EP2780298A1 - Mortier auto-plaçant, son procédé de préparation et ses utilisations - Google Patents

Mortier auto-plaçant, son procédé de préparation et ses utilisations

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EP2780298A1
EP2780298A1 EP12787728.0A EP12787728A EP2780298A1 EP 2780298 A1 EP2780298 A1 EP 2780298A1 EP 12787728 A EP12787728 A EP 12787728A EP 2780298 A1 EP2780298 A1 EP 2780298A1
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EP
European Patent Office
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water
mortar
cement
composition according
composition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12787728.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sylvain BARBOT
Pascale BRIEULLE
Michel Charpentier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP2780298A1 publication Critical patent/EP2780298A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/08—Slag cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00103—Self-compacting mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00767—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for waste stabilisation purposes
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    • C04B2111/60—Flooring materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention belongs to the field of the packaging of nuclear waste and, more particularly, to the field of packaging by immobilization of waste such as radioactive technological waste of low and medium activity in a cement matrix meeting the criteria of durability of confinement, with a view to their storage in a dedicated center.
  • the present invention proposes a self-placing mortar formulation, its method of preparation and its use for confining radioactive technological waste in packages intended to be stored in a nuclear waste storage center.
  • Short and medium-lived short-lived waste means waste having a level of radioactivity ranging from a few hundred Bq / g to 1 million Bq / g and this radioactivity is halved over a shorter period or equal to 31 years.
  • This waste is essentially derived from the exploitation nuclear installations or dismantling of stationary installations such as laboratory glassware, piping, pumps, scrap metal and rubble.
  • cementation is the oldest and most common process for packaging such waste.
  • Various cement-based formulations have been exploited to either inject waste packages or prefabricate internal packaging envelopes for receiving such waste.
  • grouts are formulations mainly made of water and cement
  • mortars include, in addition to water and cement
  • sand and concretes include, in addition to water, cement, sand and gravel.
  • the patent application FR 2 763 584 proposes a confinement concrete mainly comprising siliceous sand of small particle size dispersion; a binder composed of a low tricalcium aluminate cement and very fine additives of smaller particle size than cement; water with a ratio (weight of water) / (weight of binder) of less than 0.4; gravel and admixtures favoring the deflocculation of the fine elements.
  • International application WO 2009/053541 describes a mixture of rheology modifying adjuvants for self-placing concrete without filler. This mixture comprises at least one 1 increasing agent predominantly to the shear threshold of the concrete in the fluid state and at least one 2nd increasing viscosity modifier predominantly the viscosity of the concrete in the fluid state.
  • the 1 agent is preferably a natural polysaccharide ether modified by the introduction of lateral grafts including hydrophobic, or a hydroxyalkyl guar ether modified by the introduction of lateral grafts particularly hydrophobic.
  • the concrete formulation further comprises a Portland cement, a calcareous filler, a cohesion agent, siliceous or silico-calcareous granules, a superplasticizer and water, the E / C ratio being equal to 0, 6.
  • a shrinkage problem which may be a pre-set shrinkage caused by the evaporation of part of the water contained in the mortar, a heat shrinkage, after setting, due to the return of the mortar to room temperature or else hydraulic shrinkage, after setting, due to a decrease in volume resulting from the hydration and hardening of the mortar.
  • the inventors have therefore set themselves the goal of preparing a mortar formulation that eliminates these nuisances and exhibits containment properties that meet the requirements and needs at the same time:
  • the nuclear operators who package and immobilize technological waste want a product that is simple to manufacture, flexible to use, of constant quality, insensitive to the temperatures of the injection site, which does not need to be subjected to a vibration. when it is used and which does not show segregation or bleeding.
  • the mortar should be used to obtain a matrix based on hydraulic binder for immobilizing technological waste, having a very low diffusion with tritiated water and which is confining, insensitive to gamma irradiation, resistant to freeze-thaw cycles, insensitive to the alkali-reaction, not very diffusive to chloride ions and not very permeable to gases.
  • the mortar supplier wishes to have a simple formulation to manufacture, simple to deliver, simple to inject, remaining homogeneous on the high heights (without dynamic segregation) and having high performances at a young age and a low total withdrawal.
  • the inventors have achieved the goal and solved the technical problems presented above by implementing a particular formulation of mortar meeting the requirements and needs of nuclear operators, technology waste disposal and storage systems and suppliers of mortars.
  • the present invention relates to a mortar composition
  • a mortar composition comprising:
  • composition according to the invention essentially comprises the 7 aforementioned elements and, advantageously, is constituted by these elements, ie the composition according to the invention does not include any other element than the 7 aforementioned elements.
  • the composition according to the invention does not comprise granules or polymers.
  • silica Si0 2 .
  • the siliceous sand used is a non-reactive sand with alkali-silica.
  • the siliceous sand is sand washed prior to its implementation, for example, a siliceous sand supplied and delivered washed so as to eliminate a maximum of impurities.
  • the silica sand used is clay-free.
  • the siliceous sand is advantageously used dry in order not to have any influence on the water dosage of the formulation. It may be silica sand supplied and delivered dry.
  • the siliceous sand used in the context of the present invention is advantageously an uncrushed sand and this, to limit both the effects of active silica release with the binder and the abrasive effects of the mortar in the pipes of injection.
  • siliceous sand used in the context of the present invention advantageously has a regular granular spindle in order not to interfere with the workability of the mortar.
  • the size of the siliceous sand used in the formulation according to the invention is advantageously less than 6 mm, in particular less than 5 mm and, in particular, less than 4 mm. Therefore, the composition according to the invention does not include any element of the sand, gravel or granular type having a particle size (average grain size) greater than 6 mm.
  • the siliceous sand used in the composition according to the invention is in the form of two siliceous sands of different particle sizes. Indeed, the inventors have tested different granulometries with different formulations to find the maximum compactness. These tests were carried out using laboratory mixers of 2.5 L and 25 L. The best compromise was found with 2 siliceous sands of different and complementary grain sizes.
  • the siliceous sand used in the composition according to the invention is advantageously constituted:
  • siliceous sand preferably natural, washed, dried and screened, which aggregates the dimensions are within the range of 0.63 mm to 3 mm, and
  • the dimensions of the aggregates are in the range of 0.16 mm to 1.25 mm.
  • silica sand implemented present granular time as defined in Table 1 below:
  • Mineral addition is an important element in the composition of self-compacting concretes.
  • the mineral addition chosen is a calcareous filler.
  • a limestone filler is a dry, finely divided product derived from the cutting, sawing or working of natural limestone rocks in the lime, aggregates and ornamental stone industry.
  • the calcareous filler used has a fineness ie a particle size similar to that of the cement used to limit the phenomena of temperature rise during setting, to ensure the holding of the cement matrix and, in fact, to prevent a dynamic segregation and settlement of the mortar fresh.
  • the calcareous filler used in the context of the present invention has an average grain size of between 5 and 20 ⁇ , in particular between 10 and 15 ⁇ , and in particular of the order of 12 ⁇ (ie 12 ⁇ ⁇ 1 ⁇ ). More particularly, the calcareous filler used in the context of the present invention is a limestone filler resulting from a marble quarry. In their experiments, the inventors have been able to observe that such a mineral addition combined with the other constituents of the formulation has made it possible to obtain a mortar exhibiting good workability, absence of bleeding and an increase in the duration of workability.
  • silica fume is also an additive widely used in the formulation of mortars and concretes. Its properties are recognized to improve the compactness and limit the permeability of concretes and mortars, and consequently improve the mechanical performance of concretes and hardened mortars.
