Kalliotilassa olevan betonirakenteen pitkäaikaissäilyvyys sovelluksena suomalaisen matala- ja keskiaktiivisen ydinjätteen loppusijoitus

Olli-Pekka Kari

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Suomalaisessa loppusijoituskonseptissa matala- ja keskiaktiiviset ydinjätteet sijoitetaan kalliotiloihin, joissa olevat betonirakenteiset vapautumisesteet suunnitellaan useiden satojen vuosien käyttöiälle. Betonirakenteen ikääntymistä voidaan ajallisesti tarkastella tilojen sulkemista edeltävänä ja sen jälkeisenä ajanjaksona. Ympäristöolosuhteet eroavat ajanjaksoilla toisistaan altistaen rakenteen erilaisille ikääntymisilmiöille. Tutkimuksessa osoitettiin ikääntymisilmiöiden olevan fysikaalisesti ja kemiallisesti monimutkaisia hallittaviksi ainoastaan Fick:n toiseen lakiin perustuvilla diffuusiomalleilla, mikäli tarkasteltava ajanjakso on merkittävästi pidempi kuin kokeellisesti katettu ajanjakso. Tutkimuksessa sovellettu termodynaaminen malli ottaa huomioon sekä ionien että sementtihydraattien välisen vuorovaikutuksen aineiden kulkeutuessa kaasu- ja nestefaasissa ympäristöstä betonirakenteeseen. Mallin epävarmuuksien arvioimiseksi esitettiin tilastollinen menetelmä. Termodynaamisen mallin kelpoisuutta arvioitiin monipuolisilla laboratoriokokeilla. Kokeissa käytettiin sulfaatinkestävästä sementistä valmistettuja betonikoekappaleita, jotka olivat altistuneet 13 vuoden ajan kontrolloidusti joko ilmasäilytyksessä tapahtuvalle karbonatisoitumiselle tai liuossäilytyksessä aggressiivisten ionien tunkeutumiselle. Mallin osoitettiin olevan teoreettisesti uskottava arvioitaessa betonirakenteen ikääntymistä erityisesti sovelluksissa, joiden suunniteltu käyttöikä on useita satoja vuosia. Mallilla voidaan lisäksi tunnistaa jo suunnitteluvaiheessa betonin turmeltumiseen vaikuttavia piileviä tekijöitä. Kehitetty termodynaamiseen lähestymistapaan perustuva malli on yleinen ja sitä voidaan soveltaa eri betonilaaduille määrittämällä kokeellisesti niille ominaiset alkuarvot. Tarkasteltu sulfaatinkestävästä sementistä valmistettu betoni, jonka vesi-sementtisuhde oli 0.43, suoriutui kohtuullisesti simuloidusta 500 vuoden ajanjaksosta ydinjätteiden loppusijoitustilojen rakenteena. Betoniterästen korroosiota ei kuitenkaan voida sulkea pois. Kalsiumia sisältävien komponenttien liukeneminen sementtipastasta vaikuttaa myös betonin lujuuteen tarkasteluajanjaksolla. Laskentatulosten perusteella turmeltumisilmiöt tapahtuvat kuitenkin alle 50 millimetrin syvyydellä altistuspinnasta, mitä voidaan pitää vähäisenä suhteessa betonirakenteisten vapautumisesteiden kokonaispaksuuteen. Tilastollisia menetelmiä eri osatekijöistä ja epävarmuuksista voidaan käyttää mallin luotettavuuden kehittämisessä. Kiviaineksen merkitystä betonin vaurioitumiseen tulisi edelleen arvioida. Mikäli simuloitava ajanjakso on merkittävästi pidempi kuin 500 vuotta, on tarpeen kehittää kalsium-silikaatti-hydraattien liukenemiskäyttäytymisen mallinnusta.
    Julkaisun otsikon käännösKalliotilassa olevan betonirakenteen pitkäaikaissäilyvyys sovelluksena suomalaisen matala- ja keskiaktiivisen ydinjätteen loppusijoitus
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Puttonen, Jari, Valvoja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-6051-4
    Sähköinen ISBN978-952-60-6052-1
    TilaJulkaistu - 2015
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • simulaatio
    • betoni
    • turmeltuminen
    • ionien ja sementtihydraattien vuorovaikutus

    Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Kalliotilassa olevan betonirakenteen pitkäaikaissäilyvyys sovelluksena suomalaisen matala- ja keskiaktiivisen ydinjätteen loppusijoitus'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

  • Siteeraa tätä