FR2778652A1 - Cement material comprising hydrated calcium silicate with lithium used for e.g. the retention of cations, for nuclear waste storage containing e.g. cesium, for improving the mechanical strength of material in civil engineering - Google Patents

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Abstract

A cement material comprises at least a hydrated calcium silicate substituted by lithium, the substituted silicate having a mol ratio Ca:Si of 0.3-1.7 and a mol ratio Li:Si of 0.01-1. Independent claims are also included for: (1) a process for making the above cement material; (2) a waste storage process comprising using the above cement material as a barrier for isolating the waste from the environment; (3) retention of water soluble cations by contacting this solution with the above cement material; and (4) process for improving the mechanical strength of a cementitious material.

Description

MATERIAU CIMENTAIRE CONTENANT DU LITHIUM A PROPRIETESCEMENT MATERIAL CONTAINING LITHIUM PROPERTIES

MECANIQUES AMELIOREES, UTILISABLE POUR LA RETENTION DES  IMPROVED MECHANICS FOR USE IN THE RETENTION OF

CATIONS, ET PROCEDES POUR SA FABRICATION.  CATIONS, AND METHODS FOR THE PRODUCTION THEREOF.

DESCRIPTIONDESCRIPTION

Domaine technique L'invention concerne un nouveau matériau cimentaire qui présente, d'une part, la propriété de pouvoir adsorber des cations solubles dans l'eau, en particulier le césium, et d'autre part, des propriétés mécaniques améliorées. Ce matériau peut être utilisé pour la rétention de cations, notamment pour le  Technical Field The invention relates to a new cementitious material which has, on the one hand, the property of being able to adsorb water-soluble cations, in particular cesium, and on the other hand, improved mechanical properties. This material can be used for the retention of cations, in particular for the

stockage des déchets nucléaires.nuclear waste storage.

Il peut être utilisé également dans d'autres domaines o l'on recherche une fixation des cations et/ou de bonnes propriétés mécaniques, en  It can also be used in other fields where a fixation of the cations and / or good mechanical properties is sought, in

particulier dans le génie civil.particularly in civil engineering.

Etat de la technique antérieure Les matériaux cimentaires sont utilisés dans le génie civil pour leurs propriétés de " collage ", permettant d'assurer la cohésion mécanique des pièces composant un ouvrage de génie civil. Le ciment principalement utilisé est le ciment Portland, qui hydraté, est constitué principalement de silicates de calcium hydratés qui confèrent au ciment hydraté ses  State of the prior art Cementary materials are used in civil engineering for their "bonding" properties, making it possible to ensure the mechanical cohesion of the parts making up a civil engineering structure. The cement mainly used is Portland cement, which hydrated, consists mainly of hydrated calcium silicates which give hydrated cement its

propriétés d'assemblage et de collage.  assembly and bonding properties.

Les matériaux cimentaires sont utilisés également dans le cadre du stockage des déchets nucléaires comme matrice d'enrobage des déchets de  Cementitious materials are also used in the context of nuclear waste storage as a coating matrix for nuclear waste.

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faible activité et de moyenne activité. Ils sont utilisés aussi comme barrière ouvragée dans les sites de stockage des déchets de faible activité et dans les sites d'entreposage des déchets de moyenne et de haute activité, ainsi que dans les éventuels sites de  low activity and medium activity. They are also used as an engineered barrier in low-level waste storage sites and in medium and high-level waste storage sites, as well as in possible disposal sites.

stockage profond.deep storage.

Le matériau cimentaire utilisé principalement pour ces stockages est également le ciment Portland, qui hydraté, est constitué  The cementitious material used mainly for these storage is also Portland cement, which hydrates, is made up

principalement de silicates de calcium hydratés.  mainly hydrated calcium silicates.

Dans un ciment Portland hydraté, la structure moléculaire des silicates de calcium hydratés présente certaines analogies avec une structure  In hydrated Portland cement, the molecular structure of hydrated calcium silicates presents certain analogies with a structure

argileuse de type smectite.smectite clayey.

La figure 1 représente schématiquement un feuillet de la structure d'un silicate de calcium hydraté de ce type qui est constitué d'un empilement de  FIG. 1 schematically represents a sheet of the structure of a hydrated calcium silicate of this type which consists of a stack of

plusieurs feuillets.several sheets.

Sur cette figure, on voit que le feuillet comprend deux couches tétraédriques (Te) constituées par des chaines de tétraèdres de SiO2 de longueurs variables et non des plans comme dans une smectite, entre lesquelles est disposée une couche octaédrique  In this figure, we see that the sheet includes two tetrahedral layers (Te) constituted by chains of SiO2 tetrahedra of variable lengths and not planes as in a smectite, between which is placed an octahedral layer

(Oc) constituée par le plan CaO.(Oc) formed by the CaO plane.

La figure 2 illustre le spectre de résonance magnétique nucléaire du silicium à l'angle magique de ces silicates de calcium hydratés. Elle permet la détermination de la longueur des chaînes qui sont constituées de tétraèdres Si[Q2], Si[Q2L] et Si[Q1]  Figure 2 illustrates the nuclear magnetic resonance spectrum of silicon at the magic angle of these hydrated calcium silicates. It allows the determination of the length of the chains which consist of tetrahedra Si [Q2], Si [Q2L] and Si [Q1]

référencés sur la figure 1.referenced in Figure 1.

Les propriétés mécaniques conférées par les silicates de calcium hydratés seraient liées aux  The mechanical properties conferred by hydrated calcium silicates are linked to

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charges de l'interfeuillet des silicates de calcium hydratés. Contrairement à l'argile, les silicates de calcium hydratés ne possèdent pas de déficit de charge " structurel " lié à des substitutions cationiques dans le plan CaO ou dans les couches de tétraèdres de silicium (Te). Cette absence de substitutions cationiques empêche l'adsorption spécifique des cations solubles par les silicates de calcium hydratés, ce qui ne permet pas d'assurer une bonne rétention des cations lorsqu'on utilise ces ciments pour le stockage de déchets radioactifs D'autres matrices d'enrobage de déchets telles que le verre et les céramiques, ont également été utilisées pour confiner des radionucléides, mais l'emploi de tels matériaux conduit à des coûts très  interlayer charges of hydrated calcium silicates. Unlike clay, hydrated calcium silicates do not have a "structural" charge deficit linked to cationic substitutions in the CaO plane or in the layers of silicon tetrahedra (Te). This absence of cationic substitutions prevents the specific adsorption of soluble cations by hydrated calcium silicates, which does not allow good cation retention when these cements are used for the storage of radioactive waste. coating of waste such as glass and ceramics has also been used to confine radionuclides, but the use of such materials leads to very low costs

désavantageux par rapport au ciment.  disadvantageous compared to cement.

L'argile est connue pour ses propriétés d'adsorption des cations solubles mais elle peut difficilement remplacer le ciment pour la réalisation d'une barrière ouvragée. Par ailleurs, si le déchet est lui- même cimenté, cette solution présentera un risque d'incompatibilité chimique entre le déchet cimenté et la barrière d'argile. De plus, il est très souvent souhaitable d'utiliser le béton nécessaire à la construction du site de stockage comme barrière de confinement. Cependant, les bétons et matériaux cimentaires utilisés actuellement ne présentent pas la propriété d'adsorber spécifiquement des cations  Clay is known for its adsorption properties for soluble cations, but it can hardly replace cement for the creation of an engineered barrier. Furthermore, if the waste is itself cemented, this solution will present a risk of chemical incompatibility between the cemented waste and the clay barrier. In addition, it is very often desirable to use the concrete necessary for the construction of the storage site as a containment barrier. However, the concrete and cementitious materials currently used do not have the property of specifically adsorbing cations

solubles tels que le césium.soluble such as cesium.

