FR3132590A1 - Procédé de préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants - Google Patents
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Abstract
L’invention se rapporte à un procédé de préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants, lequel comprend au moins les étapes de : a) préparation d’une pâte cimentaire comprenant au moins un ciment et de l’eau, le ciment étant un ciment hydraulique ou un ciment phospho-magnésien, puis b) durcissement de la pâte cimentaire obtenue à l’étape a), et est caractérisé en ce que la pâte cimentaire comprend de plus une poudre constituée d’octoxyde de triuranium appauvri en uranium-235. Applications : immobilisation par cimentation de déchets radioactifs, fabrication de conteneurs de conditionnement de déchets radioactifs, d’emballages de transport et/ou de stockage de matières radioactives, d’éléments de structures de stockage de déchets radioactifs, d’éléments de salles blindées ou radio-protégées, etc.
Description
L’invention se rapporte au domaine du blindage contre les rayonnements ionisants.
Plus spécifiquement, elle se rapporte à un procédé de préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants dans lequel une poudre d’octoxyde de triuranium (U3O8) appauvri en uranium-235 est utilisée comme composant de la pâte cimentaire dont est issu, par durcissement, ce matériau.
L’invention trouve application dans tous les domaines où l’on souhaite disposer d’un blindage contre les rayonnements ionisants et notamment :
- dans l’immobilisation par cimentation, c’est-à-dire par enrobage dans une matrice cimentaire, de déchets radioactifs tels que des déchets issus du traitement de combustibles nucléaires usés ou d’activités d’exploitation, de maintenance et/ou de démantèlement d’installations nucléaires, en vue de l’entreposage et/ou le stockage de ces déchets ;
- dans la fabrication de conteneurs, primaires ou secondaires, de conditionnement de déchets radioactifs du type de ceux précités, ayant été préalablement ou non confinés dans une matrice cimentaire, également en vue de l’entreposage et/ou le stockage de ces déchets ;
- dans la fabrication d’emballages de transport et/ou d’entreposage de matières radioactives telles que des assemblages de combustibles nucléaires usés ;
- dans la fabrication d’éléments de structure de sites de stockage de déchets radioactifs tels que des plaques, des portes, des segments de revêtement, des scellements ou des bouchons de tunnels ou de galeries dédiés au stockage de ces déchets ; et
- dans la fabrication d’éléments de structure du type dalles, murs, plafonds, etc., de salles blindées ou radioprotégées, volantes ou permanentes, dévolues, par exemple, à des activités de radiographie industrielle ou médicale ou bien de médecine nucléaire.
- dans l’immobilisation par cimentation, c’est-à-dire par enrobage dans une matrice cimentaire, de déchets radioactifs tels que des déchets issus du traitement de combustibles nucléaires usés ou d’activités d’exploitation, de maintenance et/ou de démantèlement d’installations nucléaires, en vue de l’entreposage et/ou le stockage de ces déchets ;
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- dans la fabrication d’éléments de structure du type dalles, murs, plafonds, etc., de salles blindées ou radioprotégées, volantes ou permanentes, dévolues, par exemple, à des activités de radiographie industrielle ou médicale ou bien de médecine nucléaire.
Aussi l’invention a-t-elle également pour objet ces applications.
Les combustibles qui sont utilisés dans la plupart des réacteurs nucléaires actuellement en exploitation dans le monde sont préparés à partir d’uranium enrichi produit par des installations d’enrichissement.
L’enrichissement de l’uranium génère un uranium ditappauvricar son taux isotopique en uranium-235 est inférieur à celui de l’uranium naturel ou retraité ayant été soumis à enrichissement.
En règle générale, le taux isotopique en235U de l’uranium appauvri est inférieur à 0,5 % et, plus spécifiquement, compris entre 0,2 % et 0,4 %.
Des installations d’enrichissement de l’uranium sont en exploitation depuis plus d’un demi-siècle et leur fonctionnement a conduit à l’accumulation de stocks importants d’uranium appauvri qui, selon les installations d’enrichissement, peut être entreposé sous différentes formes : uranium métal, hexafluorure d’uranium (UF6), tétrafluorure d’uranium (UF4), dioxyde d’uranium (UO2), trioxyde d’uranium (UO3) et octoxyde de triuranium (U3O8, aussi appelé octaoxyde de triuranium ou octooxyde de triuranium).
