• Nuclear Engineering and Technology
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• 제51권4호
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• pp.1047-1059
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• 2019

This work describes the development of a numerical module with a multiphysics structure to simulate the thermo-hydro-chemo-mechanical behavior of compacted bentonites. First, the conceptual model, based on the state-of-the-art formulation for clay-based engineered barriers in deep geological repositories, is described. Second, the advantages of multiphysics-based modules are highlighted. Then, the guidelines to develop a code using such tools are outlined, presenting an example of implementation. Finally, the simulation of three tests that illustrate the behavior of compacted bentonites assesses the scope of the developed code. The satisfactory results obtained, and the relative simplicity of implementation, show the opportunity of the modeling strategy proposed.

• 지질공학
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• 제7권2호
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• pp.127-137
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• 1997

현재 국내에 사용되는 토목용 벤토나이트에 대하여 점도, 팽윤도, 양이온교환용량 (CEC) 및 화학성분 등의 물리화학적 특성과, X-선 회절분석 및 적외선 분광분석을 이용하여 구성광물의 함량 및 그 특성을 비교 검토하였다. 그 결과 이들 벤토나이트의 몬모릴로나이트의 함량은 50-79%의 비교적 넓은 범위를 나타내었다. 이들은 몬모릴로나이트 함량의 증가에 따라 점도, 팽윤도, 함수량, 메칠렌불루 흡착량, 양이온 교환용량, 점토입도의 함량 등이 대체적으로 증가하는 상관관계가 나타났다. 이들 특성들간에서도 서로의 상관관계가 잘 나타나므로 간접적인 특성의 파악에 본 자료가 이용될 수 있을 것으로 생각된다. 그러나 일부 시료에서는 특성에 따라 일반적인 경향과 다른 상관관계를 나타내는데 이는 원광석중 구성광물의 특성과 제조방법에 따른 혼합물질의 차이가 기인되는 것으로 생각된다. 몬모릴로나이트의 함량이 가장 적은 시료는 토목용 벤토나이트의 역할에 요구되는 여러 물리화학적 특성도 모두 열세한 것으로 나타났다.

• 자원환경지질
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• 제33권1호
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• pp.31-40
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• 2000

Sorption characteristics of Pb, Cu, Cd, and Zn onto Ca- and Na-bentonites were investigated by the batch experiments in the condition of various pHs and concentrations of groundwater major anions (${So_4}^{2-}$ and ($HCO_3$), which can form a complex with heavy metals. The sorption removal of heavy metals steadily increases as pH increases. The sorption capability about heavy metals of both Ca-bentonite and Na-bentonite is in the order of Pb>Cu>Zn>Cd. The effect of pH and selectivity of heavy metals of bentonites were explained by the change of surface charge of bentonite and the speciation of heavy metals. Na-bentonite has a little higher sorption ability about heavy metals than that of Ca-bentonite. A high sorption removal of Pb in 0.1M sulfate solution may be attributed to the precipitation of $PbSo_4$(anglesite). However, sulfate has a slight effect on the sorption of CU, Cd and Zn. More than 99% of heavy metals were removed from the 0.1 M bicarbonate solution. However, the efficiency of sorption removal of heavy metals highly decreases in the bicarbonate solution of $10^{-2}$M to $10^{-4}$M. The speciation and saturation index calculated by the WATEQ4F program indicate that the sorption of anionic complexes such as ${Pb(CO_3)_2}^{2-}$, ${Cd(CO_3)_2}^{2-}$, ${Zn(CO_3)_2}^{2-}$, ${Cu(CO_3)_2}^{2-}$ and the precipitation of the solid phases such as $PbCO_3$(cerrusite), $ZnCO_3$(smithsonite), $CdCO_3$(obtavite) are involved in sorption removal of heavy metals in bicarbonate solution. The sorption capability about heavy metals of bentonites in the presence of anions shows the following order: Pb>Cu Cd>Zn.