Pour augmenter la résistance mécanique des matériaux cimentaires à base de silicates de calcium  To increase the mechanical resistance of cementitious materials based on calcium silicates

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hydratés, les entreprises de travaux publics obtiennent, actuellement, des gains de résistance  hydrated, public works companies are currently gaining strength

mécanique en diminuant la porosité de ces matériaux.  mechanical by reducing the porosity of these materials.

Cette diminution est obtenue en réduisant les quantités d'eau du mélange eau-ciment (permettant d'obtenir les silicates de calcium hydratés), ou encore par des ajouts de fumée de silice ou de granulats. On peut également améliorer la dispersion des mélanges initiaux ou encore jouer sur la pression et la température lors  This reduction is obtained by reducing the quantities of water in the water-cement mixture (making it possible to obtain hydrated calcium silicates), or even by adding silica smoke or aggregates. We can also improve the dispersion of the initial mixtures or play on the pressure and the temperature

du durcissement.hardening.

La présente invention a précisément pour objet un nouveau matériau cimentaire qui grâce à sa composition présente une résistance mécanique améliorée et la propriété intéressante d'adsorber des cations. De ce fait, le matériau peut être utilisé pour le stockage de déchets, notamment de déchets radioactifs contenant  The present invention specifically relates to a new cementitious material which, thanks to its composition, has improved mechanical strength and the advantageous property of adsorbing cations. Therefore, the material can be used for the storage of waste, in particular radioactive waste containing

du césium, et pour la rétention de cations solubles.  cesium, and for the retention of soluble cations.

Il peut également être utilisé dans la construction d'ouvrage en génie civil pour augmenter la  It can also be used in the construction of civil engineering works to increase the

résistance mécanique des bétons.mechanical resistance of concrete.

Exposé de l'invention Selon l'invention, le matériau cimentaire comprend au moins un silicate de calcium hydraté substitué par du lithium, ledit silicate substitué ayant un rapport molaire Ca: Si de 0,3 à 1,7 et un  Disclosure of the invention According to the invention, the cementitious material comprises at least one hydrated calcium silicate substituted with lithium, said substituted silicate having a Ca: Si molar ratio of 0.3 to 1.7 and a

rapport molaire Li: Si de 0,01 à 1.  Li: Si molar ratio of 0.01 to 1.

Dans ce matériau, la substitution des ions Ca2' du silicate de calcium hydraté par des ions Li+ permet de créer un déficit de charge structurel, analogue à celui observé dans une argile de type smectite. Ce déficit est compensé par des ions lithium  In this material, the substitution of the Ca2 ′ ions of the hydrated calcium silicate by Li + ions makes it possible to create a deficit in structural charge, analogous to that observed in a smectite-type clay. This deficit is compensated by lithium ions

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qui peuvent s'échanger très facilement avec d'autres  who can trade very easily with others

cations, et en particulier du césium.  cations, and in particular cesium.

Ainsi, ce nouveau matériau possède une charge de surface modifiée du fait de la substitution partielle de Ca par Li modifiant la nature des forces mises en jeu entre chaque particule de silicate de calcium hydraté. Cette modification est à l'origine de l'augmentation de la résistance mécanique du matériau  Thus, this new material has a modified surface charge due to the partial substitution of Ca by Li modifying the nature of the forces brought into play between each particle of hydrated calcium silicate. This modification is at the origin of the increase in the mechanical resistance of the material

cimentaire contenant du lithium.cement containing lithium.

De préférence, dans ce matériau, le rapport molaire Ca: Si dudit silicate de calcium hydraté est de 0,6 à 1,7, et le rapport molaire Li: Si dudit  Preferably, in this material, the Ca: Si molar ratio of said hydrated calcium silicate is 0.6 to 1.7, and the Li: Si molar ratio of said

silicate de calcium hydraté est de 0,01 à 0,75.  hydrated calcium silicate is 0.01 to 0.75.

Un tel taux de substitution du calcium par du lithium permet d'obtenir les propriétés intéressantes d'échange de cations décrites ci-dessus,  Such a substitution rate of calcium with lithium makes it possible to obtain the advantageous cation exchange properties described above,

ainsi qu'une amélioration de la résistance mécanique.  as well as an improvement in mechanical strength.

L'utilisation de métaux alcalins, en particulier du sodium, dans des ciments a déjà été envisagée pour activer leur hydratation, comme il est décrit dans " Avances in Cement Research, 1995, 7, n 27, pages 93-102 [1]. Cependant, les quantités ajoutées dans ce cas sont très faibles et ne permettent pas d'obtenir des silicates de calcium hydratés  The use of alkali metals, in particular sodium, in cements has already been envisaged to activate their hydration, as described in "Avances in Cement Research, 1995, 7, n 27, pages 93-102 [1]. However, the amounts added in this case are very small and do not make it possible to obtain hydrated calcium silicates

substitués comme dans l'invention.substituted as in the invention.

Selon l'invention, le matériau cimentaire peut comprendre en outre d'autres constituants tels que ceux qui sont habituellement présents dans les ciments durcis. Ces constituants peuvent être choisis par  According to the invention, the cementitious material can also comprise other constituents such as those which are usually present in hardened cements. These constituents can be chosen by

exemple parmi les aluminates de calcium, les ferro-  example among calcium aluminates, ferro-

aluminates de calcium, la silice, les carboaluminates, la calcite, tous les hydrates pouvant précipiter dans  calcium aluminates, silica, carboaluminates, calcite, all hydrates which can precipitate in

un ciment, et leurs mélanges.a cement, and their mixtures.

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Le matériau cimentaire de l'invention peut être obtenu à partir d'un matériau cimentaire comprenant au moins un silicate de calcium hydraté, en soumettant celui-ci à un traitement complémentaire de substitution d'une partie des atomes de calcium par des  The cementitious material of the invention can be obtained from a cementitious material comprising at least one hydrated calcium silicate, by subjecting it to a complementary treatment of substitution of part of the calcium atoms by

atomes de lithium.lithium atoms.

Aussi, selon un premier mode de réalisation, le procédé de préparation du matériau cimentaire de l'invention consiste à mettre en contact un matériau cimentaire à base de silicate de calcium hydraté avec une solution aqueuse d'hydroxyde ou de sel de lithium pour substituer une partie des atomes de calcium du silicate de calcium hydraté par des atomes de lithium, la concentration en lithium de la solution aqueuse étant telle qu'elle corresponde à un rapport  Also, according to a first embodiment, the method for preparing the cementitious material of the invention consists in bringing a cementitious material based on hydrated calcium silicate into contact with an aqueous solution of hydroxide or of lithium salt to replace a part of the calcium atoms of the calcium silicate hydrated by lithium atoms, the concentration of lithium in the aqueous solution being such that it corresponds to a ratio

molaire Li: Si d'au moins 0,01.molar Li: If at least 0.01.

Ce mode de réalisation est facile à mettre en oeuvre puisqu'il suffit d'effectuer un traitement  This embodiment is easy to implement since it suffices to carry out a treatment

complémentaire sur un matériau cimentaire existant.  complementary on an existing cementitious material.

Généralement, la solution aqueuse d'hydroxyde ou de sel  Generally, the aqueous hydroxide or salt solution

de lithium a une concentration en lithium de 0,5 mol/l.  of lithium has a lithium concentration of 0.5 mol / l.

Dans ce mode de réalisation, on peut utiliser tout matériau cimentaire hydraté préparé à partir de n'importe quel ciment capable de former des  In this embodiment, it is possible to use any hydrated cementitious material prepared from any cement capable of forming

silicates de calcium hydratés lors de son durcissement.  calcium silicates hydrated during hardening.

A titre d'exemple, il peut s'agir de ciment Portland, de laitier de haut fourneau, de fumée de silice, de matériau pouzzolanique, de cendres volantes et de leurs mélanges. De préférence, on utilise tout matériau  For example, it can be Portland cement, blast furnace slag, silica smoke, pozzolanic material, fly ash and mixtures thereof. Preferably, any material is used

cimentaire hydraté à base de ciment Portland.  hydrated cement based on Portland cement.