  • the silica fume used in the context of the present invention is derived from the filters of the silicon metal manufacturing process.
  • this silica fume is a powder whose particle size is at least 2 times smaller, in particular at least 5 times smaller and, in particular, 10 times smaller than that of the cement used in the composition according to the invention. It is the finest element of this composition.
  • the silica fume used in the context of the present invention is a densified silica fume which is distributed homogeneously during the kneading.
  • Densified silica fume is, as a reminder, produced by treating an undensified silica fume to increase its bulk density to a maximum of between 400 and 720 kg / m 3 .
  • the treatment usually used consists of polishing the smoke particles in a silo, resulting in an accumulation of surface charges.
  • silica fume added to the other constituents of the composition according to the invention and their combination made it possible to obtain a mortar having a low porosity, high mechanical performance in the range of high performance concretes, low shrinkage and low oxygen permeability.
  • the cement used is advantageously a ternary compound cement composed of clinker, blast furnace slags and fly ash.
  • clinker is meant a mixture comprising one (or more) element (s) chosen from the group consisting of a limestone; a limestone with a CaO content of between 50 and 60%; a source of alumina such as ordinary bauxite or red bauxite; a clay and a sulphate source such as gypsum, calcium sulphate hemihydrate, plaster, natural anhydrite or sulphocalcic ash, said element (s) being crushed, homogenized and raised (s) at high temperature above 1200 ° C, especially above 1300 ° C, in particular of the order of 1450 ° C.
  • about 1450 ° C is meant a temperature of 1450 ° C ⁇ 100 ° C, preferably a temperature of 1450 ° C ⁇ 50 ° C.
  • the high temperature cooking step is called "clinkerization”.
  • the cement used in the context of the present invention is a CEM V and consists of 20 to 64% clinker, 18 to 50% blast furnace slag and 18 to 50% fly ash. More particularly, the cement used in the context of the present invention is a CEM V / A and consists of 40 to 64% clinker, 18 to 30% blast furnace slag and 18 to 30% ash. flying.
  • the cement used in the composition according to the present invention is a CEM V / A having a low heat of hydration
  • the notions of "heat of hydration” and, more particularly, “low heat of hydration”, are defined in the standard NF EN 197-1 / A1 of December 2004 "Cement Composition, specifications and conformity criteria of common cements".
  • the heat of hydration corresponds to the amount of heat developed by the hydration of a cement in a given time.
  • the heat of hydration of low cements heat of hydration must not exceed the characteristic value of 270 J / g determined:
  • LH Common cements with low heat of hydration are designated by the letters LH.
  • CEM V / A LH cement that can be used in the context of the present invention, mention may be made of CLC 32.5 cement from CALCIA.
  • composition according to the invention comprises, in addition to the constituents exposed above, two adjuvants which are:
  • a viscosity agent intended for producing concrete and fluid / self-compacting mortars which increases the viscosity of the mortar and having, as a side effect, a plasticizing and water-reducing function to limit bleeding in the fresh state
  • a water-reducing plasticizer intended for carrying out pumping over long distances, with, for a secondary effect, a set-retarding function for increasing the duration of use.
  • Maintainability was also verified in a Marsh cone flow range (with a 12.5 mm nozzle) between 50 and 120 sec, up to 5 hours of age.
  • the adjuvants retained as the viscosity agent and the water-reducing plasticizer are compatible with each other and with the other constituents of the mortar according to the present invention.
  • a viscosity agent is a water-soluble product that increases its viscosity. Viscosity agents are composed of molecules of long chains of polymers that adhere to the periphery of water molecules and adsorb a part of them.
  • the viscosity agent used in the context of the present invention is an aqueous solution based on modified polyalcohols. More particularly, it is a viscosity agent with water reducing plasticizing side effect for the production of fluid or self-placing mortars.
  • a specific example of viscosity agent used in the context of the present invention mention may be made CHRYSO ® Plast V70.
  • the water-reducing plasticizer used in the context of the present invention is a superplasticizer.
  • superplasticizer is meant a synthetic polymer manufactured for the concrete industry. This adjuvant makes it possible to increase very significantly the workability of a concrete without adding water, or decrease the amount of water to increase the mechanical strength without changing the workability of the concrete. Superplasticizers can reduce water requirements by about 30 percent.
  • the water-reducing plasticizer is advantageously an aqueous solution based on modified phosphonate. More particularly, it allows very long maintainability of workability and is suitable for long-distance pumping.
  • usable water reducing plasticizer in the context of the present invention include the CHRYSO ® Fluid Optima 100.
  • composition according to the present invention comprises water whose accuracy of dosage is preponderant for obtaining the confinement properties of the mortar according to the invention, more particularly as regards the porosity, the permeability to gas and the diffusion of tritiated water (the excess water creating voids after hydration of the cement).
  • the systematic search for the lowest possible water dosage should not affect the workability of the mortar when fresh.
  • the water has a function of transporting fine elements and admixtures during mixing for better hydration of the components and a uniformly distributed action of the adjuvants and, consequently, for a better homogeneity of the mortar.
  • the mortar composition according to the invention consists of:
  • the mortar composition consists of:
  • the present invention relates to a process for preparing a mortar composition as defined above.
  • This method comprises the steps of:
  • step (b) adding to the kneaded mixture obtained in step (b) the viscosity agent in particular as previously defined;
  • step (d) adding to the kneaded mixture obtained in step (d) the water-reducing plasticizer in particular as previously defined and
  • the elements used are in the form of powder or in liquid form (water used in step (a)). These elements are advantageously added one after the other.
  • the mixture of step (b) is obtained by mixing / kneading all these elements together using a worm gear mixer at a speed of between 20 and 26 rpm for the main arm and between 87 and 127 rpm for the secondary arm.
  • This mixing / kneading can last between 30 sec and 10 min, in particular between 45 sec and 5 min and, in particular, of the order of 1 min (i.e. 1 min ⁇ 10 sec).
  • step (c) of the process the viscosity agent is added.
  • the mixture of step (d) is obtained by mixing / kneading all these elements together using a worm gear mixer at a speed of between 20 and 26 rpm for the main arm and between 87 and 127 rpm for the arm secondary.
  • This mixing / kneading can last between 30 sec and 10 min, in particular between 45 sec and 5 min and, in particular, of the order of 1 min (ie 1 min ⁇ 10 sec).
  • step (e) of the process the water-reducing plasticizer is added.
  • the mixture of step (f) is obtained by mixing / kneading all these elements together using a worm gear mixer at a speed of between 20 and 26 rpm for the main arm and between 87 and 127 rpm for the secondary arm.
  • This mixing / mixing can last between 60 sec and 15 min, in particular between 90 sec and 10 min and, in particular, of the order of 2 min (i.e. 2 min ⁇ 15 sec).
  • the present invention further relates to the use of a mortar of a composition as defined above or capable of being prepared by the process as defined above, for confining waste.
  • This waste is in particular short-lived and low-level waste as defined previously.
  • fresh mortar is meant a mortar having a plasticity allowing such a coating or trapping.
  • the concept of fresh mortar is opposed to that of a hardened mortar.
  • the characteristics of the mortar according to the present invention make it possible not to implement any vibration during confinement. However, a slight vibration can be applied in the case where there is a risk of imprisonment of air bubbles in the waste package. In any case, this vibration should not exceed 10 sec to guard against any risk of exudation of the fresh mortar.