• 한국광물학회지
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• 제15권4호
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• pp.243-257
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• 2002

Ca-형과 Na-형 벤토나이트는 물성의 차이로 인하여 그 용도를 달리하며, 국내에서는 Ca-형 벤토나이트만 산출되기 때문에 산업체에서는 Na-형으로 변환시켜 토목용이나 주물용으로 활용되고 있다. 이 연구는 Ca-형과 Na-형 벤토나이트의 몇 가지 물성을 비교하여 그 차별성을 명확히 밝히고자 한다. 또한 HDTMA(Hexadecyltrimethylammonium)나 CP(Cetylprydinium)와 같은 유기양이온을 Ca-형과 Na-형 벤토나이트에 치환시켜 유기 양이온과 벤토나이트와의 흡착 특성을 비교 하고자 시도되었다. Na-형 벤토나이트는 Ca-형 벤토나이트에 비해 강한 알카리성, 매우 높은 팽윤성과 점도를 나타내나, 양이온 교환능과 MB(Methylene Blue) 흡착양은 변화를 보이지 않는다. 탁도는 Na-형 벤토나이트가 높으며 시간의 변화에 따라서도 거의 변화가 초래되지 않았으나, Ca-형 벤토나이트는 단시간 내 급격하게 응집이 초래되었다. 열 분석 결과 큰 차이는 보이지 않으나 흡착수와 층간수의 분해는 Na-형 벤토나이트가 보다 저온에서 빨리 일어나며, 완전한 구조의 분해는 Ca-형 벤토나이트가 Na-형 벤토나이트보다 저온에서 용이하게 일어났다. HDTMA와 CP를 벤토나이트에 치환케 되면 대체적으로 강한 층간팽창이 초래되어 저면 간격이 40 $\AA$ 이상 늘어남으로써 공간을 제공하여 연속적인 흡착이 초래되었다. HDTMA의 흡착은 양이온 교환능의 200% 이상을 치환하였을 때 거의 포화상태에 달하여 저면 간격이 $37～38\AA$으로 팽창이 초래되었으나, CP의 흡착은 양이온 교환능의 140% 이상을 치환케 되면 저면 간격이 $40\AA$에 달하여 거의 포화되었다. 이는 CP가 HDTMA보다 용이하게 층간팽창을 초래시키고 흡착이 일어남을 의미한다. CP와 Ca-형 및 Na-형 벤토나이트와의 흡착거동은 L형의 흡착등온선을 나타내었으며, 매우 규칙적이고 일관성 있게 흡착이 일어남으로써 안정한 상태를 유지하였다. 또한 층간 교환성 양이온 종에 관계없이 유기양이온 흡착거동은 거의 동일하게 일어났다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제6권2호
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• pp.115-133
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• 1990

Study was made on the spectral characteristics of rock samples including bentonites collected from the northern Ulsan area. The geology of the area consists mainly of sediments of the Kyongsang Series and Bulguksa granite, the Tertiary volcanics, andesites and tuffs. Relative reflectances of meshed samples(2.5~10mm) to BaSO$_4$ are measured at 6 Landsat TM spectral windows (excluding the thermal band) with HHRR, and their reflection charactristics were analysed. In addition, three different data selection schemes including the Eulidean distance, multiple regression, and PCA weight methods were applied to the 30 TM ratio channels, derived from the above 6 bands. The selected data sets were subject to two unsupervised classification techniques(FA and ISODATA) in order to compare the effectiveness for classification of particularly bentonite from others. As a result, in ISODATA analysis the multiple regression model shows the best, followed by the Euliean distances one. The PCA weight model seems to show some confusion. In FA, though difficult for quantitative analysis, the best still seems to be the regression model. Among ratio bands, rations of band 7 or 5 against other bands represent the best contribution in classification of bentonites from others.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권10호
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• pp.3359-3366
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• 2021

An engineered barrier system (EBS) for the deep geological disposal of high-level radioactive waste (HLW) is composed of a disposal canister, buffer material, gap-filling material, and backfill material. As the buffer fills the empty space between the disposal canisters and the near-field rock mass, heat energy from the canisters is released to the surrounding buffer material. It is vital that this heat energy is rapidly dissipated to the near-field rock mass, and thus the thermal conductivity of the buffer is a key parameter to consider when evaluating the safety of the overall disposal system. Therefore, to take into consideration the sizeable amount of heat being released from such canisters, this study investigated the thermal conductivity of Korean compacted bentonites and its variation within a temperature range of 25 ℃ to 80-90 ℃. As a result, thermal conductivity increased by 5-20% as the temperature increased. Furthermore, temperature had a greater effect under higher degrees of saturation and a lower impact under higher dry densities. This study also conducted a regression analysis with 147 sets of data to estimate the thermal conductivity of the compacted bentonite considering the initial dry density, water content, and variations in temperature. Furthermore, the Kriging method was adopted to establish an uncertainty metamodel of thermal conductivity to verify the regression model. The R² value of the regression model was 0.925, and the regression model and metamodel showed similar results.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권10호
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• pp.81-92
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• 2011