Le sel de lithium susceptible d'être utilisé pour ce traitement est un sel de lithium  The lithium salt which can be used for this treatment is a lithium salt

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soluble dans l'eau, en particulier un sel d'acide minéral tel qu'un halogénure (fluorure, chlorure, bromure et iodure), un nitrate, un sulfate, un carbonate ou encore un silicate. Il peut également s'agir d'un sel organique. De préférence, on utilise le chlorure de lithium. Le matériau cimentaire de départ peut être obtenu à partir d'une composition comprenant en plus du ciment un ou plusieurs additifs tels que la fumée de silice (SiO2 amorphe), des cendres volantes, des charges inertes telles que du sable, des granulats calcaires ou siliceux, ou des additifs permettant d'adapter les propriétés du matériau cimentaire obtenu, ainsi que des agents fluidifiants et des agents  soluble in water, in particular a mineral acid salt such as a halide (fluoride, chloride, bromide and iodide), a nitrate, a sulfate, a carbonate or even a silicate. It can also be an organic salt. Preferably, lithium chloride is used. The starting cementitious material can be obtained from a composition comprising, in addition to the cement, one or more additives such as silica smoke (amorphous SiO2), fly ash, inert fillers such as sand, limestone aggregates or siliceous, or additives to adapt the properties of the cementitious material obtained, as well as thinning agents and agents

retardateurs de prise.setting retarders.

Dans ce cas, le matériau cimentaire de départ peut être obtenu par addition de la composition à une solution aqueuse, et durcissement du matériau  In this case, the starting cementitious material can be obtained by adding the composition to an aqueous solution, and hardening of the material.

cimentaire dans cette solution.cement in this solution.

Dans ce premier mode de réalisation, on peut aussi préparer le matériau cimentaire de départ à base de silicate de calcium hydraté, en mélangeant dans de l'eau des composés de calcium et de silicium en quantités telles que le rapport molaire Ca: Si soit  In this first embodiment, it is also possible to prepare the starting cementitious material based on hydrated calcium silicate, by mixing calcium and silicon compounds in water in amounts such as the Ca: Si molar ratio

supérieur ou égal à 0,3.greater than or equal to 0.3.

Pour cette préparation, on peut utiliser divers composés de calcium, par exemple l'oxyde de calcium CaO, l'hydroxyde de calcium, les silicates de calcium, tout composé à base de calcium pouvant  Various calcium compounds can be used for this preparation, for example calcium oxide CaO, calcium hydroxide, calcium silicates, any calcium-based compound which can

s'hydrater, et leurs mélanges.to hydrate, and their mixtures.

Le composé de silicium peut être choisi parmi la silice, la fumée de silice, les silicates de  The silicon compound can be chosen from silica, silica fume,

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calcium, tout composé de silicium pouvant s'hydrater,  calcium, any silicon compound that can hydrate,

et leurs mélanges.and their mixtures.

Pour cette préparation, il est important que les quantités de composés ajoutées dans la solution aqueuse soient telles que le rapport molaire Ca: Si soit au moins de 0,3, de préférence d'au moins  For this preparation, it is important that the amounts of compounds added to the aqueous solution are such that the Ca: Si molar ratio is at least 0.3, preferably at least

0,66 pour assurer la formation de silicate de calcium.  0.66 to ensure the formation of calcium silicate.

La quantité d'eau est variable et peut être  The amount of water is variable and can be

réglée de façon à obtenir une suspension ou une pâte.  adjusted so as to obtain a suspension or a paste.

On préfère obtenir une suspension et, dans ce cas, le rapport pondéral eau: (composés de Ca et Si) est supérieur à 1, de préférence supérieur à 20, par  It is preferable to obtain a suspension and, in this case, the water weight ratio: (compounds of Ca and Si) is greater than 1, preferably greater than 20, by

exemple de 50.example of 50.

Selon l'invention, le matériau cimentaire à base de silicate de calcium hydraté substitué par du lithium peut aussi être obtenu directement par coprécipitation à partir d'un mélange de composés de  According to the invention, the cementitious material based on hydrated calcium silicate substituted by lithium can also be obtained directly by coprecipitation from a mixture of compounds of

calcium, de silicium et de lithium.calcium, silicon and lithium.

Aussi, selon un second mode de réalisation, le procédé de préparation du matériau cimentaire comprend les étapes suivantes: - mélanger dans une solution aqueuse des composés de calcium, de silicium et de lithium en proportions telles que le rapport molaire Ca: Si dans la solution soit supérieur ou égal à 0,3 et que le rapport molaire Li: Si dans la solution soit supérieur ou égal à 0,01, et - durcir le matériau cimentaire dans cette  Also, according to a second embodiment, the process for preparing the cementitious material comprises the following steps: - mixing in an aqueous solution of calcium, silicon and lithium compounds in proportions such as the molar ratio Ca: Si in the solution is greater than or equal to 0.3 and that the molar ratio Li: If in the solution is greater than or equal to 0.01, and - harden the cementitious material in this

solution aqueuse ainsi obtenu.aqueous solution thus obtained.

Pour cette préparation, on peut utiliser les composés de calcium et de silicium mentionnés précédemment dans le cas de la préparation d'un  For this preparation, the calcium and silicon compounds mentioned above can be used in the case of the preparation of a

matériau cimentaire sans lithium.cementitious material without lithium.

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Le composé de lithium utilisé peut être de l'hydroxyde de lithium ou un sel de lithium tel que ceux mentionnés précédemment. On préfère le chlorure de lithium. Comme précédemment, il est important que les quantités de composés de calcium et de silicium soient telles que le rapport molaire Ca: Si soit d'au moins 0,3, de préférence d'au moins 0,66, pour assurer  The lithium compound used can be lithium hydroxide or a lithium salt such as those mentioned above. Lithium chloride is preferred. As before, it is important that the amounts of calcium and silicon compounds are such that the Ca: Si molar ratio is at least 0.3, preferably at least 0.66, to ensure

la formation de silicate de calcium.  the formation of calcium silicate.

De même, la quantité de composé de lithium doit être telle que le rapport Li: Si soit d'au moins 0,01. La quantité d'eau est variable et peut être  Likewise, the amount of lithium compound must be such that the Li: Si ratio is at least 0.01. The amount of water is variable and can be

réglée de façon à obtenir une suspension ou une pâte.  adjusted so as to obtain a suspension or a paste.

Dans le cas d'une suspension, le rapport pondéral eau: (composés de Ca, Si et Li) est de préférence supérieur à 20, par exemple 50. Dans le cas d'une pâte, le rapport pondéral eau: (composés de Ca, Si et Li)  In the case of a suspension, the water weight ratio: (compounds of Ca, Si and Li) is preferably greater than 20, for example 50. In the case of a paste, the water weight ratio: (compounds of Ca , Si and Li)

est inférieur à 1.is less than 1.

L'invention concerne également un procédé de stockage de déchets comprenant l'utilisation d'une barrière en matériau cimentaire décrit cidessus pour  The invention also relates to a waste storage method comprising the use of a barrier made of cementitious material described above for

isoler les déchets de l'environnement.  isolate environmental waste.

Les déchets sont, de préférence, des déchets contenant des cations solubles dans l'eau qui seraient susceptibles de migrer dans l'environnement  The waste is preferably waste containing water-soluble cations which are likely to migrate into the environment

par infiltration d'eau.by water infiltration.

A titre d'exemple de tels déchets, on peut  As an example of such waste, one can

citer les déchets radioactifs contenant du césium.  cite radioactive waste containing cesium.