  • the present invention also relates to a package of waste confined in a mortar of composition as defined above or likely to be prepared by the process as previously defined and packaged in drums or boxes including drums or metal or concrete boxes.
  • the mortar of the invention forms a confining envelope surrounding the waste and in particular short-lived and low-level short-lived waste as previously defined.
  • the production of the industrial batch was carried out in less than 15 minutes as follows:
  • the characterization test was carried out from the industrial tool, namely, the mixer of the concrete batching plant designed to make one cubic meter of waste in the concrete industry.
  • the mixer of the concrete batching plant designed to make one cubic meter of waste in the concrete industry.
  • test specimens more than 80 test pieces (specimens 11 cm in diameter and 22 cm in height, hereinafter referred to as standard test specimens) were made to characterize from the same batch and by an accredited laboratory. the performance of the mortar according to the invention.
  • the ability of the mortar to be injected is verified by measuring the passage time of one liter of mortar through the Marsh cone with 12.5 mm nozzle.
  • the passage time should be in the range of 50 to 120 sec.
  • the maneuverability measured at the Marsh cone was 92 sec and therefore was still in the desired range.
  • HIGH PERFORMANCE thanks to its mechanical characteristics with a compressive strength greater than 50 M Pa at 28 days.
  • the measurements of the compressive strength on an industrial batch carried out on standard specimens kept at room temperature under water, according to the standard NF EN 12390-3 (compressive strength of the test pieces) are 84.5 M Pa at 28 days and from 105.8 M Pa to 90 days.
  • the manufacture of the mortar is also easily achievable from pre-dosed dry loads.
  • the mortar is injectable within 5 hours after manufacture in both dry and wet form, at low and high temperatures and at the dosage tolerance limits.
  • Density measured from standard specimens is 2.4 to 48 hours and 2.32 to 28 days
  • the mortar has a shrinkage of 370 ⁇ / ⁇ measured according to standard NF P15-433 of February 1994.
  • the apparent gas permeability is measured on standardized mortar specimens, stored in laboratory water, after drying at 105 ° C ⁇ 5 ° C to constant mass. A determined pressure gas percolates through the specimens, its flow rate is measured and the coefficient of permeability is determined based on the Poiseuille law. The coefficient thus obtained is 73.10 18 m 2 .
  • the porosity accessible to water corresponds to the ratio of the void volumes accessible to water and the apparent volume of the mortar. It is measured by hydrostatic weighing on mortar samples kept in water in the laboratory (submerged saturated mass), on immersed saturated water-saturated mortar specimens (saturated mass) and on specimens dried at 105 ° C ⁇ 5 ° C up to constant mass (dry mass). The porosity accessible to the water thus obtained is 9.4%.
  • This characteristic is particularly related to the use of sands unreactive alkali-reaction.
  • the water diffusion coefficient tritiated is measured on standardized mortar test pieces, placed in a sealed manner, between a 1 containing water compartment tritiated and 2nd containing water initially not tritiated.
  • the tritium activity detected in the 2 nd compartment is monitored as a function of time until the appearance of a constant material flow.
  • the effective diffusion coefficient of tritiated water evaluated by application of Fick's law is less than 1.10 13 m 2 / s.
  • the mortar according to the present invention was subjected to 8.10 Gray 5 under 300

Abstract

La présente invention concerne une composition de mortier comprenant du sable siliceux, du ciment, un filler calcaire, de la fumée de silice, un agent de viscosité, un plastifiant réducteur d'eau et de l'eau. La présente invention concerne également son procédé de préparation et ses utilisations.

Description

MORTIER AUTO-PLAÇANT, SON PROCÉDÉ DE PRÉPARATION
ET SES UTILISATIONS
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention appartient au domaine du conditionnement des déchets nucléaires et, plus particulièrement, au domaine du conditionnement par immobilisation de déchets tels que des déchets technologiques radioactifs de faible et moyenne activité dans une matrice cimentaire répondant aux critères de durabilité de confinement, en vue de leur stockage dans un centre dédié.
La présente invention propose une formulation de mortier auto-plaçant, son procédé de préparation et son utilisation pour confiner des déchets technologiques radioactifs en colis destinés à être stockés dans un centre de stockage de déchets nucléaires.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
L'exploitation des installations nucléaires et les opérations de démantèlement génèrent des déchets nucléaires classés selon leur niveau d'activité radiologique.
Les filières d'évacuation et de stockage ont été créées en fonction de l'activité radiologique et de la période radioactive des radionucléides contenus da ns les déchets. I l existe notamment une filière particulière quant aux déchets de faible et moyenne activité à vie courte (FA-MA-VC) qui doit respecter les prescriptions de l'Agence Nationale pour la gestion des Déchets RAdioactifs (ANDRA).
Par « déchets de faible et moyenne activité à vie courte », on entend des déchets présentant un niveau de radioactivité se situant entre quelques centaines de Bq/g et 1 million de Bq/g et cette radioactivité est divisée par deux sur une période inférieure ou égale à 31 ans. Ces déchets sont essentiellement issus de l'exploitation d'installations nucléaires ou du démantèlement d'installations à l'arrêt tels que verrerie de laboratoire, tuyauteries, pompes, déchets métalliques et gravats.
La cimentation est le procédé le plus ancien et le plus répandu pour le conditionnement de tels déchets. Différentes formulations à base de ciment ont été exploitées pour soit injecter des colis de déchets, soit préfabriquer des enveloppes internes d'emballages destinés à recevoir ces déchets.
Différentes formulations sont définies en fonction des éléments qui les constituent. Ainsi, les coulis sont des formulations principalement constituées d'eau et de ciment, les mortiers comprennent, en plus de l'eau et du ciment, du sable et les bétons comprennent, en plus de l'eau, du ciment, du sable et des graviers. Ces différences de composition entraînent des différences quant à leurs performances, notamment mécaniques et rhéologiques, et, par conséquent, quant à leur utilisation. Ainsi, les coulis et les mortiers sont utilisés pour enrober les déchets ou pour les bloquer dans des containers, alors que les bétons servent principalement à fabriquer des containers de stockage.
De nombreux travaux visant à fournir de nouvelles formulations présentant des qualités de confinement améliorées et permettant de répondre aux exigences et aux cahiers des charges des organismes agréés de gestion des déchets toxiques notamment nucléaires ont été publiés. A titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, on peut citer la demande de brevet FR 2 763 584, au nom de Electricité de France, publiée le 27 novembre 1998 ; la demande internationale WO 2009/053541, au nom des Ciments Français, publiée le 30 avril 2009 ; et la demande internationale WO 2007/135067, au nom du CEA, publiée le 29 novembre 2007.
La demande de brevet FR 2 763 584 propose un béton de confinement comprenant principalement du sable siliceux de faible dispersion granulométrique ; un liant composé d'un ciment à faible aluminate tricalcique et d'additifs très fins de granulométrie inférieure à celle du ciment ; de l'eau avec un rapport (poids d'eau)/(poids de liant) inférieur à 0,4 ; des graviers et des adjuvants favorisant la défloculation des éléments fins. La demande internationale WO 2009/053541 décrit un mélange d'adjuvants modificateurs de rhéologie pour un béton auto-plaçant sans filler. Ce mélange comprend au moins un 1er agent augmentant de façon prépondérante le seuil de cisaillement du béton à l'état fluide et au moins un 2nd agent viscosant augmentant de façon prépondérante la viscosité du béton à l'état fluide. Le 1er agent est, de préférence, un éther de polysaccharide naturel modifié par introduction de greffons latéraux notamment hydrophobes, ou un éther d'hydroxyalkylguar modifié par introduction de greffons latéraux notamment hydrophobes. La formulation du béton comprend en outre un ciment de type Portland, un filler calcaire, un agent de cohésion, des granulats de type siliceux ou silico-calcaire, un superplastifiant et de l'eau, le rapport E/C étant égal à 0,6.
