ispitivanje svojstava bentonita kao inženjerske barijere u ...

22moraju biti što manjih dimenzija kako bi se onemogućilamikrobiološka aktivnost koja također može uzrokovatitransport radionuklida. Sav transport kroz tamponski slojsmije biti jedino difuzijom. Toplinska vodljivost tamponskogsloja mora biti dovoljna da omogući dostatan transporttopline od spremnika do matične stijene.Na primjeru vjerojatnog budućeg odlagališta dugoživućegsrednjeradioaktivnog i visoko radioaktivnog otpadaOlkiluoto u Finskoj, prikazani su neki od kriterija kojebi trebao zadovoljiti tampon (Kiviranta and Kumpulainen,2011):- hidraulička propusnost < 10 -12 m/s,- tlak bubrenja > 2 MPa,- sadržaj montmorilonita > 75 %,- gustoća saturiranog tla 1950 - 2050 kg/m 3 .Ispune se dijele na zbijene i nasipane (slika 3). Zbijenaispuna je mješavina tucanika (dobivenog prilikom iskopa),nebubrive gline i bentonita. Radi se o prethodno zbijenimblokovima kojima se zapunjavaju preostali prostoriodlagališta. Nakon zatvaranja odlagališta, pristupni hodnicii okna također se zatvaraju i zapunjavaju ispunom.Nasipana ispuna sadrži manje tucanika a veći je udiobentonita. Koristi se za zapunjavanje preostalih bočnihi krovinskih otvora nakon postavljanja zbijenih blokovatampona i zbijene ispune. Nasipana ispuna se uglavnomnasipava pneumatski te ona stoga nema zbijenost odnosnogustoću kao zbijeni blokovi tampona i zbijene ispune.Također treba navesti da bentonit u tamponskim i slojevimazasipa ne smije sadržavati tvari koje bi mogle bitipotencijalno štetne za druge vrste barijera u odlagalištukao ni za matičnu stijenu (Kiviranta and Kumpulainen,2011; Pusch, 2002). Drugim riječima količina potencijalnoštetnih tvari kao što su organske tvari, sumpor u različitimpojavnim oblicima, oksidirajuće tvari i slično morabiti niska.Kako bi tamponski sloj funkcionirao u skladu s projektiranimparametrima, podzemni prostor odlagališta sezapunjava. (Kiviranta and Kumpulainen, 2011; Pusch,2002). Nakon postavljanja, ispuna osigurava protutlakbubrenju bentonita u tamponskom sloju pa nastala naprezanjaograničavaju bubrenje tamponskog sloja čimese zadržava potrebna gustoća tampona. Također, druga jeuloga ispune ograničavanje transporta radionuklida u slučajuoštećenja spremnika kao i onemogućavanje prodorapodzemne vode u tijelo odlagališta. I u ovom slučaju nesmije doći do advektivnog transporta već bi transport krozispunu trebao biti isključivo difuzijom. Nadalje, zasipnislojevi poboljšavaju mehaničku stabilnost podzemnihprostorija kao i okolne matične stijene. Kako bi ovi uvjetibili ispunjeni potrebno je osigurati intimni kontakt ispunei matične stijene što se postiže postavljenjem zbijenih blokova.Jedan od kriterija koje bi trebala zadovoljiti ispuna(Kiviranta and Kumpulainen, 2011) koja će se ugrađivatiu Olkiluoto u Finskoj je da njezina hidraulička propusnostmora biti manja od 10 -10 m/s.Rud.-geol.-naft. zb., Vol. 24, 2012.D. Domitrović, H. Vučenović, B. Kovačević Zelić: Ispitivanje svojstava...4. Kontrola kvalitete bentonitaDominantni sastojak bentonita su minerali glinasmektitne grupe ali bentonit može sadržavati i male količinedrugih minerala glina, najčešće ilita. Najzastupljenijimineral glina iz smektitne grupe koji se javlja u bentonitimaje montmorilonit.Smektiti imaju sićušne čestice slojevite (listićaste)strukture. Karakterizira ih mali jedinični naboj što je nedostatnoza čvrsto vezanje međuslojnih kationa a time islojeva međusobno. Zbog takve strukture kapacitet ionskezamjene se kreće od 65 do 140 meq/100 g dok specifičnapovršina čestica doseže i do 800 m 2 /g. Ovakvi smektitimogu imati veliku bubrivost te nisku hidrauličku propusnost(k < 10 -12 m/s). Navedena svojstva smektita utječuna ponašanje bentonita pa njihov veći postotak znači iveću kvalitetu bentonita.Glavni uzročnik bubrenja su slabe međuslojne veze.Vrsta izmjenjivih kationa koji se nalaze između slojevautječe na intenzitet bubrenja. Povećanje volumenamontmorilonita uslijed hidratacije odvija se u dvije faze:intrakristalno bubrenje i osmotsko bubrenje. Intrakristalnobubrenje nastupa kada se montmorilonit hidratizira izpotpuno suhog stanja. Kada se kod montmorilonita namjestima zamjenjivih kationa nalaze jednovalentni kationi(npr. Na + , K + , Li + ), intrakristalno bubrenje u vodi iliu otopini s niskom koncentracijom elektrolita može prijećiu osmotsko bubrenje. Tijekom tog procesa ioni Na +prelaze iz međuslojnog prostora na vanjsku površinu sloja.Pri tome nastaju tzv. difuzni dvostruki slojevi koji semeđusobno odbijaju što vodi djelomičnoj dekompozicijikristala i djelomičnoj separaciji u individualne silikatneslojeve. To rezultira bitno većim povećanjem volumenanego u slučaju intrakristalnog bubrenja, tako da kalcijskimontmoriloniti imaju sposobnost povećanja volumenaod dva do četiri puta u odnosu na dehidratizirani uzorakdok kod natrijskih montmorilonita to iznosi od osam dopetnaest puta. Odnos između hidrauličke propusnosti bentonitai bubrenja čestica montmorilonita općenito se pripisujemolekulama vode koje su vezane za strukturu čestica.Ove molekule se smatraju nepokretnima te djelujukao čvrsta faza u uvjetima toka. Prema tome povećanjembroja molekula vode odnosno bubrenjem smanjuje se brojkanala dostupnih za tok pa oni postaju nepravilniji u smisluveće zavojitosti i krivudavosti te dolazi do smanjenjahidrauličke propusnost.Kako bi se postigla što bolja svojstva bubrenja kalcijskihbentonita često se provodi aktivacija ionima natrija(natrijev karbonat) i na taj način se izvorni kalcijski ioniizmjenjuju natrijevim ionima. Ovakvi bentoniti poznati sukao aktivirani bentoniti. Međutim, zbog slabe veze međuslojnihkationa te većeg afiniteta prema kationima većegnaboja kod kontakta natrijskih bentonita s otopinama soliviševalentnih kationa lako dolazi do zamjene kationa natrijana zamjenjivim pozicijama s kationima većeg naboja(najčešće kalcij) pa time i do značajnog smanjenja bubrenjaodnosno brtvenih svojstava bentonita.