Influence of cement type on transport properties and chemical degradation: application to nuclear waste storage

C Perlot (1, 2) , Jérôme Verdier (2) , M Carcassès (2)

1 UPPA - Université de Pau et des Pays de l'Adour
2 LMDC - Laboratoire Matériaux et Durabilité des constructions

The geological repository of nuclear waste in concrete containers is a possible storage method explored by ANDRA (Agence Nationale pour la gestion des Déchets RAdioactifs). The concrete must display a high confinement capacity for long periods, characterized by transport properties and by the acido-basic buffer of hydrated cement. During service life, these properties can be endangered by chemical attack of underground water. The cement type has an important influence on the concrete's performances. Then, it is essential to establish appropriate mixtures and select accurate components. In this work an ordinary Portland cement and fly ash and blast furnace slag blended cement are compared. To determine confinement capacities, transfer properties and mortars pore size distributions were investigated. To predict the long term structure behavior, an ammonium nitrate test has been developed to enhance decalcification and to accelerate hydrolysis of cementitious materials. Measurement of degraded depth with time regarding calcium content was carried out. Impact of decalcification on transport properties was evaluated. Fly ash and blast furnace slag provide better properties for native mortars, and more principally diffusion properties, but not as much as necessary to limit leaching in degraded material by chemical attack. Keywords: Fly ash, blast furnace slag, gas permeability, chloride diffusion, mercury intrusion porosimetry, ammonium nitrate degradation. Résumé : Le stockage de déchets radioactifs en formation géologique profonde est une voie d'investigation de l'ANDRA (Agence Nationale pour la gestion des Déchets RAdioactifs). La barrière ouvragée cimentaire doit assurer une capacité de confinement pendant de longues périodes, caractérisée par ses propriétés de transfert et le maintien du tampon acido-basique du ciment hydraté. Pendant la durée de service de l'ouvrage, ces propriétés sont modifiées par l'attaque acide des eaux souterraines. La nature du ciment influençant majoritairement les performances du béton, il apparaît essentiel de sélectionner les composants adéquats pour établir des formulations performantes. Dans cette étude les performances en terme de durabilité d'un ciment Portland ordinaire et un ciment aux cendres volantes et aux laitiers sont comparées. 2 /22 Les propriétés de transfert et la microstructure des mortiers sont mesurées pour en évaluer les capacités de confinement. Afin d'estimer le comportement à long terme de la structure, un essai de dégradation par le nitrate d'ammonium a été développé pour accélérer la décalcification des matériaux cimentaires. L'évolution de l'épaisseur dégradée au cours de l'attaque ramenée à la teneur en calcium est suivie. L'impact de la décalcification sur les propriétés de transfert est évalué. Les cendres volantes et les laitiers semblent améliorer les propriétés des mortiers, notamment en terme de diffusion, mais pas assez pour résister à l'attaque chimique.

Mots clés: ammonium nitrate degradation.; mercury intrusion porosimetry; chloride diffusion; gas permeability; blast furnace slag; Fly ash

Mots clés: décalcification; nitrate d'ammonium; porosimétrie mercure; diffusion des chlorures; Cendres volantes; laitier; perméabilité au gaz

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]; Génie civil; Génie civil nucléaire; Matériaux composites et construction

C Perlot, Jérôme Verdier, M Carcassès. Influence of cement type on transport properties and chemical degradation: application to nuclear waste storage. Materials and structures, 2005. ⟨hal-02064693⟩