Temperature effect onto selenite retention by an altered cement paste and pure cement phases - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2006

Temperature effect onto selenite retention by an altered cement paste and pure cement phases

Influence de la température sur la rétention du sélénite par une pâte de ciment altérée et par ses phases pures constitutives

(1, 2, 3)
1
2
3

Abstract

In the French design of a deep repository for radioactive waste, cementitious materials will undergo a constraint in temperature, due to cement hydration exothermic reactions and to the heat generation of radioactive waste. Such temperature changes (to a maximum value of 60-70°C) could affect the cement paste mineralogy and could therefore impact radionuclides retention properties. Selenium, whose the radioisotope $^{79}$Se (T$_{1/2}$ = 6,5.10$^5$ years) is a fission product, has been chosen for the retention study because of its sensitivity in the changes of the mineralogical composition of the cement pastes. The main objective was to study the effect of temperature on selenite sorption with thermally altered cement pastes (CEM I) and relative individual cement phases (portlandite, C-S-H, ettringite and hydrogarnet. With increasing temperature, we observed: 1) modifications of the mineralogical composition of altered cement pastes, which seem irreversible and modifications of the ionic activity products of pure cement phases. These changes have been predicted with a thermodynamic calculation; 2) a decrease of selenite retention affinity for all studied solid phases. This effect can not be explained only by mineralogical modification, but also by the modification of equilibrium solution composition (particularly with calcium and sulphate concentrations in solution). Modelling attempts proposed in this study didn’t achieve to build a predictive model but must be considered as a first step in the right direction to obtain a mechanistic model. Describing selenite sorption onto cementitious phases as a function of temperature needs more information in order to complete the thermodynamic database for cement materials (Log_K and ΔH°), to characterize surface sites of the pure cementitious phases and determine their complexation constants as a function of temperature. Finally, it is necessary to determine the complexation constants of competitive and complexe ions (respectively sulfate and calcium).
Les études menées dans le cadre du projet français de stockage de déchets radioactifs en formation géologique profonde montrent que les matériaux cimentaires devraient subir une contrainte en température, due à l’échange thermique entre le colis de déchet radioactif et le béton, et due aux réactions exothermiques d’hydratation des phases anhydres du ciment. Cette augmentation de température (jusqu’à maximum 60-70°C) peut modifier le cortège minéralogique des pâtes de ciment et influencer leurs propriétés de rétention des radionucléides. Le sélénium, dont le radioisotope $^{79}Se$ (T$_{1/2}$ = 6,5.10$^5$ ans) est un produit de fission, a été choisi pour cette étude de rétention en raison de sa sensibilité aux changements de la composition minéralogique des pâtes de ciment. L’objectif majeur de ce travail a été d’étudier l’influence de la température sur la rétention de sélénite par une pâte de ciment altérée de type CEM I et par ses phases pures constitutives (portlandite, C-S-H, ettringite et hydrogrenat. Avec l’augmentation de la température, nous avons observé : 1) des changements de composition minéralogique des pâtes de ciment qui semblent irréversibles et des modifications des produits de solubilités des phases pures. Ces changements ont pu être prédits à partir de calculs thermodynamiques ; 2) une diminution de l’affinité de sélénite quel que soit le solide étudié. Ces changements ne peuvent pas être expliqués à partir des modifications minéralogiques seules et semblent être corrélés à l’évolution de la chimie en solution, en particulier à la présence de calcium et sulfate en solution. Les essais de modélisation proposés ne permettent pas d’obtenir des calculs prédictifs de qualité suffisante, mais doivent être considérés comme une première étape vers la modélisation mécanistique de ces systèmes complexes. Ainsi, construire un modèle prédictif de la rétention de sélénite par les pâtes de ciment en fonction de la température nécessite des données supplémentaires afin de compléter la base de données thermodynamiques des phases cimentaires pures (Log_K et ΔH°), de caractériser les sites de surfaces de ces phases pures et déterminer leurs constantes de complexation en fonction de la température. Enfin, il conviendra aussi de déterminer les constantes de complexation des ions compétiteurs (les sulfates) et/ou des ions complexants (le calcium).
Fichier principal
Vignette du fichier
2006-MACE Nathalie.pdf (4.05 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Files produced by the author(s)
Loading...

Dates and versions

tel-01697604 , version 1 (31-01-2018)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01697604 , version 1

Cite

Nathalie Mace. Influence de la température sur la rétention du sélénite par une pâte de ciment altérée et par ses phases pures constitutives. Chimie. Université Paris XI - Orsay, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01697604⟩
249 View
397 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More