La demande internationale WO 2007/135067 propose une composition à base de ciment pour enrober une solution aqueuse contenant du bore telle qu'un déchet liquide boraté. Cette composition est constituée de sable siliceux, de ciment sulfo- alumineux et éventuellement de gypse.
Les difficultés rencontrées lors de la mise en œuvre de mortiers de confinement ou d'enrobage concernent :
- les phénomènes exothermiques qui accompagnent l'hydratation du ciment contenu dans le mortier et sa prise ;
- le ressuage ou l'exsudation correspondant à la couche d'eau qui se forme à la surface d'un mortier frais, entre le moment du compactage et le début de la prise, sous l'effet de la densité différente de l'eau et des autres éléments constituant ce mortier ;
- le bouchage de canalisation d'injection ;
- des performances mécaniques insuffisantes ;
- un problème de retrait qui peut être un retrait avant-prise causé par l'évaporation d'une partie de l'eau que contient le mortier, un retrait thermique, après la prise, dû au retour du mortier à la température ambiante ou encore un retrait hydraulique, après la prise, dû à une diminution de volume résultant de l'hydratation et du durcissement du mortier.
Ces difficultés sont liées aux conditions climatiques mais aussi directement à la formulation du mortier mis en œuvre et notamment au dosage en ciment, au dosage en eau, à la performance des adjuvants, à la prise trop rapide du mortier ou à une trop faible durée d'utilisation du mortier.
Les inventeurs se sont donc fixés pour but de préparer une formulation de mortier s'affranchissant de ces nuisances et présentant des propriétés de confinement qui répondent aux exigences et besoins à la fois :
(i) des exploitants du nucléaire,
(ii) des filières d'évacuation et de stockage des déchets technologiques, et
(iii) des fournisseurs de mortiers,
chacun de ces 3 groupes souhaitant que la formulation présente des caractéristiques particulières.
En effet, les exploitants du nucléaire qui conditionnent et immobilisent des déchets technologiques souhaitent un produit simple à fabriquer, souple d'emploi, de qualité constante, insensible aux températures du lieu d'injection, qui ne nécessite pas d'être soumis à une vibration lors de sa mise en œuvre et qui ne présente ni ségrégation, ni ressuage.
Pour les filières d'évacuation et de stockage des déchets technologiques, il convient que le mortier permette d'obtenir une matrice à base de liant hydraulique permettant d'immobiliser des déchets technologiques, présentant une très faible diffusion à l'eau tritiée et qui soit confinante, insensible aux irradiations gamma, résistante aux cycles gel-dégel, insensible à l'alcali-réaction, peu diffusive aux ions chlorures et peu perméable aux gaz.
Enfin, le fournisseur de mortier souhaite avoir une formulation simple à fabriquer, simple à livrer, simple à injecter, restant homogène sur les hauteurs importantes (sans ségrégation dynamique) et présentant des performances élevées à jeune âge et un faible retrait total. EXPOSÉ DE L'INVENTION
Les inventeurs ont atteint le but fixé et résolu les problèmes techniques présentés ci-dessus en mettant en œuvre une formulation particulière de mortier répondant aux exigences et besoins des exploitants du nucléaire, des filières d'évacuation et de stockage des déchets technologiques et des fournisseurs de mortiers.
La particularité de l'invention réside dans la simplicité de fabrication, la souplesse de mise en œuvre et dans les performances élevées et durables du mortier listées ci-dessous :
- haute performance mécanique,
- résistant aux irradiations,
- très faiblement perméable aux liquides et gaz radioactifs,
- insensible au gel/dégel,
- facile à fabriquer à partir d'une centrale à béton ordinaire en 15 min,
- utilisable 5 h après fabrication maintenu brassé en camion toupie entre 5°C à
35°C,
- injectable,
- à faible retrait total,
- sans ségrégation dynamique ni ressuage.
Plus particulièrement, la présente invention concerne une composition de mortier comprenant :
- du sable siliceux,
- du ciment,
- un fi I le r calcaire,
- de la fumée de silice,
- un agent de viscosité,
- un plastifiant réducteur d'eau et
- de l'eau.
La composition selon l'invention comprend essentiellement les 7 éléments pré-cités et, de façon avantageuse, est constituée par ces éléments i.e. la composition selon l'invention ne comprend aucun autre élément que les 7 éléments pré-cités. Par exemple, la composition selon l'invention ne comprend ni granulat, ni polymère.
Par « sable siliceux », on entend, dans le cadre de la présente invention, un sable constitué à plus de 90%, notamment à plus de 95%, en particulier à plus de 98% et, plus particulièrement, à plus de 99% de silice (Si02).
Il convient de noter que les essais réalisés par les inventeurs avec des sables calcaires concassés ont été non concluants puisque les mortiers ainsi préparés présentaient une absorption capillaire trop élevée et une maniabilité trop délicate. Les sables calcaires ont, de fait, été abandonnés. Dans le cadre de la présente invention, les sables siliceux constituent donc une sélection motivée parmi les sables.
Avantageusement, le sable siliceux mis en œuvre est un sable non réactif à l'alcali-silice.
De plus, dans le cadre de l'invention, le sable siliceux est un sable lavé préalablement à sa mise en œuvre, par exemple, un sable siliceux fourni et livré lavé de façon à en éliminer un maximum d'impuretés. Ainsi, le sable siliceux mis en œuvre est exempt d'argile.
Le sable siliceux est, de façon avantageuse, mis en œuvre sec afin de ne pas avoir d'influence sur le dosage en eau de la formulation. Il peut s'agir d'un sable siliceux fourni et livré sec.
Le sable siliceux mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est, avantageusement, un sable non concassé et ce, pour limiter à la fois les effets de libération de silice active avec le liant et les effets abrasifs du mortier dans les canalisations d'injection.
Enfin, le sable siliceux mis en œuvre dans le cadre de la présente invention présente, de façon avantageuse, un fuseau granulaire régulier afin de ne pas interférer sur l'ouvrabilité du mortier.
La taille du sable siliceux mis en œuvre dans la formulation selon l'invention est avantageusement inférieure à 6 mm, notamment inférieure à 5 mm et, en particulier, inférieure à 4 mm. Par conséquent, la composition selon l'invention ne comprend aucun élément du type sable, gravier ou granulat présentant une granulométrie (dimension moyenne des grains) supérieure à 6 mm.
Dans une forme de mise en œuvre toute particulière, le sable siliceux mis en œuvre dans la composition selon l'invention se présente sous forme de deux sables siliceux de granulométries différentes. En effet, les inventeurs ont testé différentes granulométries avec différentes formulations pour rechercher la compacité maximale. Ces tests ont été réalisés à partir de malaxeurs de laboratoire de 2,5 L et 25 L. Le meilleur compromis a été trouvé avec 2 sables siliceux de granulométries différentes et complémentaires.
Ainsi, dans cette forme de mise en œuvre, le sable siliceux utilisé dans la composition selon l'invention est avantageusement constitué :
- d'un 1er sable siliceux, avantageusement naturel, lavé, séché et criblé, dont les dimensions des granulats se situent dans la plage de 0,63 mm à 3 mm, et
- d'un 2nd sable siliceux, avantageusement naturel, lavé, séché et criblé, dont les dimensions des granulats se situent dans la plage de 0,16 mm à 1,25 mm.
