Technical Report NTB 03-09
A Generic Procedure for the Assessment of the Effect of Concrete Admixtures on the Retention Behaviour of Cement for Radionuclides: Concept and Case Studies
Les adjuvants pour béton sont des composants indispensables des ciments utilisés pour le conditionnement des déchets radioactifs et des bétons utilisés dans la construction de la cavité cimenteuse d’un dépôt souterrain pour le stockage géologique de déchets radioactifs.
On ne connaît presque rien de l'influence des adjuvants pour béton sur la sorption des radionuclides dans les ciments, qui est un des mécanismes principaux de retardement responsable de l'isolement des radionuclides de l'environnement. Dans ce travail, une procédure d’évaluation est proposée sous forme d'une liste de contrôle, qui permet de déceler rapidement un effet adverse possible d’un adjuvant pour béton spécifique sur la sorption des radionuclides. La procédure d’évaluation est générique et applicable à n’importe quels adjuvants pour béton qui peut être envisagé dans l'avenir. Elle se concentre sur les effets potentiels principaux des adjuvants pour béton ou leurs produits de transformation, qui peuvent être formés dans des conditions fortement alcalines: (i) Interaction entre radionuclides et les adjuvants pour béton en solution (complexation) et (ii) compétition pour les sites superficiels entre les adjuvants et les radionuclides ou d'autres complexants qui sorbent au ciment. La procédure d’évaluation est organisée de manière hiérarchique, ainsi le degré de complexité de la procédure augmente avec la complexité de l’étude. L'effort pour l'évaluation d’un adjuvant pour béton spécifique peut être ainsi maintenu à un minimum raisonnable.
En parallèle au développement d'un protocole expérimental approprié, quelques adjuvants pour béton bien choisis, c'est-à-dire des condensés de Naphtalène sulfonate formaldéhyde, des lignosulfonates et un fluidifiant utilisé au PSI pour le conditionnement des déchets radioactifs ont été soumis à cette procédure d’évaluation.
L'effet de ces adjuvants pour béton sur les propriétés de sorption du Ni(II), de l'Eu(III) et du Th(IV) sur des ciments a été évalué en utilisant la pâte de ciments hydratée (HCP) et des pâtes de ciment préparées avec les adjuvants pour béton. Bien que certains des adjuvants pour béton examinés soient connus pour être de fort complexant, aucun effet défavorable sur la sorption des radionuclides n’a pu être mis en évidence dans des conditions réalistes d’essais, c'est-à-dire avec un rapport HCP / solution à l’intérieur des pores ainsi qu’un rapport adjuvants pour béton / ciment représentatifs. A l'exception des lignosulfonates, cette observation peut être expliquée par la sorption des adjuvants pour béton dans les HCP, qui peut être modélisé à un ordre de grandeur près en utilisant une isotherme de Langmuir.
Les concentrations dans les solutions à l’intérieur des pores des adjuvants pour béton testés ont été alors réduites aux niveaux auxquels la formation de complexes de radionuclide n'a plus d'importance. De plus, le modèle de sorption suggère que la surface de l’HCP ne se sature pas avec les mélanges adjuvants pour béton évalués. La sorption sur HCP des radionuclides testés et de l'acide isosaccharinique, un complexant fort produit dans les déchets conditionnés dans du ciment contenant de la cellulose, a été trouvée inchangée par la quantité d’adjuvants sorbé sur le HCP dans les conditions expérimentales examinées. La transformation chimique des adjuvants pour béton étudiés n'a pas été examinée en détail. Une indication pour une transformation chimique avec un impact possible sur la sorption des radionuclides a été seulement trouvée dans le cas de lignosulfonates en utilisant les méthodes appliquées dans cette étude.
A partir des expériences effectuées dans le cadre de cette étude, nous pouvons conclure que le procédé d’évaluation proposé est approprié pour une estimation de l'effet des adjuvants pour béton sur le comportement de rétention des HCP pour les radio-isotopes. Cependant, une connaissance plus détaillée des substances peut être nécessaire pour une évaluation complète, si, dans des cas particuliers, il n'est pas possible de décomposer le système, ciment – adjuvant – rétention des radio-isotopes de la façon proposée dans ce travail.
