• 방사성폐기물학회지
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• 제20권2호
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• pp.185-192
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• 2022

A compacted bentonite buffer is a major component of engineered barrier systems, which are designed for the disposal of high-level radioactive waste. In most countries, the target temperature required to maintain safe functioning is below 100℃. If the target temperature of the compacted bentonite buffer can be increased above 100℃, the disposal area can be dramatically reduced. To increase the target temperature of the buffer, it is necessary to investigate its properties at temperatures above 100℃. Although some studies have investigated thermal-hydraulic properties above 100℃, few have evaluated the water suction of compacted bentonite. This study addresses that knowledge gap by evaluating the water suction variation for compacted Korean bentonite in the 25-150℃ range, with initial saturations of 0 and 0.22 under constant saturation conditions. We found that water suction decreased by 5-20% for a temperature increase of 100-150℃.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제31권6호
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• pp.39-50
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• 1999

The physicochemical, mineralogical, hydraulic, swelling and mechanical properties of a domestic bentonite for use as the buffer material in a high-level waste repository have been measured. The bentonite is identified to be a Ca-bentonite, and the hydraulic conductivity of the compacted bentonite with the dry density higher than 1.4 Mg/㎥ is lower than 10$^{-11}$ m/s When the dry densities are 1.4 to 1.8 Mg/㎥, the swelling pressures are in the range of 6.6 to 143.5 kg/$\textrm{cm}^2$. The unconfined compressive strength is about 94 kg/$\textrm{cm}^2$, and the coefficient of volume change and the coefficient of consolidation are in the range of 0.O0249 to 0.02142 $m^2$/MN and 0.018 to 0.115$m^2$/year, respectively.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권4호
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• pp.1495-1506
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• 2023

For the safe disposal of high-level radioactive waste using Engineered Barrier Systems (EBS), bentonite buffer is used by its high swelling capability and low hydraulic conductivity. When the bentonite buffer is contacted to heated pore water containing ions by radioactive decay, chemical alterations of minerals such as illitization reaction occur. Illitization of bentonite indicates the alteration of expandable smectite into non-expandable illite, which threatens the stability and integrity of EBS. This study intends to provide a thorough review on the information underlying in the illitization of bentonite, by covering basic clay mineralogy, smectite expansion, mechanisms and observation of illitization, and illitization in EBS. Since understanding of smectite illitization is crucial for securing the safety and integrity of nuclear waste disposal systems using bentonite buffer, this thorough review study is expected to provide essential and concise information for the preventive EBS design.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권3호
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• pp.1191-1198
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• 2023

Bentonite buffer material is a critical component in an engineered barrier system (EBS) for disposing high-level radioactive waste (HLW). The bentonite buffer material protects the disposal canister from groundwater penetration and releases decay heat to the surrounding rock mass; thus, it should possess high thermal conductivity, low hydraulic conductivity, and moderate swelling pressure to safely dispose the HLWs. Bentonite clay is a suitable buffer material because it satisfies the safety criteria. Several additives have been suggested as mixtures with bentonite to increase the thermal-hydraulic-mechanical-chemical (THMC) properties of bentonite buffer materials. Therefore, this study investigated the geotechnical, mineralogical, and THMC properties of several candidate additives such as sand, graphite, granite, and SiC powders. Datasets obtained in this study can be used to select adequate additives to improve the THMC properties of the buffer material.

• Environmental Engineering Research
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• 제7권3호
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• pp.121-127
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• 2002

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권4호
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• pp.5-12
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• 2010

차수재로서 벤토나이트를 혼화재로 사용한 혼합토가 매립장, 제방, 댐 등의 다양한 구조물의 차수재로서 많이 이용되고 있다. 그러나 시공 시 외부하중, 성토하중 등에 의한 차수층의 전단파괴가 발생하여 침투수의 침투 등이 예상 되지만 일반적으로 혼합토의 투수계수만 고려할 뿐 혼화재양에 따른 강도변화는 고려하지 않고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 벤토나이트 함량의 변화가 혼합토의 투수 및 강도에 미치는 영향에 대하여 고찰하고자 B댐 축조현장 부근 하상시료에 벤토나이트를 0~4%로 변화하면서 일련의 투수시험 및 강도시험을 실시하였다. 시험결과 투수계수는 벤토나이트 함량 4%에서 2.085E-07cm/sec의 값을 가지는 것으로 나타났다. 일축압축강도 및 인장강도는 벤토나이트 함량이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났으나, 삼축압축(CD)시험에 의한 벤토나이트 혼합토의 전단강도는 벤토나이트 함량 변화의 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났다.

