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Technical Report NTB 93-16

Propagation of a Hyperalkaline Plume into the Geological Barrier Surrounding a Radioactive Waste Repository

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Das Endlager für SMA besteht vor allem aus Beton. Das Porenwasser in Beton ist stark alkalisch (pH > 13 bei Endlagerverschluss). Aus dem Endlager austretendes Betonporenwasser ist nicht im Gleichgewicht mit Valanginienmergel, der als Wirtgestein für das Endlager für SMA vorgesehen ist. Thermodynamische Stabilitätsbeziehungen weisen darauf hin, dass verschiedene Mineralkomponenten von Valanginienmergel unter stark alkalischen Bedingungen instabil sind und daher eine signifikante Veränderung der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Valanginienmergel zu erwarten ist. Wegen den tiefen Siliziumkonzentrationen des Betonporenwassers lösen sich silikathaltige Mineralkomponenten von Mergel in Kontakt mit Betonporenwasser auf. Die Umwandlungsdauer des Wirtgesteins kann sich über zehntausende von Jahren erstrecken und ist von der Betonmenge im Endlager SMA abhängig. Im vorliegenden Bericht wird das Rechenprogramm MPATH, das advektiven Transport mit chemischen Reaktionen koppelt, angewendet, um die Alterierung von Valanginienmergel durch Betonporenwasser in Abhängigkeit des Ortes und der Zeit zu modellieren. Die Modellierungen sagen voraus, dass die meisten gesteinsbildenden Mineralien des Mergels (Quarz, Chlorit, Tonmineralien) aufgelöst werden und an ihrer Stelle Zeolithe, Feldspäte und zementartige Mineralien gebildet werden. Durch die Auflösung der Tonmineralien wird der pH des infiltrierenden Betonporenwassers auf Werte zwischen 8 und 10 reduziert. Ohne Berücksichtigung von Porositäts- und Permeabilitätsänderungen ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der pH-Front in einem porösen Medium ein bis zwei Grössenordnungen kleiner als die Migrationsgeschwindigkeit des infiltrierenden Grundwassers. An der Grenzfläche Beton zu Mergel wird die Porosität erhöht, bedingt durch die geringen Siliziumkonzentrationen des Betonporenwassers; im Abstand von eingen Metern wird die Porosität verkleinert, durch die Ausfällung von Sekundärfestphasen.

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