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Technical Report NTB 82-03

The Long-Term Stability of Cement and Concrete for Nuclear Waste Disposal under Normal Geologic Conditions

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Die in diesem Jahrhundert entwickelte nukleare Energieindustrie hat bezüglich Behandlung und Beseitigung von radioaktivem Abfall neue und interessante Fragen aufgeworfen. Insbesondere befasst man sich mit Problemen der Umwelt und der technischen Verarbeitung. Die zunehmende Bedeutung der Umweltaspekte hat in vermehrtem Masse die Aufmerksamkeit auf das Langzeitverhalten von Zement und Beton bei der Lagerung radioaktiver Abfälle unter möglichen geologischen Bedingungen gelenkt.

Eine kurze Beschreibung der wissenschaftlichen Grundlagen von Zement und Beton sowie Diskussionen betreffend die bautechnische Stabilität, Korrosion der Bewehrung, mögliche Bedingungen in einer potentiellen Lagerstätte in der Schweiz sowie der Einfluss dieser Umgebung auf Zement und Beton werden präsentiert. Besonders hervorgehoben werden die Auswirkungen aufgrund der Wärme- und Druckverhältnisse in tiefen Lagerstätten sowie der Effekt des Grundwassers in einer reduzierenden Umgebung.

Die Zementzusammensetzungen für die Konditionierung von radioaktivem Abfall sind kurz kommentiert hinsichtlich Verträglichkeit mit radioaktiven Abfällen, Auslaugung sowie chemischer und mechanischer Stabilität.

Die Langzeitstabilität von Beton, basierend auf chemischen Veränderungen, bautechnischem Verhalten und mechanischer Integrität ist für die Dauer von 0 – 100 Jahren sowie für die Dauer von 102 – 104 Jahren in Betracht gezogen worden. Es werden Vorschläge für weitere Abklärungen gegeben, die entscheidende Informationen hinsichtlich der genaueren Vorhersage des Langzeitverhaltens von Zement und Beton unter Lagerstättenbedingungen ermöglichen sollen.

Die nachstehenden Schlussfolgerungen geben eine Basis für generelle Betrachtungen bei der Wahl von Zement und Beton im Zusammenhang mit der Beseitigung des radioaktiven Abfalls:

  • Der Zement sollte sulfatbeständig sein und einen relativ hohen Gehalt an C2S sowie eine geringe Abbindewärme aufweisen. Dadurch wird das Risiko für wärmeinduzierte Spannungsrisse vermindert. Die Beständigkeit und Betonfestigkeit scheinen für diesen Zementtyp höher zu sein.
  • Die Zuschlagstoffe mit hoher Festigkeit und geringer Durchlässigkeit sollten keine Mineralien enthalten, die mit dem Zement reagieren und sich unter hohem Druck und hoher Temperatur zersetzen.
  • Das Wasser-Zement-Verhältnis sollte vorzugsweise so niedrig als möglich sein, weil es die Gel-Struktur des Betons beeinflusst und einen entscheidenden Einfluss auf die Stabilität und Beständigkeit des Betons ausübt. •
  • Der Gebrauch von Zement-Zusätzen sollte vermieden werden, es sei denn, ihre Auswirkungen auf die Langzeitstabilität von Zement und Beton seien genau bekannt. Viele Zusätze haben mehrere Auswirkungen und grosse Sorgfalt ist geboten bei der Wahl eines optimalen Zusatzes für eine spezifische Anwendung in einer Lagerstätte.
  • Das Mischrezept für den Beton sollte sorgfältig ausgewählt werden, um einen dichten, qualitativ hochstehenden Beton zu erhalten, der für Grundwasser nur minimal infiltrierbar ist. Es müssen strenge Qualitätsanforderungen an die Verarbeitung des Betons gestellt werden, um die Langzeitstabilität zu erreichen. Der Zement kann auch für die Verfestigung von schwach-, mittelaktivem und abgekühltem hochaktiven Abfall verwendet werden. Die Vorteile von Zement sind niedrige Rohmaterialkosten, niedrige Verarbeitungstemperaturen und einfache Handhabung. In Beton verfestigte Abfälle zeigen eine relativ akzeptable thermische, chemische, physische und radiolytische Stabilität.

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