Elle concerne encore un procédé de rétention de cations solubles dans l'eau tels que le césium, par mise en contact d'une solution aqueuse  It also relates to a process for retaining water-soluble cations such as cesium, by bringing an aqueous solution into contact

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desdits cations avec un matériau cimentaire conforme à l'invention. Elle concerne enfin un procédé pour améliorer la résistance mécanique d'un matériau cimentaire comprenant au moins un silicate de calcium hydraté, qui consiste à mettre en contact le matériau cimentaire avec une solution aqueuse de sel ou d'hydroxyde de lithium pour remplacer une partie des atomes de calcium du silicate de calcium par des atomes  said cations with a cementitious material according to the invention. Finally, it relates to a process for improving the mechanical strength of a cementitious material comprising at least one hydrated calcium silicate, which consists in bringing the cementitious material into contact with an aqueous solution of lithium salt or hydroxide to replace part of the calcium atoms of calcium silicate by atoms

de lithium.lithium.

Dans ce procédé, le matériau cimentaire de départ peut être un matériau obtenu à partir de ciment Portland, de laitier, de haut fourneau, de matériau  In this process, the starting cementitious material can be a material obtained from Portland cement, slag, blast furnace, material

pouzzolanique et/ou de cendres volantes.  pozzolanic and / or fly ash.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la  Other characteristics and advantages of the invention will appear better on reading the

description qui suit, donnée bien entendu à titre  description which follows, of course given as

illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.  illustrative and not limiting, with reference to the accompanying drawings.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

La figure 1 déjà décrite illustre la structure d'un silicate de calcium hydraté conforme à  FIG. 1 already described illustrates the structure of a hydrated calcium silicate in accordance with

l'art antérieur.prior art.

La figure 2 illustre le spectre de résonance magnétique nucléaire du silicium à l'angle  Figure 2 illustrates the nuclear magnetic resonance spectrum of silicon at the angle

magique, du silicate de calcium hydraté de la figure 1.  magic, hydrated calcium silicate of figure 1.

La figure 3 illustre le diffractogramme aux rayons X de silicates de calcium hydratés non  Figure 3 illustrates the X-ray diffractogram of non hydrated calcium silicates

substitués conformes à l'art antérieur.  substituted in accordance with the prior art.

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La figure 4 illustre le diffractogramme X de silicates de calcium hydratés substitués au  FIG. 4 illustrates the X-ray diffractogram of hydrated calcium silicates substituted for

lithium des exemples 1 à 4, conformes à l'invention.  lithium of Examples 1 to 4, in accordance with the invention.

Les figures 5 et 6 illustrent les spectres de résonance magnétique nucléaire du silicium à l'angle magique des silicates de calcium hydratés non substitués (figure 5) et substitués au lithium (figure  Figures 5 and 6 illustrate the nuclear magnetic resonance spectra of silicon at the magic angle of unsubstituted hydrated calcium silicates (Figure 5) and substituted with lithium (Figure

6) des exemples 1 à 4.6) examples 1 to 4.

La figure 7 illustre les spectres de résonance magnétique nucléaire statique du lithium des silicates de calcium hydratés substitués par du lithium  FIG. 7 illustrates the static nuclear magnetic resonance spectra of lithium of hydrated calcium silicates substituted by lithium

des exemples 1 à 4.examples 1 to 4.

La figure 8 illustre les deux raiesFigure 8 illustrates the two lines

identifiées dans chacun de ces spectres.  identified in each of these spectra.

La figure 9 illustre la structure des silicates de calcium hydratés substitués par du  FIG. 9 illustrates the structure of hydrated calcium silicates substituted with

lithium, conformes à l'invention.lithium, in accordance with the invention.

La figure 10 illustre les spectres de résonance magnétique nucléaire du silicium, à l'angle magique, des silicates de calcium hydratés non substitués par Li des exemples 13 et 14 et substitués  FIG. 10 illustrates the nuclear magnetic resonance spectra of silicon, at the magic angle, of hydrated calcium silicates unsubstituted by Li of examples 13 and 14 and substituted

par Li de l'exemple 15.by Li of Example 15.

Exposé détaillé des modes de réalisation Les exemples qui suivent illustrent la préparation et les propriétés mécaniques et de rétention de cations de matériaux cimentaires conformes  Detailed description of the embodiments The examples which follow illustrate the preparation and the mechanical and retention properties of cations of conforming cement materials.

à l'invention.to the invention.

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Exemple 1: Préparation d'un matériau cimentaire à base  Example 1: Preparation of a Cement Based Material

de silicate de calcium substitué par du lithium.  of calcium silicate substituted with lithium.

Dans cet exemple, on utilise le premier mode de réalisation du procédé de l'invention, soit la réalisation d'un traitement complémentaire de substitution par Li sur un matériau cimentaire déjà élaboré. On prépare tout d'abord un matériau cimentaire à partir d'oxyde de calcium CaO et de silice  In this example, the first embodiment of the process of the invention is used, that is to say the carrying out of a complementary substitution treatment with Li on a cementitious material already prepared. First a cementitious material is prepared from calcium oxide CaO and silica

SiO2 en opérant de la façon suivante.  SiO2 by operating as follows.

On introduit 1,8 g au total de CaO et SiO2 en proportions telles que le rapport molaire Ca: Si soit de 0,66, dans 90 ml d'eau, ce qui correspond à un rapport pondéral eau: (CaO + SiO2) de 50, et on laisse reposer l'ensemble pendant trois semaines. On obtient ainsi dans le milieu un matériau cimentaire à base de  A total of 1.8 g of CaO and SiO2 are introduced in proportions such that the Ca: Si molar ratio is 0.66, in 90 ml of water, which corresponds to a water weight ratio: (CaO + SiO2) of 50, and the whole is left to stand for three weeks. A cementitious material based on

silicate de calcium hydraté.hydrated calcium silicate.

On ajoute ensuite à ce milieu 1,89 g de chlorure de lithium et on laisse reposer de nouveau pendant trois semaines, à 25 C, en atmosphère azotée  Then added to this medium 1.89 g of lithium chloride and allowed to stand again for three weeks, at 25 ° C., in a nitrogen atmosphere

pour éviter la carbonatation.to avoid carbonation.

On obtient ainsi un matériau cimentaire  This gives a cementitious material

substitué au lithium.substituted for lithium.

Dans le tableau 1 annexé, on a indiqué le rapport molaire Ca/Si de départ et les rapports  In the appended Table 1, the starting Ca / Si molar ratio and the ratios are indicated.

molaires Ca: Si et Li: Si dans le produit obtenu.  Ca: Si and Li: Si molars in the product obtained.

Exemples 2 à 4.Examples 2 to 4.

On suit le même mode opératoire que dans l'exemple 1 pour préparer d'autres matériaux cimentaires ayant des rapports Ca: Si différents, en  The same procedure is followed as in Example 1 to prepare other cementitious materials having different Ca: Si ratios, in

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utilisant dans chaque cas 1,8 g de mélange de CaO et de SiO2 avec des rapports molaires différents, et la même  using in each case 1.8 g of mixture of CaO and SiO2 with different molar ratios, and the same

quantité de LiCl pour le traitement de substitution.  amount of LiCl for substitution treatment.

Les rapport molaires Ca: Si de départ et final et le rapport molaire Li: Si des matériaux cimentaires obtenus sont donnés également dans le  The Ca: Si starting and final molar ratios and the Li: Si molar ratio of cementitious materials obtained are also given in the

tableau 1.table 1.

Exemples comparatifs 1 à 4: préparation de matériaux cimentaires à base de silicate de calcium non substitué. Dans ces exemples, on suit le même mode opératoire que dans les exemples 1 à 4, mais on n'effectue pas le traitement de substitution au moyen  Comparative examples 1 to 4: preparation of cementitious materials based on unsubstituted calcium silicate. In these examples, the same procedure is followed as in Examples 1 to 4, but the substitution treatment is not carried out using

de chlorure de lithium.lithium chloride.

On obtient ainsi des matériaux cimentaires non substitués par du lithium ayant des rapports molaires Ca: Si de 0,66; 0,83; 1,2 et 1,7 comme  Cement materials unsubstituted by lithium are thus obtained having Ca: Si molar ratios of 0.66; 0.83; 1.2 and 1.7 as

dans les exemples 1 à 4.in examples 1 to 4.

