA-N bentoniittinäytteitä.
-    Painemittaukset porrasmaisen jäätymisen (huoneenlämpötilasta -10 ?C lämpötilaan portaittaisen lämpötilalaskun kautta) ja jatkuvan sulamisen (huoneenlämpöön 0.1 ?C/h lämpötilanoston avulla) aikana. Kokeissa käytettiin täysin kyllästettyjä 1.470 ja 1.501 g/cm3 kuivatiheyteen puristettuja MX-80 bentoniittinäytteitä.
-    Painemittaukset toistuvan (huoneenlämpötilasta -10 ?C lämpötilaan ja takaisin huoneenlämpötilaan) ja jatkuvan lämpötilamuutoksen (0.1 ?C/h) aikana. Näytteet olivat 0.940–1.534 g/cm3 kuivatiheyden omaavia täysin kyllästettyjä puristettuja MX-80 bentoniittinäytteitä.
-    Painemittaukset jatkuvan lämpötilamuutoksen (0.1 ?C/h) aikana  (huoneenlämpötilasta  -10 ?C lämpötilaan ja takaisin huoneenlämpötilaan). Näyte oli 1.484 g/cm3 kuivatiheyden omaava täysin kyllästetty puristettu Deponit CA-N bentoniittinäyte.
-    Joissakin koesarjoissa näytteiden vedenjohtavuus mitattiin ennen ja jälkeen jäätymis-sulamisaltistuksen.
Puristetussa bentoniitissa muodostuu merkittävä sisäinen paine altistettaessa jäätymiselle (lämpötila keskimäärin -10 ?C). Sisäinen paineen kasvu aiheutuu jään muodostuksesta. Yhteenveto testituloksista:
-    1.470-1.534 g/cm3  kuivatiheyden omaavien MX-80 bentoniittinäytteiden paineet kasvoivat 1.5-2.2-kertaisiksi.
-    1.267 g/cm3 kuivatiheyden omaavan MX-80 bentoniittinäytteen paine kasvoi yli 8-kertaiseksi.
-    0.940 g/cm3 kuivatiheyden omaavan MX-80 bentoniittinäytteen paine kasvoi yli 30-kertaiseksi.
-    1.484 g/cm3 kuivatiheyden omaavan Deponit CA-N bentoniittinäytteen paine kasvoi 1.8-kertaiseksi.
-    Havaitut paineen kasvut ovat Clapeyronin yhtälöstä laskettujen painearvojen alapuolella.
-    Jäätymis-sulamisaltistuksella ei ole todennäköisesti vaikutusta näytteen vedenjohtavuuteen.
-    Porrasmaisen jäätymisaltistuksen aikana havaittiin paisuntapaineen laskua 0 ?C ja  5 ?C välisellä lämpötila-alueella MX-80 bentoniittinäytteissä.
-    Kunkin lähellä 1.6 g/cm3 kuivatiheyttä olevan MX-80 ja Deponit CA-N bentoniittinäytteen paisuntapaine palautui keskimäärin alkuperäiselle tasolle jäätymis-sulamisaltistuksen jälkeen.
-    MX-80 ja Deponit CA-N bentoniittinäytteiden välillä ei havaittu merkittäviä eroavaisuuksia käyttäytymisessä johtuen jäätymis-sulamisaltistuksen vaikutuksesta.

Bentoniitti puskuri, jäätyminen, sulaminen, ikirouta, pitkäaikaisturvallisuus, toimintakyky

Laboratory Studies on the Effect of Freezing and Thawing Exposure on Bentonite Buffer Performance: Closed-System Tests (pdf) (2.4 MB)