팽윤성 점토의 전단강도 및 유변학적 특성은 점토입자의 크기, 양이온 교환능력, 점토광물학적 조성과 형상 등에 영향을 받는다. 본 연구는 고운 분말가루의 와이오밍(Wyoming) 벤토나이트에 대해 염화나트륨 0g/L 와 30g/L 농도로 24시간 수화시킨 후 염분농도에 따른 물성-강도특성 및 유변학적 특성변화를 살펴봄으로써, 유변학적 특성, 유변화적 모델들의 적용성 및 흙 입자의 구조변화에 따른 항복응력-점도와의 상관관계를 설명하고자 한다. 실험결과에 따르면, 팽윤성 점토는 전단담화(shear thinning)와 항복응력과 소성점도로 표현가능한 Bingham 유체 거동을 보이는 것으로 조사되었다. 염분농도가 낮고 함수비가 높아질수록 벤토나이트는 완전소성거동에 가깝게 나타나며, 전단변형률속도에 따른 변화의 폭이 미미한 것으로 조사되었다. 반면, 염분농도가 높아질수록 전형적인 전단담화거동을 보이며, 전단변형률속도를 증가시킬수록 염분농도에 따른 벤토나이트의 전단강도의 차이는 커진다. S=0g/L에 대해 Carreau, Herschel-Bulkley 및 멱수법칙 모델이, S=30g/L에 대해서는 이중선형, Herschel-Bulkley 및 멱수법칙 모델 등이 흐름특성을 가장 잘 표현한다. 이것은 염분농도에 따른 흙 입자간 구조적 배열과 형상이 입자간 발생하는 인력인 능-능(EE), 능-면(EF), 및 면-면(FF) 구조를 변화시키고 역학적 특성에 영향을 미치기 때문이다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 1999년도 추계학술발표회
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• pp.73-76
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• 1999

Soil-bentonite mixtures are frequently used as impervious for waste disposal sites. In the present work, bentonite composite liner systems(BCL) have been developed by utilizing Korean zeolitic bentonites. The geomechanical properties of the liner systems, such as strength, hydraulic conductivity, etc. have been studied. The laboratory and field test results are also be presented.

• Geomechanics and Engineering
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• 제15권5호
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• pp.1091-1100
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• 2018

In this study, the relationships between hydraulic conductivity of GCLs and physico-chemical properties of bentonites were assessed. In addition to four factory manufactured GCLs, six artificially prepared GCLs (AP-GCLs) were tested. AP-GCLs were prepared in the laboratory without bonding or stitching. A total of 20 hydraulic conductivity tests were conducted using flexible wall permeameters ten of which were permeated with distilled deionized water (DIW) and the rest were permeated with tap water (TW). The hydraulic conductivity of GCLs and AP-GCLs were between $5.2{\times}10^{-10}cm/s$ and $3.0{\times}10^{-9}cm/s$. The hydraulic conductivities of all GCLs to DIW were very similar to that of GCLs to TW. Then, simple regression analyses were conducted between hydraulic conductivity and physicochemical properties of bentonite. The best correlation coefficient was achieved when hydraulic conductivity was related with clay content (R=0.85). Liquid limit and plasticity index were other independent variables that have good correlation coefficients with hydraulic conductivity (R~0.80). The correlation coefficient with swell index is less than other parameters, but still fairly good (R~0.70). In contrast, hydraulic conductivity had poor correlation coefficients with specific surface area (SSA), smectite content and cation exchange capacity (CEC) (i.e., R < 0.5). Furthermore, some post-test properties of bentonite such as final height and final water content were correlated with the hydraulic conductivity as well. The hydraulic conductivity of GCLs had fairly good correlation coefficients with either final height or final water content. However, those of AP-GCLs had poor correlations with these variables on account of fiber free characteristics.

• 자원환경지질
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• 제49권5호
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• pp.411-415
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• 2016

환경독성법 (세균발광, 씨앗발아)을 이용하여 국내 벤토나이트 독성에 관한 기초 연구를 수행하였다. 생물발광과 상추를 이용한 씨앗발아에서의 독성범위는 각 -3 ~ 95%와 7.1 ~ 92.1%로 나타났다. 씨앗발아의 경우 상추 이외에 조사한 알타리무, 아욱의 씨앗 실험에서도 비슷한 결과를 나타내었다. 다양한 약산농도에서 추출한 점토광물이 함유하고 있는 중금속 함량과 독성의 상관관계는 거의 나타나지 않았다($R^2$ < 0.1). 특이한 사항은 점토광물의 색깔별 그룹에 따라 미치는 영향에 차이가 있음을 관찰할 수 있었다(청색 $67{\pm}8.7%$, 분홍 $27{\pm}10.4%$, 갈색 $58{\pm}14.5%$).