Si l’uranium appauvri est notamment utilisé dans la fabrication de combustibles nucléaires de type MOX (mélange d’oxydes d’uranium et de plutonium), cette utilisation est limitée et les acteurs du nucléaire, qui sont détenteurs de ces stocks, se sont donc lancés dans d’ambitieux programmes de recherche en vue de trouver des voies de valorisation de l’uranium appauvri et de réduire ainsi les volumes d’uranium appauvri déjà accumulés et à venir.
Dès les années 1980, il a été proposé dans le brevet JP-S-6191598, ci-après référence[1], d’utiliser de l’uranium métal appauvri ou du dioxyde d’uranium appauvri sous la forme d’agrégats dans un béton destiné à servir d’écran aux rayonnements, notamment de type γ.
Le dioxyde d’uranium étant chimiquement réactif – comme d’ailleurs la plupart des composés de l’uranium – il tend à se transformer en trioxyde d’uranium, voire en octoxyde de triuranium lorsqu’il est présent dans un béton et cette transformation conduit à une dégradation de ce béton.
C’est la raison pour laquelle il a été proposé dans les brevets US 5,786,611 et US 6,166,390, ci-après références[2]et[3], d’inclure, dans un béton à base d’un ciment Portland, de l’uranium appauvri sous la forme d’agrégats qui mesurent de 3 mm à 10 cm de diamètre et qui sont constitués soit d’un siliciure d’uranium appauvri (U3Si ou U3Si2) soit d’une forme céramique stable d’uranium appauvri préalablement obtenue par frittage (1 000 °C - 1 500 °C) soit encore d’un composé d’uranium appauvri (oxyde notamment) préalablement recouvert d’un revêtement imperméable à l’eau et à l’air, du type verre, argile ou polymère.
Dans les références[2]et[3], il est plus spécialement préconisé d’utiliser des agrégats comprenant un oxyde d’uranium appauvri, UO2ou U3O8, ou un mélange d’oxydes d’uranium appauvri ayant été préalablement soumis à un frittage en phase liquide, la phase liquide étant préférentiellement constituée d’un basalte naturel ou artificiel et étant destinée à former, sur l’oxyde ou le mélange d’oxydes, un revêtement à la fois protecteur et stabilisateur.
Si certains des bétons conformes à l’enseignement de ces références présentent des propriétés intéressantes – ce qui est le cas du béton connu sous la référence commerciale DucreteTMet dans lequel les agrégats sont constitués de dioxyde d’uranium fritté au basalte – il s’avère qu’ils ne donnent toutefois pas entièrement satisfaction.
En effet, l’utilisation d’uranium appauvri sous la forme d’agrégats ne permet pas de bénéficier d’uneffet filler, c’est-à-dire d’un remplissage des vides laissés par les granulats utilisés dans les bétons (i.e. sables et/ou gravillons), et, par là même de disposer de bétons présentant une compacité propre à leur conférer des performances mécaniques et une stabilité dimensionnelle satisfaisantes. D’ailleurs, comme montré par L. R. Dole et W. J. Quapp dans le rapport ORNL/TM-2002/111 publié en août 2002, ci-après référence[ 4 ], les valeurs de résistance à la compression du DucreteTMsont seulement comprises entre 20 MPa et 41 MPa à 28 jours de maturation.
La tenue à la température des bétons conformes à l’enseignement des références[2]et[3]n’est pas non plus satisfaisante. Ainsi, comme également montré dans la référence[4], sont observées, pour des échantillons de DucreteTMexposés à des températures allant jusqu’à 250 °C, une diminution des performances mécaniques avec l’élévation de la température, accompagnée d’une désagrégation de ces échantillons à 14 jours d’exposition, qui sont expliquées pour partie par l’oxydation du dioxyde d’uranium en U3O8.
De plus, l’enseignement des références[2]et[3]a le défaut de se limiter à l’usage d’un ciment Portland. Or, les ciments Portland sont incompatibles avec certains déchets radioactifs comme ceux comprenant de l’aluminium à l’état de métal en sorte qu’il n’est pas envisageable d’appliquer cet enseignement pour la réalisation de colis de conditionnement de ce type de déchets.
Enfin, la préparation de bétons conformes aux références[2]et[3]est longue et coûteuse compte tenu qu’elle implique systématiquement des opérations préalables de traitement de l’uranium appauvri utilisé, que ce soit pour le convertir en siliciure ou en une forme céramique stable (par frittage) ou pour le recouvrir d’un revêtement imperméable à l’eau et à l’air.
