고준위 방사성폐기물 처분을 위한 과립형 벤토나이트의 기초 물성 특성 및 수리-역학적 거동 평가
Characterization of Fundamental Properties and Hydro-Mechanical Behavior of Granular Bentonite for High-Level Radioactive Waste Disposal
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초록
세계 최초로 고준위 방사성폐기물 심층처분시설(DGR)에 대한 운영허가를 획득한 핀란드에서 뒤채움재 설계가 기존의 압축 블록/펠렛 방식에서 과립형 벤토나이트로 변경됨에 따라, 과립형 재료의 기초 물성 및 장기 거동에 대한 포괄적인 데이터가 요구되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 각각 핀란드 및 스위스 의 심층처분 프로그램에서 과립형 뒤채움재로 고려하고 있는 2가지 재료인 GraFi 및 GBM의 물리, 화 학, 수리, 역학적 기초 특성을 종합적으로 비교 분석하기 위해 입도분석, 양이온교환능(CEC), 수분특성 곡선(SWCC) 등 총 14개 항목에 대한 특성 평가를 수행하였다. 그 결과, 두 재료 모두 동일한 Na-벤토나 이트 계열로 확인되었으나, 원광과 제조 공정에서 기인하는 뚜렷한 차이를 나타냈다. GraFi는 GBM에 비해 스멕타이트 함량, 양이온교환능 등 점토의 활성도를 나타내는 모든 지표가 상대적으로 높게 나타났 으나, 제조 특성 측면에서는 GBM이 보다 높은 건조밀도로 제조되었음을 확인하였다. 또한, 1.4 g/cm3 의 설치 건조밀도 조건에서 수분특성곡선의 van Genuchten 모델 파라미터를 도출하였다. 이러한 기초 물성 데이터는 향후 수리-역학적 모델의 입력 변수 및 한국형 뒤채움재 개발을 위한 핵심 기초자료로 활 용될 것이다.
Abstract
As the backfill design for the Deep Geological Repository (DGR) shifts from conventional compacted block/pellet systems to granular bentonite in Finland, the world’s first country to receive an operating license for high-level radioactive waste, comprehensive data of these granular materials are required. Accordingly, this study presents a comprehensive analysis of the basic physical, chemical, hydro-mechanical properties of two materials, GraFi and GBM, which are being considered as granular backfill respectively in the Finnish and Swiss DGR programs. A total of 14 characteristic evaluations were performed, including particle size distribution, chemical composition and clay activity. The results confirmed that both materials are of the same sodium-type bentonite; however, they exhibited distinct differences originating from the source and manufacturing processes. While GraFi showed relatively higher values for all indicators representing clay activity compared to GBM, it was confirmed that GBM was produced with a higher dry density in terms of manufacturing properties. Additionally, the van Genuchten model parameters for the Soil-Water Characteristic Curve (SWCC) were derived for an installation dry density of 1.4 g/cm3 . These fundamental property data will serve as input parameters for future hydro-mechanical models and as core basic data for the development of Korean granular backfill.