Plus particulièrement, le 1er sable siliceux mis en œuvre présente le fuseau granulaire tel que défini dans le Tableau 1 ci-après :
Tableau 1 Plus particulièrement encore, le 2nd sable siliceux mis en œuvre présente le fuseau granulaire tel que défini dans le Tableau 2 ci-après
Tableau 2
L'addition minérale est un élément important entrant dans la composition de bétons auto-plaçants. Dans le cadre de la composition de mortier selon l'invention, l'addition minérale choisie est un filler calcaire.
Pour rappel, un filler calcaire est un produit sec, finement divisé, issu de la taille, du sciage ou du travail de roches naturelles calcaires dans l'industrie de la chaux, des granulats et des pierres ornementales.
Avantageusement, le filler calcaire mis en œuvre présente une finesse i.e. une granulométrie proche de celle du ciment utilisé pour limiter les phénomènes d'élévation de température lors de la prise, pour assurer la tenue de la matrice cimentaire et, de fait, pour empêcher une ségrégation dynamique et un tassement du mortier à l'état frais.
Plus particulièrement, le filler calcaire mis en œuvre dans le cadre de la présente invention présente une dimension moyenne des grains comprise entre 5 et 20 μιη, notamment entre 10 et 15 μιη, et, en particulier, de l'ordre de 12 μιη (i.e. 12 μιη ± 1 μιη). Plus particulièrement, le filler calcaire mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est un filler calcaire issu d'une carrière de marbre. Lors de leurs expériences, les inventeurs ont pu constater qu'une telle addition minérale combinée aux autres constituants de la formulation a permis d'obtenir un mortier présentant une bonne maniabilité, une absence de ressuage et une augmentation de la durée d'ouvrabilité.
Par ailleurs, cette addition joue un rôle essentiel pour faciliter la réalisation d'injection par pompage. La lubrification des canalisations avant injection, réalisée auparavant à l'aide d'un mélange eau + ciment, n'est plus rendue nécessaire.
Les propriétés ci-dessus listées ont été vérifiées lors des essais de convenance du mortier confinant (sur volume de 25 I) et lors des essais de caractérisation à l'aide du malaxeur de la centrale à béton (sur une gâchée de 1 m3).
A l'instar de l'addition minérale, la fumée de silice est également un additif largement utilisé dans la formulation de mortiers et de bétons. Ses propriétés sont reconnues pour améliorer la compacité et limiter la perméabilité des bétons et mortiers, et par conséquent améliorer les performances mécaniques des bétons et mortiers durcis.
Avantageusement, la fumée de silice mise en œuvre dans le cadre de la présente invention est issue des filtres du processus de fabrication du silicium métal.
En particulier, cette fumée de silice est une poudre dont la granulométrie est au moins 2 fois inférieure, notamment au moins 5 fois inférieure et, en particulier, 10 fois inférieure à celle du ciment utilisé dans la composition selon l'invention. Elle constitue l'élément le plus fin de cette composition.
De plus, la fumée de silice mise en œuvre dans le cadre de la présente invention est une fumée de silice densifiée qui se répartit, de façon homogène, lors du malaxage. Une fumée de silice densifiée est, pour rappel, produite en traitant une fumée de silice non densifiée pour augmenter sa densité apparente jusqu'à un maximum compris entre 400 et 720 kg/m3. Le traitement habituellement utilisé consiste à polir les particules de fumée dans un silo, entraînant une accumulation des charges de surface.
L'ajout de la fumée de silice aux autres constituants de la composition selon l'invention et leur combinaison ont permis d'obtenir un mortier présentant une faible porosité, des performances mécaniques élevées se situant dans la plage des bétons hautes performances, un faible retrait et une faible perméabilité à l'oxygène.
Dans la composition selon l'invention, le ciment mis en œuvre est avantageusement un ciment composé ternaire composé de clinker, de laitiers de haut fourneau et de cendres volantes.
Par « clinker », on entend un mélange comprenant un (ou plusieurs) élément(s) choisi(s) dans le groupe constitué par un calcaire ; un calcaire ayant une teneur en CaO variant entre 50 et 60% ; une source d'alumine telle que de la bauxite ordinaire ou de la bauxite rouge ; une argile et une source de sulfate telle que du gypse, du sulfate de calcium hémihydraté, du plâtre, de l'anhydrite naturelle ou des cendres sulfocalciques, ledit (ou lesdits) élément(s) étant concassé(s), homogénéisé(s) et porté(s) à haute température supérieure à 1200°C, notamment supérieure à 1300°C, en particulier de l'ordre de 1450°C. Par « de Tordre de 1450°C », on entend une température de 1450°C ± 100°C, avantageusement une température de 1450°C ± 50°C. L'étape de cuisson à haute température est appelée « clinkerisation ».
En particulier, le ciment mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est un CEM V et est constitué de 20 à 64% de clinker, de 18 à 50% de laitier de haut fourneau et de 18 à 50% de cendres volantes. Plus particulièrement, le ciment mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est un CEM V/A et est constitué de 40 à 64% de clinker, de 18 à 30% de laitier de haut fourneau et de 18 à 30% de cendres volantes.
Avantageusement, le ciment mis en œuvre dans la composition selon la présente invention est un CEM V/A présentant une faible chaleur d'hydratation Les notions de « chaleur d'hydratation » et, plus particulièrement, de « faible chaleur d'hydratation », sont définies dans la norme NF EN 197-1/A1 de Décembre 2004 « Ciment Composition, spécifications et critères de conformité des ciments courants ». Ainsi, la chaleur d'hydratation correspond à la quantité de chaleur développée par l'hydratation d'un ciment en un temps donné. La chaleur d'hydratation des ciments courants à faible chaleur d'hydratation ne doit pas dépasser la valeur caractéristique de 270 J/g déterminée :
- après 7 j selon la méthode par dissolution telle que définie dans la norme EN 196-8 publiée en Décembre 2010 ou
- à 41 h selon la méthode semi-adiabatique telle que définie dans la norme EN
196-9 publiée en Décembre 2010.
Les ciments courants à faible chaleur d'hydratation sont désignés par les lettres LH. A titre d'exemple particulier de ciment CEM V/A LH utilisable dans le cadre de la présente invention, on peut citer le ciment CLC 32,5 de CALCIA.
La composition selon l'invention comprend en plus des constituants exposés ci-dessus deux adjuvants que sont :
- un agent de viscosité destiné à la réalisation de béton et mortiers fluides/auto-plaçants augmentant la viscosité du mortier et ayant, pour effet secondaire, une fonction plastifiante et réductrice d'eau pour limiter le ressuage à l'état frais,
- un plastifiant réducteur d'eau destiné à la réalisation de pompages sur de longues distances avec, pour effet secondaire, une fonction retardatrice de prise pour augmenter la durée d'utilisation.
L'homme du métier connaît différents adjuvants utilisables pour préparer des mortiers, chacun d'eux apportant sa particularité dans une formulation. La difficulté avec l'utilisation de ces produits réside en l'appréhension de leur dosage, de leur compatibilité entre eux ou avec les autres composants de la formulation et en fonction de l'environnement de mise en œuvre. En effet, la température du mortier lors de l'injection peut influencer sur la maniabilité de ce dernier.