Compte-tenu de ce qui précède, les Inventeurs se sont fixé pour but de développer un matériau cimentaire à partir d’uranium appauvri qui, tout en étant capable d’assurer un blindage très efficace contre les rayonnements ionisants, présente des propriétés mécaniques, de tenue à la température, de stabilité dimensionnelle, d’ouvrabilité et de temps de prise très satisfaisantes.
Ils se sont de plus fixé pour but que ce matériau cimentaire puisse être préparé en utilisant un ciment qui ne soit pas limité aux ciments Portland.
Ils se sont en outre fixé pour but que la préparation de ce matériau soit la plus simple et la moins coûteuse possible.
Or, dans le cadre de leurs travaux, les Inventeurs ont constaté qu’à rebours des enseignements de l’état de la technique, l’utilisation dans des pâtes cimentaires d’octoxyde de triuranium sous la forme d’une poudre permet d’obtenir des matériaux cimentaires présentant toutes les propriétés recherchées, et ce :
- d’une part, sans que cette poudre ou l’octoxyde d’uranium qui la constitue soit soumis à un quelconque traitement préalable de transformation et, notamment, à un traitement de type frittage ou revêtement tel que décrit dans les références[2]et[3], et
- d’autre part, que le ciment utilisé soit un ciment phospho-magnésien ou un ciment Portland.
- d’une part, sans que cette poudre ou l’octoxyde d’uranium qui la constitue soit soumis à un quelconque traitement préalable de transformation et, notamment, à un traitement de type frittage ou revêtement tel que décrit dans les références[2]et[3], et
- d’autre part, que le ciment utilisé soit un ciment phospho-magnésien ou un ciment Portland.
Et c’est sur ces constatations expérimentales qu’est basée l’invention.
L’invention a donc pour objet un procédé de préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants, qui comprend au moins les étapes de :
a) préparation d’une pâte cimentaire comprenant au moins un ciment et de l’eau, le ciment étant choisi parmi les ciments hydrauliques et les ciments phospho-magnésiens, puis
b) durcissement de la pâte cimentaire obtenue à l’étape a),
et qui est caractérisé en ce que la pâte cimentaire comprend de plus une poudre constituée d’octoxyde de triuranium appauvri en uranium-235.
a) préparation d’une pâte cimentaire comprenant au moins un ciment et de l’eau, le ciment étant choisi parmi les ciments hydrauliques et les ciments phospho-magnésiens, puis
b) durcissement de la pâte cimentaire obtenue à l’étape a),
et qui est caractérisé en ce que la pâte cimentaire comprend de plus une poudre constituée d’octoxyde de triuranium appauvri en uranium-235.
Dans le cadre de l’invention, les termesrayonnement s ionisant ssont utilisés dans leur acceptation habituelle, à savoir qu’ils désignent toute forme d’énergie libérée par des atomes et qui se propage par le biais d’ondes électromagnétiques, c’est-à-dire de rayons γ ou X, ou de particules, c’est-à-dire de neutrons ou de particules α ou β.
Par ailleurs, on entend parpoudre constituée d’octoxyde de triuranium appauvri en uranium-235, un solide se présentant sous la forme de grains dont la taille (le termetailleétant ici synonyme deplus grande dimension) est au plus égale à 1 mm et qui ne comprennent rien d’autre que de l’octoxyde de triuranium appauvri en uranium-235, hormis des impuretés liées au procédé d’élaboration de l’octoxyde de triuranium telles que le fluorure d’uranyle (UO2F2), ou des produits de corrosion des installations, dont la teneur peut aller jusqu’à 5 000 ppm.
Dans ce qui suit, cette poudre sera dénommée plus simplementpoudre d’U 3 O 8 appauvriou mêmeU 3 O 8 appauvri.
Comme précédemment mentionné, le ciment présent dans la pâte cimentaire peut, en premier lieu, être un ciment hydraulique.