On analyse les matériaux cimentaires obtenus dans les exemples 1 à 4 et dans les exemples comparatifs 1 à 4 par diffraction des rayons X et par résonance magnétique nucléaire du silicium à l'angle magique. La figure 3 illustre le diffractogramme X des silicates de calcium hydratés non substitués  The cementitious materials obtained in Examples 1 to 4 and in Comparative Examples 1 to 4 are analyzed by X-ray diffraction and by nuclear magnetic resonance of silicon at the magic angle. Figure 3 illustrates the X-ray diffractogram of unsubstituted hydrated calcium silicates

obtenus dans les exemples comparatifs 1 à 4.  obtained in Comparative Examples 1 to 4.

La figure 4 illustre les diffractogramme de rayons X des silicates de calcium hydratés substitués  Figure 4 illustrates the X-ray diffractograms of substituted hydrated calcium silicates

par du lithium obtenus dans les exemples 1 à 4.  with lithium obtained in Examples 1 to 4.

La comparaison des figures 3 et 4 montre que l'ajout de lithium n'a pas provoqué la  The comparison of Figures 3 and 4 shows that the addition of lithium did not cause the

précipitation de nouvelles phases cristallisées.  precipitation of new crystallized phases.

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La figure 5 illustre les spectres de résonance magnétique nucléaire du silicium à l'angle magique des silicates de calcium hydratés non substitués par du lithium obtenus dans les exemples comparatifs 1 à 4. La figure 6 illustre les spectres des produits similaires substitués par du lithium obtenus  FIG. 5 illustrates the nuclear magnetic resonance spectra of silicon at the magic angle of hydrated calcium silicates not substituted with lithium obtained in comparative examples 1 to 4. FIG. 6 illustrates the spectra of similar products substituted with lithium obtained

dans les exemples 1 à 4.in examples 1 to 4.

Si l'on compare les figures 5 et 6, on remarque que l'on trouve les mêmes sites Q1, Q2L et Q2 et en mêmes proportions dans les silicates substitués par Li et dans les silicates non substitués. Ceci indique que les couches tétraédriques sont identiques dans les produits substitués par du lithium et dans les  If we compare Figures 5 and 6, we note that we find the same sites Q1, Q2L and Q2 and in the same proportions in the silicates substituted by Li and in the unsubstituted silicates. This indicates that the tetrahedral layers are identical in the lithium substituted products and in the

produits non substitués.unsubstituted products.

Si l'on se reporte au tableau 1, on remarque que, lorsque le rapport molaire Ca: Si est de 0,66 au départ, on obtient un rapport molaire Ca: Si final de 0,579. Classiquement, ceci devrait correspondre à la coexistence d'un silicate de calcium  If we refer to Table 1, we note that when the Ca: Si molar ratio is 0.66 at the start, we obtain a final Ca: Si molar ratio of 0.579. Classically, this should correspond to the coexistence of a calcium silicate

hydraté ayant un Ca: Si de 0,66 et de gel de silice.  hydrated having a Ca: Si of 0.66 and silica gel.

Or, comme le montre la figure 6, aucun gel de silice n'est détecté par RMN du silicium. En fait, une partie du calcium du feuillet octahédrique a été remplacé par du lithium expliquant que le rapport Ca: Si soit inférieur à 0,66. les analyses chimiques confirment la  However, as shown in FIG. 6, no silica gel is detected by NMR of the silicon. In fact, part of the calcium in the octahedral sheet was replaced by lithium, explaining that the Ca: Si ratio is less than 0.66. chemical analyzes confirm the

présence de lithium substituant le calcium.  presence of lithium replacing calcium.

Les spectres de résonance magnétique nucléaire statique du lithium des silicates de calcium hydratés substitués au lithium des exemples 1 à 4 sont représentés sur la figure 7, les pics correspondant au  The static nuclear magnetic resonance spectra of lithium of the lithium-substituted hydrated calcium silicates of Examples 1 to 4 are shown in FIG. 7, the peaks corresponding to the

lithium mobile ayant été tronqués.  mobile lithium having been truncated.

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Sur la figure 8, on a identifié les deux  In Figure 8, we have identified the two

raies qui apparaissent sur les spectres de la figure 7.  lines which appear on the spectra of figure 7.

Cette figure permet d'identifier deux raies, l'une large ou site 1 (interaction quadrupolaire non moyenné) qui correspond à des ions lithium peu ou pas mobiles, et l'autre fine (site 2) correspondant à des ions  This figure makes it possible to identify two lines, one wide or site 1 (non-averaged quadrupole interaction) which corresponds to lithium ions that are not very mobile or not, and the other fine (site 2) corresponding to ions.

lithium mobiles.mobile lithium.

Sur la figure 9, on a représenté la structure des silicates de calcium hydratés substitués au lithium, telle qu'elle ressort des analyses  In FIG. 9, the structure of hydrated calcium silicates substituted with lithium is represented, as it emerges from the analyzes.

effectuées précédemment.previously performed.

Sur cette figure, on retrouve les couches tétraédriques (Te) constituées de chaînes de tétraèdres de SiO2 de la figure 1 et la couche octaédrique (Oc) du plan CaO dans laquelle x atomes de calcium sont substitués par des atomes de lithium (xLiO). La substitution de Ca2, par Li' crée un déficit de charge compensé par des ions lithium en interfeuillet  In this figure, we find the tetrahedral layers (Te) consisting of chains of SiO2 tetrahedra in Figure 1 and the octahedral layer (Oc) of the CaO plane in which x calcium atoms are substituted by lithium atoms (xLiO). The substitution of Ca2 by Li 'creates a charge deficit compensated by lithium ions in interlayer

(x/2 Li') de part et d'autre du feuillet.  (x / 2 Li ') on either side of the sheet.

Cette structure est confirmée par les diffractogrammes X des figures 3 et 4 (pas d'autre phase cristallisée) et par les spectres des figures et 6 qui donnent les mêmes sites tétraédriques et par les spectres de la figure 7 et les résultats du tableau 2 qui montrent que l'on a des atomes de lithium fixes  This structure is confirmed by the X-ray diffractograms of FIGS. 3 and 4 (no other crystallized phase) and by the spectra of FIGS. And 6 which give the same tetrahedral sites and by the spectra of FIG. 7 and the results of Table 2 which show that we have fixed lithium atoms

et des atomes de lithium mobiles.and mobile lithium atoms.

Le matériau de l'invention est donc très intéressant car ces atomes de lithium mobiles en interfeuillet peuvent s'échanger très facilement avec d'autres cations, par exemple avec le césium comme on  The material of the invention is therefore very interesting because these lithium atoms mobile in interlayer can be exchanged very easily with other cations, for example with cesium as

va le voir ci-après.will see it below.

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Exemple 5: Préparation d'un matériau cimentaire à base  EXAMPLE 5 Preparation of a Cement Based Material

de silicate de calcium substitué par du lithium.  of calcium silicate substituted with lithium.

Pour cette préparation, on utilise le second mode de réalisation du procédé, soit la précipitation directe du matériau à partir d'un mélange  For this preparation, the second embodiment of the process is used, namely the direct precipitation of the material from a mixture

de composés de calcium, de silicium et de lithium.  calcium, silicon and lithium compounds.

On utilise comme composés de Ca, Si et Li, l'oxyde de calcium CaO, la silice SiO2 et le chlorure  As Ca, Si and Li compounds, calcium oxide CaO, silica SiO2 and chloride are used.

de lithium LiCl.lithium LiCl.

On introduit dans 90 ml d'eau une quantité de chlorure de lithium telle que la concentration en lithium de la solution soit de 0,5 mol/l et on ajoute 1,8 g au total de CaO et SiO2, les proportions de CaO et SiO2 correspondant à un rapport molaire Ca: Si de 0,66. On laisse reposer le milieu réactionnel pendant trois semaines à 25 C en atmosphère azotée pour éviter la carbonatation, et on récupère à partir de ce milieu le matériau cimentaire à base de silicate de calcium  A quantity of lithium chloride is introduced into 90 ml of water such that the lithium concentration of the solution is 0.5 mol / l and 1.8 g are added to the total of CaO and SiO2, the proportions of CaO and SiO2 corresponding to a Ca: Si molar ratio of 0.66. The reaction medium is left to stand for three weeks at 25 ° C. in a nitrogen atmosphere to avoid carbonation, and the cementitious material based on calcium silicate is recovered from this medium.

hydraté substitué par du lithium.hydrate substituted with lithium.

