FR2982856A1 - Mortier auto-placant, son procede de preparation et ses utilisations - Google Patents

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 15 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. 20 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 25 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 dans les déchets. Il existe notamment une filière 30 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 ler 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 ler 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 oeuvre 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 30 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 5 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, 10 - sans ségrégation dynamique ni ressuage. Plus particulièrement, la présente invention concerne une composition de mortier comprenant : - du sable siliceux, 15 - du ciment, - un filler calcaire, - de la fumée de silice, - un agent de viscosité, - un plastifiant réducteur d'eau et 20 - 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 25 élément que les 7 éléments pré-cités. 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 30 plus de 98% et, plus particulièrement, à plus de 99% de silice (SiO2) .

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 oeuvre 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 oeuvre, par exemple, un sable siliceux fourni et livré lavé de façon à en éliminer un maximum d'impuretés. Ainsi, le sable siliceux mis en oeuvre est exempt d'argile. Le sable siliceux est, de façon avantageuse, mis en oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre dans le cadre de la présente invention présente, de façon 30 avantageuse, un fuseau granulaire régulier afin de ne pas interférer sur l'ouvrabilité du mortier.

La taille du sable siliceux mis en oeuvre dans la formulation selon l'invention est avantageusement inférieure à 6 mm, notamment inférieure à 5 mm et, en particulier, inférieure à 4 mm.

Dans une forme de mise en oeuvre toute particulière, le sable siliceux mis en oeuvre 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 oeuvre, le sable siliceux utilisé dans la composition selon l'invention est avantageusement constitué : - d'un ler 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 ler sable siliceux mis en oeuvre présente le fuseau granulaire tel que défini dans le Tableau 1 ci-après :30 Dimensions du tamis % Passant minimum / (ouverture pm) % Passant maximum 3150 99,00 / 100,00 2500 83,50 / 100,00 2000 29,50 / 99,80 1600 12,50 / 92,00 1250 3,00 / 48,00 1000 0,40 / 19,50 800 0,13 / 13,00 630 0,00 / 8,50 1 0,00 / 0,00 Tableau 1 Plus particulièrement encore, le 2nd sable siliceux mis en oeuvre présente le fuseau granulaire tel que défini dans le Tableau 2 ci-après : Dimensions du tamis % Passant minimum / (ouverture pm) % Passant maximum 1600 100,00 / 100,00 1250 96,50 / 100,00 800 63,00 / 97,00 630 31,80 / 83,50 315 0,00 / 26,00 160 0,00 / 5,00 1 0,00 / 0,46 Tableau 2 L'addition minérale est un élément important 10 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 oeuvre 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 oeuvre dans le cadre de la présente invention présente une dimension moyenne des grains comprise entre 5 et 20 pm, notamment entre 10 et 15 pm, et, en particulier, de l'ordre de 12 pm (i.e. 12 pm ± 1 pm).

Plus particulièrement, le filler calcaire mis en oeuvre 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 1) 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 oeuvre 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 finesse 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 oeuvre 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, 30 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 oeuvre est avantageusement un ciment 15 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 20 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 25 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 l'ordre de 1450°C », on entend une température de 30 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 oeuvre dans le cadre de la présente invention est un CEM V et est 5 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 oeuvre 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 10 laitier de haut fourneau et de 18 à 30% de cendres volantes. Avantageusement, le ciment mis en oeuvre dans la composition selon la présente invention est un CEM V/A présentant une faible chaleur d'hydratation Les notions 15 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 20 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 : 25 - 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 30 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 avec, 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 oeuvre. 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 30 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre particulière, 30 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 filler 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 15 exprimés par rapport à la masse totale de la composition. Dans une forme de mise en oeuvre plus particulière, la composition de mortier est 20 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, 25 - 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 30 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.

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 20 préparation d'une composition de mortier telle que précédemment définie. Ce procédé comprend les étapes consistant à : a) préparer un ler mélange comprenant un sable siliceux notamment tel que précédemment défini, le 25 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 oeuvre se présentent sous forme de poudre ou sous forme liquide (eau mise en oeuvre 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 oeuvre 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 colis de déchets composition telle susceptible d'être 15 précédemment défini invention concerne également un confinés dans un mortier de que précédemment définie ou préparée par le procédé tel que 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 20 moyenne activité à vie courte tels que précédemment définis D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à l'homme du 25 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, Provencale 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 25 toupie. II. Caractérisation du mortier selon la présente invention. L'essai de caractérisation a été réalisé à 30 partir de l'outil industriel, à savoir, le malaxeur de la centrale à béton conçu pour réaliser des gâchées d'un mètre cube dans 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) 5 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 10 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 15 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. 20 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 25 28 jours d'âge est inférieur à 2 mm 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 30 (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 MPa 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 MPa à 28 jours et de 105,8 MPa 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 OEUVRE : 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 formulation 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 pm/m 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 20 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 : 25 Le coefficient de diffusion à l'eau tritiée est mesuré sur des éprouvettes de mortiers normalisées, placées, de façon étanche, entre un ler compartiment contenant de l'eau tritiée et un 2nd contenant de l'eau initialement non tritiée. L'activité de tritium 30 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 pm/m, - une vitesse du son similaire, une faible variation de la fréquence de résonance fondamentale, -une absence d'impact sur les performances 15 mécaniques, une absence de modification de la microstructure du mortier après examen au microscope électronique à balayage. 20

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1) 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.
2. 2) Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit sable siliceux se présente 15 sous forme de deux sables siliceux de granulométries différentes.
3. 3) Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit sable siliceux est 20 constitué : - d'un ler 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 25 des granulats se situent dans la plage de 0,16 mm à 1,25 mm.
4. 4) Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit 30 filler calcaire présente une dimension moyenne des grains comprise entre 5 et 20 pm, notamment entre 10 et 15 pm, et, en particulier, de l'ordre de 12 pm.
5. 5) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite fumée de silice est une poudre dont la finesse 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.
6. 6) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite fumée de silice est une fumée de silice densifiée.
7. 7) 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.
8. 8) 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.
9. 9) 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 30 base de phosphonate modifié.
10. 10) 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.
11. 11) 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 filler 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.
12. 12) 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 30 particulier, 32,99% d'un sable siliceux dont lesdimensions 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 5 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 10 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, 15 - 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 20 exprimés par rapport à la masse totale de la composition.
13. 13) Procédé de préparation d'une composition de mortier telle que définie à l'une quelconque des 25 revendications 1 à 12, comprenant les étapes consistant à : a) préparer un ler mélange comprenant un sable siliceux, le ciment, la fumée de silice, le filler calcaire et l'eau ; 30 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) .
14. 14) Utilisation d'un mortier de composition telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 12 ou susceptible d'être préparée par le procédé tel que défini à la revendication 13, pour confiner des déchets.
15. 15) Colis de déchets confinés dans un mortier de composition telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 12 ou susceptible d'être préparée par le procédé tel que défini à la revendication 13 et conditionnés dans des fûts ou caissons.20