Parciment hydraulique, on entend un ciment dont le durcissement est le résultat de l’hydratation par de l’eau d’un matériau finement broyé, constitué en tout ou partie d’un clinker, c’est-à-dire un produit résultant de la cuisson d’un mélange de calcaire et d’argile. Ainsi, les ciments hydrauliques n’englobent pas les ciments ditsgéopolymèresdont le durcissement est le résultat d’une polycondensation d’un matériau alumino-silicaté finement broyé, exempt de clinker, dans une solution alcaline, ni les ciments dont le durcissement est le résultat d’une réaction chimique entre le ou les matériaux constitutifs de ces ciments et une solution acide ou basique (ciments magnésiens, laitiers alcali-activés, etc.).
Lorsque le ciment est un ciment hydraulique, alors il peut notamment être choisi parmi :
- les ciments classés CEM I par la norme européenne NF EN 197-1, correspondant aux ciments Portland précédemment évoqués, qui comprennent au moins 95 % massiques d’un clinker et au plus 5 % massiques de constituants secondaires ;
- les ciments classés CEM II par la norme précitée, encore appelésciments Portland composés, qui comprennent au moins 65 % massiques d’un clinker, au plus 35 % massiques d’un composant choisi parmi un laitier de haut-fourneau, une fumée de silice, une pouzzolane naturelle, une pouzzolane naturelle calcinée, des cendres volantes siliceuses ou calciques, du schiste calciné ou du calcaire, et au plus 5 % massiques de constituants secondaires ;
- les ciments classés CEM III par la norme précitée, encore appelésciments de haut-fourneau, qui comprennent de 5 % à 64 % massiques d’un clinker, de 36 % à 95 % massiques d’un laitier de haut-fourneau et au plus 5 % massiques de constituants secondaires ;
- les ciments classés CEM IV par la norme précitée, encore appelésciments pouzzolaniques, qui comprennent de 45 % à 89 % massiques d’un clinker, de 11 % à 55 % massiques d’un composant choisi parmi une fumée de silice, une pouzzolane naturelle, une pouzzolane naturelle calcinée, des cendres volantes siliceuses ou calciques, et au plus 5 % massiques de constituants secondaires ; et
- les ciments classés CEM V par la norme précitée, encore appelésciments composés, qui comprennent de 20 % à 64 % massiques d’un clinker, de 18 % à 50 % massiques d’un laitier de haut-fourneau, de 18 % à 50 % massiques de cendres volantes et au plus 5 % massiques de constituants secondaires.
- les ciments classés CEM I par la norme européenne NF EN 197-1, correspondant aux ciments Portland précédemment évoqués, qui comprennent au moins 95 % massiques d’un clinker et au plus 5 % massiques de constituants secondaires ;
- les ciments classés CEM II par la norme précitée, encore appelésciments Portland composés, qui comprennent au moins 65 % massiques d’un clinker, au plus 35 % massiques d’un composant choisi parmi un laitier de haut-fourneau, une fumée de silice, une pouzzolane naturelle, une pouzzolane naturelle calcinée, des cendres volantes siliceuses ou calciques, du schiste calciné ou du calcaire, et au plus 5 % massiques de constituants secondaires ;
- les ciments classés CEM III par la norme précitée, encore appelésciments de haut-fourneau, qui comprennent de 5 % à 64 % massiques d’un clinker, de 36 % à 95 % massiques d’un laitier de haut-fourneau et au plus 5 % massiques de constituants secondaires ;
- les ciments classés CEM IV par la norme précitée, encore appelésciments pouzzolaniques, qui comprennent de 45 % à 89 % massiques d’un clinker, de 11 % à 55 % massiques d’un composant choisi parmi une fumée de silice, une pouzzolane naturelle, une pouzzolane naturelle calcinée, des cendres volantes siliceuses ou calciques, et au plus 5 % massiques de constituants secondaires ; et
- les ciments classés CEM V par la norme précitée, encore appelésciments composés, qui comprennent de 20 % à 64 % massiques d’un clinker, de 18 % à 50 % massiques d’un laitier de haut-fourneau, de 18 % à 50 % massiques de cendres volantes et au plus 5 % massiques de constituants secondaires.
Tous ces ciments sont notamment disponibles auprès des sociétés Holcim et sa filiale Lafarge, Heidelbergcement, Cemex et Eqiom.
Parmi ces ciments, on préfère utiliser un ciment Portland (i.e. CEM I) ou Portland composé (i.e. CEM II) et, plus encore, un ciment Portland, qui est avantageusement choisi en fonction des propriétés, notamment mécaniques, que l’on souhaite conférer au matériau cimentaire eu égard à l’usage auquel il est destiné.