Lors des essais de convenance réalisés par les inventeurs, certaines combinaisons d'adjuvants connus ont été écartées à cause de l'apparition d'une importante ségrégation uniquement à l'état frais en formulation humide i.e. en dosant les éléments secs au minimum des tolérances formulées et en dosant les éléments humides au maximum des tolérances formulées. Le résultat des essais de convenance du mortier selon la présente invention ont été décisifs pour le choix motivé des adjuvants à mettre en œuvre dans ce mortier. En effet, la formulation du mortier selon la présente invention a été testée aux limites des tolérances de dosage et aux limites des températures de mortiers (+5°C / +35°C).
Le maintien de la maniabilité a aussi été vérifié dans une plage de fluidité mesurée au cône de Marsh (avec ajutage de 12,5 mm) entre 50 et 120 sec, et ce jusqu'à 5 heures d'âge.
L'absence d'interaction néfaste des adjuvants sur les propriétés rhéologiques du mortier à l'état frais a été vérifiée à température basse (+5°C), à température chaude (+35°C), et ce, pendant au moins 5 heures après la fabrication.
Au final, les adjuvants retenus que sont l'agent de viscosité et le plastifiant réducteur d'eau sont compatibles entre eux et avec les autres constituants du mortier selon la présente invention. L'homme du métier connaît différents agents de viscosité utilisables dans le cadre de la présente invention. Pour rappel, un agent de viscosité est un produit soluble dans l'eau qui en augmente la viscosité. Les agents de viscosité sont composés de molécules de longues chaînes de polymères qui adhérent à la périphérie des molécules d'eau et qui en adsorbent une partie.
Avantageusement, l'agent de viscosité mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est une solution aqueuse à base de polyalcools modifiés. Plus particulièrement, il s'agit d'un agent de viscosité avec effet secondaire plastifiant réducteur d'eau destiné à la réalisation de mortiers fluides ou auto-plaçants. A titre d'exemple particulier d'agent de viscosité utilisable dans le cadre de la présente invention, on peut citer le CHRYSO®Plast V70.
Avantageusement, le plastifiant réducteur d'eau mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est un superplastifiant.
Par « superplastifiant », on entend un polymère de synthèse fabriqué pour l'industrie du béton. Cet adjuvant permet d'augmenter très nettement l'ouvrabilité d'un béton sans ajout d'eau, ou de diminuer la quantité d'eau pour augmenter les résistances mécaniques sans modifier l'ouvrabilité du béton. Les superplastifiants peuvent réduire d'environ 30 pour cent les besoins en eau.
Dans le cadre de la présente invention, le plastifiant réducteur d'eau est, de façon avantageuse, une solution aqueuse à base de phosphonate modifié. Plus particulièrement, il permet de très longs maintiens d'ouvrabilité et est adapté aux pompages longues distances. A titre d'exemple particulier de plastifiant réducteur d'eau utilisable dans le cadre de la présente invention, on peut citer le CHRYSO®Fluid Optima 100.
Enfin, la composition selon la présente invention comprend de l'eau dont la justesse de dosage est prépondérante pour l'obtention des propriétés de confinement du mortier selon l'invention, plus particulièrement pour ce qui a trait à la porosité, à la perméabilité aux gaz et à la diffusion de l'eau tritiée (l'excès d'eau créant des vides après hydratation du ciment).
La recherche systématique d'un dosage en eau le plus faible possible ne doit pas nuire à la maniabilité du mortier à l'état frais. L'eau a une fonction de transport des éléments fins et des adjuvants lors du malaxage pour une meilleure hydratation des composants et une action uniformément répartie des adjuvants et, par conséquent, pour une meilleure homogénéité du mortier.
Les essais de convenance réalisés par les inventeurs ont permis de définir une plage de dosage en eau sans trace d'exsudation, ni de ségrégation sans impact sur la maniabilité attendue quelle que soit la température de mise en œuvre du mortier. Cette plage de dosage est telle que le rapport massique Eau/Ciment, désigné E/C, est compris entre 0,35 et 0,45, notamment de l'ordre de 0,4 i.e. 0,4 ± 0,02, voire 0,4 ± 0,01.
Dans une forme de mise en œuvre particulière, la composition de mortier selon l'invention est constituée :
- de 50 à 60% et, notamment, de 53 à 57% de sable siliceux,
- de 20 à 30% et, notamment, de 22 à 28% de ciment, - de 5 à 10% et, notamment, de 6 à 8% d'un fi I le r calcaire,
- de 1 à 2% et, notamment, de 1,2 à 1,8% de fumée de silice,
- de 0,2 à 0,6 et, notamment, de 0,3 à 0,5% d'un plastifiant réducteur d'eau,
- de 0,05 à 0,3 et, notamment, de 0,1 à 0,25% d'un agent de viscosité et - de 8 à 12% et, notamment de 9 à 11% d'eau,
les pourcentages donnés étant des % massiques exprimés par rapport à la masse totale de la composition.
Dans une forme de mise en œuvre plus particulière, la composition de mortier est constituée :
- de 32 à 34%, notamment de 32,3 à 33,7% et, en particulier, 32,99% d'un sable siliceux dont les dimensions des granulats se situent dans la plage de 0,63 mm à 3 mm,
- de 21 à 23%, notamment de 21,6 à 22,7% et, en particulier, 22,13% d'un sable siliceux dont les dimensions des granulats se situent dans la plage de 0,16 mm à
1,25 mm,
- de 24 à 27%, notamment de 25 à 25,7% et, en pa rticulier, 25,38% de ciment
CEM V,
- de 6,5 à 7,8%, notamment de 7 à 7,4% et, en particulier, 7,20% d'un filler calcaire,
- de 1,4 à 1,7%, notamment de 1,5 à 1,6% et, en particulier, 1,56% de fumée de silice,
- de 0,4 à 0,45%, notamment 0,42 à 0,44% et, en particulier, 0,43% d'un plastifiant réducteur d'eau,
- de 0,12 à 0,2%, notamment de 0,15 à 0,17% et, en particulier, 0,16% d'un agent de viscosité, et
- de 9,5 à 10,5%, notamment de 9,8 à 10,3% et, en particulier, 10,15% d'eau, les pourcentages donnés étant des % massiques exprimés par rapport à la masse totale de la composition. La partie expérimentale ci-après présente une formulation plus particulière encore de la composition selon la présente invention.
La présente invention concerne un procédé de préparation d'une composition de mortier telle que précédemment définie.
Ce procédé comprend les étapes consistant à :
a) préparer un 1er mélange comprenant un sable siliceux notamment tel que précédemment défini, le ciment notamment tel que précédemment défini, la fumée de silice notamment telle que précédemment définie, le filler calcaire notamment tel que précédemment défini et l'eau notamment telle que précédemment définie ;
b) malaxer le mélange obtenu à l'étape (a) ;
c) ajouter au mélange malaxé obtenu à l'étape (b) l'agent de viscosité notamment tel que précédemment défini ;
d) malaxer le mélange obtenu à l'étape (c) ;
e) ajouter au mélange malaxé obtenu à l'étape (d) le plastifiant réducteur d'eau notamment tel que précédemment défini et
f) malaxer le mélange obtenu suite à l'étape (e).
Lors de l'étape (a) du procédé selon l'invention, les éléments mis en œuvre se présentent sous forme de poudre ou sous forme liquide (eau mise en œuvre à l'étape (a)). Ces éléments sont avantageusement ajoutés les uns après les autres.