Dans le tableau 2 annexé, on a indiqué le rapport molaire Ca: Si de départ et les rapports  In the annexed Table 2, the Ca: Si starting molar ratio and the ratios are indicated.

molaires Ca: Si et Li: Si dans le produit obtenu.  Ca: Si and Li: Si molars in the product obtained.

Exemples 6 à 8.Examples 6 to 8.

On suit le même mode opératoire que dans l'exemple 5 pour préparer d'autres matériaux cimentaires ayant des rapports Ca: Si différents, en utilisant dans chaque cas 1,8 g de mélange de CaO et de SiO2 avec des rapports molaires différents, et la même  The same procedure is followed as in Example 5 to prepare other cementitious materials having different Ca: Si ratios, using in each case 1.8 g of mixture of CaO and SiO2 with different molar ratios, and the same

quantité de LiCl.amount of LiCl.

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Les rapports molaires Ca: Si de départ et final et le rapport molaire Li: Si des matériaux  The Ca: Si starting and final molar ratios and the Li: Si molar ratio of materials

cimentaires obtenus sont donnés dans le tableau 2.  cementitious obtained are given in table 2.

Les résultats du tableau 2 montrent que le second mode de réalisation du procédé est moins  The results of Table 2 show that the second embodiment of the method is less

favorable à la substitution de Ca par Li.  favorable for the substitution of Ca by Li.

Les analyses par diffraction des rayons X des matériaux obtenus dans les exemples 5 à 8 donnent des spectres identiques à ceux de la figure 4, et il en est de même pour l'analyse par spectrométrie par résonance magnétique nucléaire du silicium à l'angle magique, qui donne des spectres identiques à ceux de la  The X-ray diffraction analyzes of the materials obtained in Examples 5 to 8 give spectra identical to those of FIG. 4, and the same is true for the analysis by nuclear magnetic resonance spectrometry of silicon at the magic angle. , which gives spectra identical to those of the

figure 5.figure 5.

Ainsi, il n'y a pas de sel de lithium dans le matériau, le lithium interagit donc avec les silicates de calcium hydratés. Il s'incorpore dans la structure et modifie les propriétés de surface. De ce fait les propriétés de rétention et d'interaction entre deux particules de silicate de calcium hydraté sont améliorées. Cette dernière propriété est à l'origine de l'augmentation de la résistance mécanique constatée  Thus, there is no lithium salt in the material, lithium therefore interacts with hydrated calcium silicates. It is incorporated into the structure and modifies the surface properties. As a result, the retention and interaction properties between two particles of hydrated calcium silicate are improved. This last property is at the origin of the increase in mechanical resistance observed

ultérieurement (exemples 13 à 15).  later (examples 13 to 15).

Exemples 9 à 12 Dans ces exemples, on teste les propriétés des matériaux cimentaires obtenus dans les exemples 5 à 8 pour la fixation du césium. Dans ce but, on ajoute du sel de césium (CsCl) dans les mélanges des exemples 5 à 8. La concentration en sel de césium est ajustée à  Examples 9 to 12 In these examples, the properties of the cementitious materials obtained in examples 5 to 8 are tested for fixing cesium. For this purpose, cesium salt (CsCl) is added to the mixtures of Examples 5 to 8. The concentration of cesium salt is adjusted to

0,5 mmol/l.0.5 mmol / l.

On détermine ensuite la concentration de césium restant en solution par dosage par  The concentration of cesium remaining in solution is then determined by determination by

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électrophorèse capillaire après un étalonnage  capillary electrophoresis after calibration

préalable, la limite de détection étant de 0,1 mmol/l.  prior, the detection limit being 0.1 mmol / l.

Les résultats obtenus sont donnés dans le  The results obtained are given in the

tableau 3.table 3.

On remarque ainsi que les matériaux cimentaires de l'invention qui ont un taux très faible de substitution par le lithium, permettent d'obtenir  It is thus noted that the cementitious materials of the invention which have a very low rate of substitution by lithium, make it possible to obtain

une rétention du césium supérieure à 80 %.  cesium retention greater than 80%.

Exemples comparatifs 5 à 8.Comparative examples 5 to 8.

Dans ces exemples, on suit le même mode opératoire que dans les exemples 9 à 12, mais on utilise une solution de chlorure de césium à 0,5 mol/l et les matériaux cimentaires des exemples comparatifs  In these examples, the same procedure is followed as in Examples 9 to 12, but a solution of cesium chloride at 0.5 mol / l and the cementitious materials of the comparative examples are used.

1 à 4, non substitués par du lithium.  1 to 4, not substituted by lithium.

Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 4 en pourcentage de Cs fixé. Dans ce tableau 4, on a donné également le pourcentage de césium fixé pour une solution dont la concentration initiale en césium est de 0,5 mmol/l, en se basant sur le fait que la quantité de césium fixée est proportionnelle à la quantité de césium initiale, comme on a pu le constater. Ainsi, avec une solution à 0,5 mmol/l de césium, le césium n'est pratiquement pas fixé par les matériaux cimentaires non substitués par du lithium, la rétention du césium étant au plus de 0,02 %. La substitution par le lithium des matériaux cimentaires permet donc d'obtenir un taux de rétention du césium  The results obtained are given in Table 4 as a percentage of fixed Cs. In this table 4, the percentage of fixed cesium was also given for a solution whose initial cesium concentration is 0.5 mmol / l, based on the fact that the quantity of fixed cesium is proportional to the quantity of initial cesium, as we have seen. Thus, with a solution of 0.5 mmol / l of cesium, cesium is practically not fixed by cementitious materials not substituted by lithium, the retention of cesium being at most 0.02%. The substitution by lithium of cementitious materials therefore makes it possible to obtain a retention rate of cesium

très élevé.very high.

De ce fait, on peut utiliser les matériaux cimentaires de l'invention pour le stockage de déchets,  Therefore, the cement materials of the invention can be used for the storage of waste,

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soit comme matrice de stockage, soit comme barrière ouvragée disposée autour de déchets enrobés. Ceci permet d'isoler les déchets de l'environnement et d'assurer une fixation du césium dans la barrière au cas o le césium pourrait être dissous par de l'eau ayant migré dans les déchets. De même, on peut utiliser les matériaux cimentaires de l'invention pour la rétention de cations solubles dans l'eau tels que le césium, par mise en contact d'une solution aqueuse de  either as a storage matrix or as an engineered barrier arranged around coated waste. This makes it possible to isolate the waste from the environment and to ensure that the cesium is fixed in the barrier in case the cesium could be dissolved by water which has migrated into the waste. Likewise, the cementitious materials of the invention can be used for the retention of water-soluble cations such as cesium, by contacting an aqueous solution of

ces cations avec le matériau cimentaire de l'invention.  these cations with the cementitious material of the invention.

Exemples 13 à 15 Dans ces exemples, on utilise le second mode de réalisation du procédé pour préparer un matériau cimentaire à partir defumée de silice carbosil (SiO2) et d'hydroxyde de calcium Ca(OH)2 avec  Examples 13 to 15 In these examples, the second embodiment of the process is used to prepare a cementitious material from fume of silica carbosil (SiO2) and calcium hydroxide Ca (OH) 2 with

addition ou non de chlorure de lithium.  addition or not of lithium chloride.

Les compositions utilisées pour la préparation du matériau sont données dans le tableau 5  The compositions used for the preparation of the material are given in Table 5

qui suit.following.