• 지질공학
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• 제15권2호
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• pp.123-132
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• 2005

본 연구에서는 폐기물 매립장의 차수층으로 사용되는 벤토나이트 혼합토에 대한 연직침윤시험과 Frequency Domain Reflectometry 측정 장비를 이용한 유전율 측정시험을 수행하였다. 표준사, 화강풍화토, 벤토나이트 재료에 대해 다양한 배합 비율을 적용하여 제작된 벤토나이 트 혼합토의 체적함수비, 간극비, 유전율상수 등의 관계로부터 이들의 불포화 투수 특성을 파악하였다. 연구결과에 따르면 초기 벤토나이트 혼합비는 체적함수비 변화에 영향을 미치며, 체적함수비 변화는 간극비와 밀접한 관계를 가지고 있다. 또한 벤토나이트 혼합토의 체 적 함수비 변화는 유전율 반응으로부터 명확히 측정됨을 파악하였다. 벤토나이트 혼합토의 불포화 투수 특성을 파악하기 위한 본 연구에서 체적함수비와 유전율상수의 관계함수를 추정하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.45-52
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• 2006

흙차수층을 설계할 때 혼합되는 벤토나이트의 적정량을 구하는 식을 유도하였다. 벤토나이트는 포화될 경우 팽창성이 큰 흙이며 또한 최대로 팽창한 경우에도 투수계수는 $1\times10^{-7}cm/sec$ 이하를 유지한다. 이러한 벤토나이트의 성질을 이용하여 벤토나이트를 일반 흙과 혼합할 때 불투수층의 조건을 만족시키는 혼합율을 구하는 이론식을 구하였다. 그 개념은 포화된 벤토나이트가 흙 속의 간극을 채우면, 물은 벤토나이트로만 흐르게 되고, 벤토나이트는 불투수층으로서의 조건을 만족시키므로 그 결과 벤토나이트 혼합토 역시 차수층으로서의 조건을 만족시킨다는 것이다. 본 이론을 입증하기 위한 실험을 실시하였으며, 실험결과로부터 차수층을 얻기 위한 적정 혼합율을 구하는 방법을 제안하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권7호
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• pp.47-55
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• 2007

본 연구에서는 흙-벤토나이트월과 같은 차단벽체에 대한 전기전도도 모니터링 기법의 적용성을 평가하였다. 벤토나이트 함량, 투수계수 및 중금속 농도에 따른 전기전도도 변화를 파악하기 위하여 투수실험과 주상실험을 실시하였다. 흙-벤토나이트 혼합 다짐시편의 전기전도도는 벤토나이트 함량이 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 흙-벤토나이트 차단벽체의 투수계수는 벤토나이트 함량과 반비례하는 경향을 나타내었으며, 전기전도도와도 반비례하는 경향을 나타내었다. 주상실험을 통하여 전기전도도 파과곡선과 농도 파과곡선을 동시에 구할 수 있었다. 이 결과는 전기전도도 측정기법이 벽체 내부의 임의 지점에서 중금속의 이동을 감지하고 오염물질의 누출 가능성을 확인하는 유용한 방법으로 활용될 수 있음을 나타낸다. 본 연구결과에 의하면 전기전도도 측정기법이 차단벽체 모니터링에 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권1호
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• pp.71-83
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• 2018

Compacted bentonites were chosen as the backfill material and buffer in high level nuclear waste disposal due to its high swelling pressure, high ion adsorption capacity and low permeability. It is essential to estimate the swelling pressure in design and considering the safety of the nuclear repositories. The swelling pressure model of expansive clay colloids was developed based on Gouy-Chapman diffuse double layer theory. However, the diffuse double layer model is effective in predicting low compaction dry density (low swelling pressure) for certain bentonites, and invalidation in simulating high compaction dry density (high swelling pressure). In this paper, the new relationship between nondimensional midplane potential function, u, and nondimensional distance function, Kd, were established based on the Gouy-Chapman theory by considering the variation of void ratio. The new developed model was constructed based on the published literature data of compacted Na-bentonite (MX80) and Ca-bentonite (FoCa) for sodium and calcium bentonite respectively. The proposed models were applied to re-compute swelling pressure of other compacted Na-bentonites (Kunigel-V1, Voclay, Neokunibond and GMZ) and Ca-bentonites (FEBEX, Bavaria bentonite, Bentonite S-2, Montigel bentonite) based on the reported experimental data. Results show that the predicted swelling pressure has a good agreement with the experimental swelling pressure in all cases.