Le mélange de l'étape (b) est obtenu en mélangeant/malaxant tous ces éléments ensemble à l'aide d'un malaxeur à train valseur à une vitesse comprise entre 20 et 26 tours/min pour le bras principal et entre 87 et 127 tours/min pour le bras secondaire. Ce mélange/malaxage peut durer entre 30 sec et 10 min, notamment entre 45 sec et 5 min et, en particulier, de l'ordre de 1 min (i.e. 1 min ± 10 sec).
Lors de l'étape (c) du procédé, l'agent de viscosité est ajouté.
Le mélange de l'étape (d) est obtenu en mélangeant/malaxant tous ces éléments ensemble à l'aide d'un malaxeur à train valseur à une vitesse comprise entre 20 et 26 tours/min pour le bras principal et entre 87 et 127 tours/min pour le bras secondaire. Ce mélange/malaxage peut durer entre 30 sec et 10 min, notamment entre 45 sec et 5 min et, en particulier, de l'ordre de 1 min (i.e. 1 min ± 10 sec).
Lors de l'étape (e) du procédé, le plastifiant réducteur d'eau est ajouté. Le mélange de l'étape (f) est obtenu en mélangeant/malaxant tous ces éléments ensemble à l'aide d'un malaxeur à train valseur à une vitesse comprise entre 20 et 26 tours/min pour le bras principal et entre 87 et 127 tours/min pour le bras secondaire. Ce mélange/malaxage peut durer entre 60 sec et 15 min, notamment entre 90 sec et 10 min et, en particulier, de l'ordre de 2 min (i.e. 2 min ± 15 sec).
Les différentes étapes de l'une quelconque des variantes du procédé selon l'invention sont réalisées à une température comprise entre 5 et 35°C.
La présente invention concerne en outre l'utilisation d'un mortier de composition telle que précédemment définie ou susceptible d'être préparée par le procédé tel que précédemment défini, pour confiner des déchets. Ces déchets sont notamment des déchets de faible et moyenne activité à vie courte tels que précédemment définis.
Cette utilisation consiste à enrober ou à piéger ces déchets dans un mortier frais de composition telle que précédemment définie ou susceptible d'être préparée par le procédé tel que précédemment défini. Par « mortier frais », on entend un mortier présentant une plasticité permettant un tel enrobage ou piégeage. La notion de mortier frais s'oppose à celle d'un mortier durci.
Les caractéristiques du mortier selon la présente invention permettent de ne pas devoir mettre en œuvre une quelconque vibration lors de confinement. Toutefois, une légère vibration peut être appliquée dans le cas où existe un risque d'emprisonnement de bulles d'air dans le colis de déchets. Dans tous les cas, cette vibration ne devrait pas excéder 10 sec pour se prémunir de tout risque d'exsudation du mortier frais.
La présente invention concerne également un colis de déchets confinés dans un mortier de composition telle que précédemment définie ou susceptible d'être préparée par le procédé tel que précédemment défini et conditionnés dans des fûts ou caissons notamment des fûts ou des caissons métalliques ou en béton. Selon cet aspect, le mortier de l'invention forme une enveloppe confinante entourant les déchets et notamment des déchets de faible et moyenne activité à vie courte tels que précédemment définis.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous donnés à titre illustratif et non limitatif.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
I. Procédé de préparation d'un mortier selon la présente invention.
La fabrication de la gâchée industrielle a été réalisée en moins de 15 min comme suit :
- introduction du sable siliceux 3/0,63 (Sable VX 3000, FULCHIRON) : 760 kg,
- introduction du sable siliceux 1,25/0,16 (Sable VX 1200 ; FULCHIRON) :
510 kg,
- introduction du ciment CEM V (Ciment de type CLC 32,5 ; CALCIA) : 584 kg,
- introduction de la fumée de silice densifiée (Condensil S95) : 36 kg, - introduction du filler calcaire (Calgar 40, Provençale SA) : 166 kg,
- introduction de l'eau : 233 kg,
- malaxage 1 min,
- introduction de l'agent de viscosité (CHRYSO®Plast V70) : 3,72 kg,
- malaxage 1 min,
- introduction du plastifiant réducteur d'eau (CHRYSO®Fluid Optima 100) :
9,99 kg,
- malaxage 2 min,
- arrêt du malaxage et vidange dans un camion toupie. II. Caractérisation du mortier selon la présente invention.
L'essai de caractérisation a été réalisé à partir de l'outil industriel, à savoir, le malaxeur de la centrale à béton conçu pour réaliser des gâchées d'un mètre cube da ns l'industrie de béton. Lors de la réalisation de cet essai, plus de 80 éprouvettes (éprouvettes de 11 cm de diamètre et de 22 cm de hauteur, ci-après désignées éprouvettes normalisées) ont été confectionnées pour caractériser à partir d'une même gâchée et par un laboratoire accrédité les performances du mortier selon l'invention.
Durant toute la durée de l'essai, le mortier a été maintenu brassé dans le camion toupie pendant plus de 6 heures à vitesse lente.
L'aptitude du mortier à être injecté est vérifiée par la mesure du temps de passage d'un litre de mortier au travers du cône de Marsh avec ajutage de 12,5 mm. Le temps de passage doit se situer dans la fourchette comprise entre 50 et 120 sec. A l'issue des 6 heures de brassage, la maniabilité mesurée au cône de Marsh était de 92 sec et donc se situait toujours dans la plage recherchée.
Lors de l'essai de caractérisation, une éprouvette de 340 cm de haut et de diamètre 9 cm a été remplie du mortier selon la présente invention. Aucune trace d'exsudation n'est apparue. Le retrait total à 28 jours d'âge est inférieur à 2 m m sur la hauteur de l'éprouvette. L'éprouvette a ensuite été découpée en 3 tronçons de manière longitudinale en partie basse, médiane et haute. L'examen des trois découpes montre une répartition du squelette granulaire homogène (absence de ségrégation), chaque tronçon a une masse volumique apparente supérieure à 2310 kg/m3. III. Résumé des caractéristiques spécifiques du mortier selon l'invention.
MORTIER : avec caractéristiques mécaniques de béton
HAUTE PERFORMANCE : grâce à ses caractéristiques mécaniques avec une résistance à la compression supérieure à 50 M Pa à 28 jours. En effet, les mesures de la résistance à la compression sur gâchée industrielle réalisée sur des éprouvettes normalisées conservées à température ambiante sous eau, selon la norme NF EN 12390-3 (résistance à la compression des éprouvettes) sont de 84,5 M Pa à 28 jours et de 105,8 M Pa à 90 jours.
FACILITÉ DE FABRICATION : durée de fabrication avec outil industriel inférieure à 15 min.
La fabrication du mortier est aussi facilement réalisable à partir de charges sèches pré-dosées.
FACILITÉ DE MISE EN ŒUVRE : Auto-plaçant
La vibration du mortier n'est pas obligatoire pour sa mise en place.
SOUPLESSE D'UTILISATION :
Le mortier est injectable dans les 5 heures après fabrication en form ulation sèche comme humide, à température basse comme haute et aux limites de tolérance de dosage.
COMPACT :
La densité mesurée à partir des éprouvettes normalisées est de 2,4 à 48 h et de 2,32 à 28 jours
ADAPTÉ À LA FABRICATION DE COLIS PRÉ BÉTONNÉ :
Le mortier reste stable y compris pour des injections de grande hauteur (essais de caractérisation sur éprouvette de 340 cm de hauteur)
FAIBLE RETRAIT :
Le mortier présente un retrait de 370 μιη/ιη mesuré conformément à la norme NF P15-433 de Février 1994. FAIBLE PERMÉABILITÉ AUX GAZ :
La perméabilité apparente aux gaz est mesurée sur éprouvettes de mortier normalisées, conservées dans l'eau en laboratoire, après séchage à 105°C ± 5°C jusqu'à masse constante. Un gaz sous pression déterminée percole à travers les éprouvettes, son débit est mesuré et on détermine le coefficient de perméabilité en se basant sur la loi de Poiseuille. Le coefficient ainsi obtenu est de 73.10 18 m2.