Dans ces exemples, on malaxe l'ensemble des constituants pendant environ 2 minutes, puis chacune des pâtes est introduite dans un moule de trois éprouvettes (4 cm x 4cm x 16 cm). Le serrage des pâtes est obtenu par introduction en deux temps, en  In these examples, all of the constituents are kneaded for approximately 2 minutes, then each of the pastes is introduced into a mold of three test tubes (4 cm x 4 cm x 16 cm). The tightening of the pasta is obtained by introduction in two stages, in

appliquant au moule 60 chocs à chaque fois.  applying 60 shocks to the mold each time.

Le moule de l'exemple 13 est conservé dans  The mold of Example 13 is stored in

de l'eau à 25 C pendant 28 jours.water at 25 C for 28 days.

Les moules des exemples 14 et 15 sont placés dans un bac en plastique hermétique rempli d'eau  The molds of Examples 14 and 15 are placed in an airtight plastic container filled with water

*à 85 C pendant 28 jours.* at 85 C for 28 days.

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On détermine ensuite la résistance à la compression des matériaux cimentaires obtenus' dans  The resistance to compression of the cementitious materials obtained is then determined in

chacun des exemples.each of the examples.

Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 6 qui suit. Les valeurs du tableau sont la moyenne de trois mesures effectuées sur trois  The results obtained are given in Table 6 which follows. The values in the table are the average of three out of three measurements

éprouvettes différentes (dispersion < 10 %).  different test pieces (dispersion <10%).

Ainsi, on constate que la résistance mécanique des éprouvettes contenant du lithium (Ex 15) est significativement plus élevée que celle des éprouvettes sans Li, quelle que soit la température de durcissement. L'emploi d'une température de 85 C permet d'activer la cinétique d'hydratation car la fumée de  Thus, it is found that the mechanical strength of test pieces containing lithium (Ex 15) is significantly higher than that of test pieces without Li, whatever the hardening temperature. The use of a temperature of 85 C activates the kinetics of hydration because the smoke from

silice est peu réactive.silica is not very reactive.

Sur la figure 10, on a représenté les spectres de résonance magnétique nucléaire du silicium des matériaux cimentaires obtenus dans les exemples  FIG. 10 shows the nuclear magnetic resonance spectra of the silicon of the cementitious materials obtained in the examples.

13 à 15.13 to 15.

Sur cette figure, on constate que la fumée de silice résiduelle est importante lorsque l'hydratation se fait à 25 C. Lorsque la température de durcissement passe de 25 C à 85 C, l'hydratation de la fumée de silice est accélérée. Le système contient donc plus de silicate de calcium hydraté. Les silicates de calcium hydratés résultants ont des chaînes plus courtes qu'à 25 C. La proportion de tétraèdres Q1 est en effet plus faible à 85 C qu'à 25 C. On observe alors un effondrement de la résistance mécanique (tableau 7) qui n'est donc pas liée à la quantité de fumée de  In this figure, it can be seen that the residual silica smoke is high when the hydration takes place at 25 C. When the hardening temperature goes from 25 C to 85 C, the hydration of the silica smoke is accelerated. The system therefore contains more hydrated calcium silicate. The resulting hydrated calcium silicates have shorter chains than at 25 C. The proportion of Q1 tetrahedra is indeed lower at 85 C than at 25 C. We then observe a collapse in mechanical strength (Table 7) which is therefore not related to the amount of smoke from

silice hydratée.hydrated silica.

L'ajout de LiC1 active légèrement cette hydratation (effet connu des sels). Cet ajout modifie  The addition of LiC1 slightly activates this hydration (known effect of salts). This addition changes

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pas ou peu la structure des chaînes de tétraèdres de silicium pour une même température de durcissement. La résistance mécanique n'est donc pas corrélée dans le présent cas à la longueur de chaînes de tétraèdres dans les silicates de calcium hydratés. L'augmentation de la résistance mécanique peut donc être attribuée à l'ajout du lithium, qui s'incorpore dans la structure des silicates de calcium hydratés en modifiant leurs  little or no structure of the chains of silicon tetrahedra for the same hardening temperature. Mechanical resistance is therefore not correlated in the present case to the length of tetrahedron chains in hydrated calcium silicates. The increase in mechanical strength can therefore be attributed to the addition of lithium, which is incorporated into the structure of hydrated calcium silicates by modifying their

propriétés d'interface.interface properties.

En effet, elle ne résulte pas d'un effet d'hydratation plus important des matériaux anhydres dû au sel de lithium car on aurait alors observé sur le spectre une diminution importante de la contribution Q4 correspondant à la fumée de silice non hydratée avec  Indeed, it does not result from a greater hydration effect of the anhydrous materials due to the lithium salt because one would then have observed on the spectrum a significant reduction in the Q4 contribution corresponding to the silica smoke not hydrated with

l'ajout de LiCl.adding LiCl.

Reéférence citee [1]: Avances in Cement Research, 1995, 7, n 27,  Reference cited [1]: Avances in Cement Research, 1995, 7, n 27,

pages 93-102.pages 93-102.

B 13119.3 MDTB 13119.3 MDT

Tableau 1Table 1

Ca/Si Ca/SiLi/Si Ex molaire molaire molaire (départ) (final) (final)  Ca / Si Ca / SiLi / Si Ex molar molar molar (start) (final) (final)

1 0 60,66 0,5790,5341 0 60.66 0.5790.534

2 0 0,830,71 4 0,74 02 0 0.830.71 4 0.74 0

3 1,2 1,008 0,7203 1.2 1.008 0.720

4 1,7 1,359 0,6884 1.7 1.359 0.688

Tableau 2Table 2

Ex Ca/Si molaire Ca/Si molaire Li/Si molaire (départ) (final) (final  Ex Ca / Si molar Ca / Si molar Li / Si molar (start) (final) (final)

0,66 6 0,67 0,070.66 6 0.67 0.07

6 0,83 0,77 0,086 0.83 0.77 0.08

7 1,2 1,01 0,097 1.2 1.01 0.09

8 1,7 1,47 0,078 1.7 1.47 0.07

B 13119.3 MDTB 13119.3 MDT

Tableau 3Table 3

Ex Ca/Si % Cs fixé pour [Cs] initial 0,5 mmol/l  Ex Ca / Si% Cs fixed for initial [Cs] 0.5 mmol / l

9 0,66 > 80 %9 0.66> 80%

(ex. 5) (Cs en solution non détecté)  (ex. 5) (Cs in solution not detected)

0,83 > 80 %0.83> 80%

(ex. 6) (Cs en solution non détecté)  (ex. 6) (Cs in solution not detected)

11 1,20 > 80 %11 1.20> 80%

(ex. 7) (Cs en solution non détecté)  (ex. 7) (Cs in solution not detected)

12 1,70 > 80 %12 1.70> 80%

(ex. 8) (Cs en solution non détecté)  (ex. 8) (Cs in solution not detected)

Tableau 4Table 4

Ex Ca/Si % Cs fixé pour % Cs fixe pour Comparatif [Cs] initial [Cs] initial 0,5M 0,5 mmol/l  Ex Ca / Si% Cs fixed for% Cs fixed for Comparative initial [Cs] [Cs] initial 0.5M 0.5 mmol / l

0,66 10-20 0,01-0,020.66 10-20 0.01-0.02

(ex. comp. 1)(e.g. comp. 1)

6 0,83 10-20 0,01-0,026 0.83 10-20 0.01-0.02

(ex. comp. 2)(e.g. comp. 2)

7 1,20 < 10 <0,017 1.20 <10 <0.01

(ex. comp. 3)(e.g. comp. 3)

8 1,70 < 5 <0,0058 1.70 <5 <0.005

(ex. comp. 4)(e.g. comp. 4)

B 13119.3 MDTB 13119.3 MDT

Tableau 5Table 5

Ex Si02 (g) Ca(OH)2 (g) LiCi (g) H20 (g) (Fumée de silice (Prolabo, (Prolabo) Carbosil, pure à 97 %) pure à 90 %)  Ex Si02 (g) Ca (OH) 2 (g) LiCi (g) H20 (g) (Silica smoke (Prolabo, (Prolabo) Carbosil, 97% pure) 90% pure)

