Einfluss polymerer Zementadditive auf die Mobilität von Radionukliden unter Nahfeldbedingungen eines Endlagers

Zementmaterialien, die im Endlagersystem als Bau- und Versatzstoff verwendet werden, enthalten polymere Fließmittel (Superplasticizer) mit komplexierenden Eigenschaften. Insbesondere in Niedrig-pH-Zement kann eine teilweise Persistenz nicht ausgeschlossen werden [1]. Bei Freisetzung durch Laugungsprozesse nach Wasserzutritt besteht die Möglichkeit, dass Adsorptionsbarrieren für Radiometalle durch Komplexbildung unterwandert werden [2, 3]. Die entsprechenden Randbedingungen (pH-Wert, Elektrolytgehalt) sind zu identifizieren.

Die Komplexbildung von Eu(III) (Actinid-Analogon) mit einem kommerziellen Superplasticizer auf Polycarboxylatether-Basis (MasterGlenium^® 51, BASF) wurde mittels Ultrafiltration und ¹⁵²Eu als Radiotracer konzentrationsabhängig vermessen und auf der Grundlage des Ladungsneutralisationsmodells [4] mit Bezug auf den Carboxylgruppengehalt parametrisiert. Bei geringer Ionenstärke besteht demnach ein hohes Mobilisierungspotential. Die für Zementsysteme typischen hohen Elektrolytgehalte schränken den Effekt allerdings stark ein. Die Auswirkung des Plasticizers auf das Adsorptionsverhalten von Eu(III) an Ca-Bentonit als Puffermaterial wurde in Gegenwart von NaCl und CaCl₂ (bis 4 mol/L) unter CO₂-Ausschluss im pH-Bereich 9 - 13 untersucht. Die Mobilität des Metalls wird bereits bei moderaten Ionenstärken ausschließlich durch den Elektrolyteffekt bestimmt, eine Komplexbildung also völlig unterbunden. Somit ist aufgrund des chemischen Milieus im Endlagernahfeld selbst im Falle einer Freisetzung der intakten Polymere nicht von Carrier-Effekten auszugehen.

[1] M. A. Glaus, L. R. Van Loon, Nagra Technical Report 03-09, 2004.
[2] M. Dario et al., SKB Technical Report TR-04-04, 2004.
[3] A. J. Young, Dissertation, Loughborough University, 2012.
[4] J. I. Kim, K. R. Czerwinski, Radiochim. Acta 1996, 73, 5.