FAIBLE POROSITÉ :
La porosité accessible à l'eau correspond au rapport des volumes de vide accessible à l'eau et du volume apparent du mortier. Elle est mesurée par pesée hydrostatique sur éprouvettes de mortier conservées dans l'eau au laboratoire (masse saturée immergée), sur éprouvettes de mortier saturées en eau non immergées (masse saturée) et sur éprouvettes séchées à 105°C ± 5°C jusqu'à masse constante (masse sèche). La porosité accessible à l'eau ainsi obtenue est de 9,4%.
NON RÉACTIF AUX ALCALIS :
Cette caractéristique est notamment liée à l'utilisation de sables non réactifs à l'alcali-réaction.
FAIBLE DIFFUSION ION CHLORURES :
La valeur expérimentale moyenne du coefficient de diffusion apparent des chlorures sous champ électrique selon la méthode de Tang Luping et Lars-Olof Nilsson, 1993 (Materials Journal, vol. 89, pages 49-53) est de 0,13 10 12 m2/s.
INSENSIBLE AUX CYCLES GEL/DEGEL :
Après 100 cycles de gel (à -18°C +/- 2°C) et de dégel (à +9°C +/- 3°C), aucune variation quant à la masse, à la fréquence de résonance et à la longueur du mortier selon l'invention n'a été observée. FAIBLE COEFFICIENT DE DIFFUSION A L'EAU TRITIÉE :
Le coefficient de diffusion à l'eau tritiée est mesuré sur des éprouvettes de mortiers normalisées, placées, de façon étanche, entre un 1er compartiment contenant de l'eau tritiée et un 2nd contenant de l'eau initialement non tritiée. L'activité de tritium détectée dans le 2nd compartiment est suivie en fonction du temps jusqu'à l'apparition d'un flux de matière constant. Le coefficient de diffusion effectif de l'eau tritiée évalué par application de la loi de Fick est inférieur à 1.10 13 m2/s.
TENUE À L'IRRADIATION GAMMA :
Le mortier selon la présente invention a été soumis à 8.105 Gray sous 300
Gray/h. Après cette irradiation, ont été observées :
- une variation dimensionnelle inférieure à 500 μιη/m,
- une vitesse du son similaire,
- une faible variation de la fréquence de résonance fondamentale, -une absence d'impact sur les performances mécaniques,
- une absence de modification de la microstructure du mortier après examen au microscope électronique à balayage.

Claims

REVENDICATIONS
1) Composition de mortier pour le confinement des déchets, constituée par : - du sable siliceux,
- du ciment,
- un filler calcaire,
- de la fumée de silice,
- un agent de viscosité, augmentant la viscosité du mortier,
- un plastifiant réducteur d'eau et
- de l'eau,
ledit sable siliceux se présentant sous forme de deux sables siliceux de granulométries différentes. 2) Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit sable siliceux est constitué :
- d'un 1er sable siliceux dont les dimensions des granulats se situent dans la plage de 0,63 mm à 3 mm, et
- d'un 2nd sable siliceux dont les dimensions des granulats se situent dans la plage de 0,16 mm à 1,25 mm.
3) Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit filler calcaire présente une dimension moyenne des grains comprise entre 5 et 20 μιη, notamment entre 10 et 15 μιη, et, en particulier, de l'ordre de 12 μιη.
4) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite fumée de silice est une poudre dont la granulométrie est au moins 2 fois inférieure, notamment au moins 5 fois inférieure et, en particulier, 10 fois inférieure à celle du ciment utilisé dans ladite composition. 5) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite fumée de silice est une fumée de silice densifiée.
6) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit ciment est un ciment composé ternaire composé de clinker, de laitiers de haut fourneau et de cendres volantes et, avantageusement, un CEM V.
7) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit agent de viscosité est une solution aqueuse à base de polyalcools modifiés.
8) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit plastifiant réducteur d'eau est un superplastifiant et, notamment, une solution aqueuse à base de phosphonate modifié.
9) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rapport massique Eau/Ciment, désigné E/C, est compris entre 0,35 et 0,45, notamment de l'ordre de 0,4. 10) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est constituée :
- de 50 à 60% et, notamment, de 53 à 57% de sable siliceux,
- de 20 à 30% et, notamment, de 22 à 28% de ciment,
- de 5 à 10% et, notamment, de 6 à 8% d'un fi I le r calcaire,
- de 1 à 2% et, notamment, de 1,2 à 1,8% de fumée de silice,
- de 0,2 à 0,6 et, notamment, de 0,3 à 0,5% d'un plastifiant réducteur d'eau,
- de 0,05 à 0,3 et, notamment, de 0,1 à 0,25% d'un agent de viscosité et
- de 8 à 12% et, notamment de 9 à 11% d'eau,
les pourcentages donnés étant des % massiques exprimés par rapport à la masse totale de la composition. 11) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est constituée :
- de 32 à 34%, notamment de 32,3 à 33,7% et, en particulier, 32,99% d'un sable siliceux dont les dimensions des granulats se situent dans la plage de 0,63 mm à
3 mm,
- de 21 à 23%, notamment de 21,6 à 22,7% et, en particulier, 22,13% d'un sable siliceux dont les dimensions des granulats se situent dans la plage de 0,16 mm à 1,25 mm,
- de 24 à 27%, notamment de 25 à 25,7% et, en particulier, 25,38% de ciment
CEM V,
- de 6,5 à 7,8%, notamment de 7 à 7,4% et, en particulier, 7,20% d'un filler calcaire,
- de 1,4 à 1,7%, notamment de 1,5 à 1,6% et, en particulier, 1,56% de fumée de silice,
- de 0,4 à 0,45%, notamment 0,42 à 0,44% et, en particulier, 0,43% d'un plastifiant réducteur d'eau,
- de 0,12 à 0,2%, notamment de 0,15 à 0,17% et, en particulier, 0,16% d'un agent de viscosité, et
- de 9,5 à 10,5%, notamment de 9,8 à 10,3% et, en particulier, 10,15% d'eau, les pourcentages donnés étant des % massiques exprimés par rapport à la masse totale de la composition.
12) Procédé de préparation d'une composition de mortier telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant les étapes consistant à :
a) préparer un 1er mélange comprenant un sable siliceux, le ciment, la fumée de silice, le filler calcaire et l'eau ;
b) malaxer le mélange obtenu à l'étape (a) ;
c) ajouter au mélange malaxé obtenu à l'étape (b) l'agent de viscosité ;
d) malaxer le mélange obtenu à l'étape (c) ; e) ajouter au mélange malaxé obtenu à l'étape (d) le plastifiant réducteur d'eau et
f) malaxer le mélange obtenu suite à l'étape (e).
13) Utilisation d'un mortier de composition telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 11 ou susceptible d'être préparée par le procédé tel que défini à la revendication 12, pour confiner des déchets.
14) Colis de déchets confinés dans un mortier de composition telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 11 ou susceptible d'être préparée par le procédé tel que défini à la revendication 12 et conditionnés dans des fûts ou caissons.
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