13 515 393 0 68113,515,393 0,681

14 515 393 0 68114,515,393 0,681

515 393 181,66 681515 393 181.66 681

Tableau 6Table 6

Ex Résistance à la compression (MPa)  Ex Compressive strength (MPa)

13 2,513 2.5

14 0,514 0.5

9,59.5

B 13119.3 MOTB 13119.3 WORD

Claims (20)

REVENDICATIONS 1. Matériau cimentaire comprenant au moins un silicate de calcium hydraté substitué par du lithium, ledit silicate substitué ayant un rapport molaire Ca: Si de 0,3 à 1,7 et un rapport molaire  1. Cementary material comprising at least one hydrated calcium silicate substituted by lithium, said substituted silicate having a Ca: Si molar ratio of 0.3 to 1.7 and a molar ratio Li: Si de 0,01 à 1.Li: If from 0.01 to 1. 2. Matériau cimentaire selon la revendication 1, dans lequel le rapport molaire  2. A cementitious material according to claim 1, in which the molar ratio Ca: Si dudit silicate est de 0,6 à 1,7.  Ca: If said silicate is from 0.6 to 1.7. 3. Matériau cimentaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le rapport molaire  3. cementitious material according to claim 1 or 2, wherein the molar ratio Li: Si dudit silicate est de 0,01 à 0,75.  Li: If said silicate is from 0.01 to 0.75. 4. Matériau cimentaire selon l'une4. Cement material according to one quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en  any of claims 1 to 3, comprising outre des constituants de ciment durci choisis parmi les aluminates de calcium, les ferroaluminates de calcium, la silice, les carboaluminates, la calcite, tous les hydrates pouvant précipiter dans un ciment, et  in addition to the hardened cement constituents chosen from calcium aluminates, calcium ferroaluminates, silica, carboaluminates, calcite, all the hydrates which can precipitate in a cement, and leurs mélanges.their mixtures. 5. Procédé de préparation d'un matériau  5. Method of preparing a material cimentaire selon l'une quelconque des revendications 1  cement according to any one of claims 1 à 4, qui consiste à mettre en contact un matériau cimentaire à base de silicate de calcium hydraté avec une solution aqueuse d'hydroxyde ou de sel de lithium pour substituer une partie des atomes de calcium du silicate de calcium hydraté par des atomes de lithium, la concentration en lithium de la solution aqueuse étant telle qu'elle corresponde à un rapport molaire  to 4, which consists in bringing a cementitious material based on hydrated calcium silicate into contact with an aqueous solution of hydroxide or of lithium salt in order to substitute part of the calcium atoms of the hydrated calcium silicate by lithium atoms, the lithium concentration of the aqueous solution being such that it corresponds to a molar ratio Li: Si d'au moins 0,01.Li: If at least 0.01. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la solution aqueuse d'hydroxyde ou de sel de  6. The method of claim 5, wherein the aqueous solution of hydroxide or salt of lithium a une concentration en lithium de 0,5 mol/l.  lithium has a lithium concentration of 0.5 mol / l. B 13119.3 MDTB 13119.3 MDT 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le matériau cimentaire est tout matériau  7. The method of claim 5 or 6, wherein the cementitious material is any material cimentaire à base de ciment Portland.  Portland cement based cement. 8. Procédé selon l'une quelconque des  8. Method according to any one of revendications 5 à 7, dans lequel le sel de lithium est  claims 5 to 7, wherein the lithium salt is le chlorure de lithium.lithium chloride. 9. Procédé selon l'une quelconque des  9. Method according to any one of revendications 5 à 8, dans lequel on prépare tout  claims 5 to 8, in which everything is prepared d'abord le matériau cimentaire à base de silicate de calcium hydraté, en mélangeant dans de l'eau des composés de calcium et de silicium en quantités telles que le rapport molaire Ca: Si soit supérieur ou égal à 0,3.  first of all, the cementitious material based on hydrated calcium silicate, by mixing calcium and silicon compounds in water in amounts such as the Ca: Si molar ratio being greater than or equal to 0.3. 10. Procédé de préparation d'un matériau cimentaire à base de silicate(s) de calcium hydraté(s) substitué(s) par du lithium, comprenant les étapes suivantes de: - mélange dans une solution aqueuse de composés de calcium, de silicium et de lithium en proportions telles que le rapport molaire Ca: Si soit supérieur ou égal à 0,3 à et que le rapport molaire Li: Si soit supérieur ou égal à 0,01, et - durcissement du matériau cimentaire dans cette solution.10. A process for the preparation of a cementitious material based on hydrated calcium silicate (s) substituted with lithium, comprising the following steps: - mixing in an aqueous solution of calcium and silicon compounds and lithium in proportions such that the Ca: Si molar ratio is greater than or equal to 0.3 to and that the Li: Si molar ratio is greater than or equal to 0.01, and - hardening of the cementitious material in this solution. 11. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le composé de calcium est choisi parmi l'oxyde de calcium CaO, l'hydroxyde de calcium, les silicates de calcium, tout composé à base de calcium pouvant11. The method of claim 9, wherein the calcium compound is chosen from calcium oxide CaO, calcium hydroxide, calcium silicates, any calcium-based compound which can s'hydrater, et leurs mélanges.to hydrate, and their mixtures. 12. Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le composé de silicium est choisi parmi la silice, la fumée de silice, les silicates de calcium, tout composé de silicium pouvant s'hydrater, et leurs mélanges.  12. The method of claim 9 or 10, wherein the silicon compound is chosen from silica, silica fume, calcium silicates, any silicon compound that can hydrate, and mixtures thereof. 13. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le composé de lithium est le chlorure de lithium.13. The method of claim 10, wherein the lithium compound is lithium chloride. 14. Procédé de stockage de déchets comprenant l'utilisation d'une barrière en matériau14. Waste storage method comprising the use of a material barrier cimentaire selon l'une quelconque des revendications  cement according to any one of the claims 1 à 4 pour isoler les déchets de l'environnement.  1 to 4 to isolate waste from the environment. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel les déchets sont des déchets radioactifs  15. The method of claim 14, wherein the waste is radioactive waste contenant du césium.containing cesium. 16. Procédé de rétention de cations solubles dans l'eau par mise en contact d'une solution aqueuse desdits cations avec un matériau cimentaire  16. Method for retaining water-soluble cations by bringing an aqueous solution of said cations into contact with a cementitious material selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.  according to any one of claims 1 to 4. 17. Procédé selon la revendication 16, dans  17. The method of claim 16, in lequel ledit cation est le césium.which said cation is cesium. 18. Procédé pour améliorer la résistance mécanique d'un matériau cimentaire comprenant au moins un silicate de calcium hydraté, qui consiste à mettre en contact le matériau cimentaire avec une solution aqueuse de sel ou d'hydroxyde de lithium pour remplacer une partie des atomes de calcium du silicate de calcium  18. A method for improving the mechanical strength of a cementitious material comprising at least one hydrated calcium silicate, which consists in bringing the cementitious material into contact with an aqueous solution of lithium salt or hydroxide to replace part of the atoms of calcium calcium silicate par des atomes de lithium.by lithium atoms. 19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel la solution aqueuse est une solution de chlorure de lithium de 0,5 M.  19. The method of claim 18, wherein the aqueous solution is a 0.5 M lithium chloride solution. 20. Procédé selon l'une quelconque des20. Method according to any one of revendications 18 et 19, dans lequel le matériau  claims 18 and 19, wherein the material cimentaire est un matériau obtenu à partir d'un ciment choisi parmi les ciments Portland, les laitiers de hauts-fourneaux, les matériaux pouzzolaniques, les  cement is a material obtained from a cement chosen from Portland cements, blast furnace slag, pozzolanic materials, cendres volantes et leurs mélanges.  fly ash and mixtures thereof.
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