Ainsi, par exemple, pour la préparation d’un matériau cimentaire dont on souhaite qu’il présente des propriétés mécaniques élevées, préférence est donnée à un ciment Portland à hautes performances du type CEM I 52,5 R ou CEM I 52,5 N, tandis que, pour la préparation d’un matériau cimentaire dont la destination ne nécessite pas qu’il présente des propriétés mécaniques élevées, alors un ciment Portland CEM I 32,5 R ou CEM I 32,5 N peut parfaitement convenir.
Le ciment présent dans la pâte cimentaire peut aussi être un ciment phospho-magnésien, c’est-à-dire un ciment qui est composé d’au moins une source de magnésium à l’état oxydé, c’est-à-dire un composé comprenant du magnésium à l’état d’oxydation +II ou un précurseur de celui-ci, et d’au moins une source de phosphate.
Toute source de magnésium à l'état oxydé connue de l'homme du métier est utilisable dans le cadre de l’invention.
Ainsi, la source de magnésium à l'état oxydé peut notamment être un oxyde de magnésium, un hydroxyde de magnésium, un carbonate de magnésium, un hydroxycarbonate de magnésium, un chlorure de magnésium, un bromure de magnésium ou un mélange de ceux-ci.
Conformément à l’invention, la source de magnésium à l’état oxydé est, de préférence, un oxyde de magnésium (MgO), auquel cas cet oxyde peut être :
- un MgO non calciné ;
- un MgOsoft burntoulight burnt, c’est-à-dire un MgO résultant de la calcination d’un carbonate de magnésium ou d’un hydroxyde de magnésium à une température typiquement comprise entre 600 °C et 1 000 °C ;
- un MgOhard burnt, c’est-à-dire un MgO résultant de la calcination d’un carbonate de magnésium, d’un hydroxyde de magnésium ou d’un MgOsoft burntà une température typiquement comprise entre 1 000 °C et 1 500 °C ; ou encore
- un MgOdead burnt, c’est-à-dire un MgO résultant de la calcination d’un carbonate de magnésium, d’un hydroxyde de magnésium ou d’un MgOsoft burntà une température typiquement supérieure à 1 500 °C et pouvant atteindre 2 300 °C.
- un MgO non calciné ;
- un MgOsoft burntoulight burnt, c’est-à-dire un MgO résultant de la calcination d’un carbonate de magnésium ou d’un hydroxyde de magnésium à une température typiquement comprise entre 600 °C et 1 000 °C ;
- un MgOhard burnt, c’est-à-dire un MgO résultant de la calcination d’un carbonate de magnésium, d’un hydroxyde de magnésium ou d’un MgOsoft burntà une température typiquement comprise entre 1 000 °C et 1 500 °C ; ou encore
- un MgOdead burnt, c’est-à-dire un MgO résultant de la calcination d’un carbonate de magnésium, d’un hydroxyde de magnésium ou d’un MgOsoft burntà une température typiquement supérieure à 1 500 °C et pouvant atteindre 2 300 °C.
Par ailleurs, le MgO peut être un MgO pur (c’est-à-dire présentant une pureté, exprimée en masse, supérieure à 95 % et, de préférence, supérieure à 99 %) ou, au contraire, comprendre au moins un autre élément à hauteur d’au moins 5 % en masse tel que du silicium, du calcium, du fer ou de l’aluminium, cet (ces) élément(s) se trouvant en général sous la forme d’oxyde(s) et/ou d’hydroxyde(s).
Toute source de phosphate connue de l'homme du métier est également utilisable dans le cadre de la présente invention. Ainsi, la source de phosphate peut notamment être :
- un acide tel que l'acide phosphorique, l'acide orthophosphorique, l'acide pyrophosphorique ou l'acide polyphosphorique ; ou
- un sel d’acide phosphorique, lequel peut être :
* un sel d’acide phosphorique et d’un élément métallique tel qu’un phosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, le phosphate d’aluminium, un mono-hydrogénophosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, le monohydrogéno-phosphate d'aluminium, un dihydrogénophosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, le dihydrogénophosphate d'aluminium, un orthophosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, l'orthophosphate d'aluminium, un pyrophosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, le pyrophosphate d'aluminium, un tri-, tétra- ou pentapolyphosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, ou un tri-, tétra- ou pentapolyphosphate d’aluminium ; ou
* un sel d’acide phosphorique et d’un élément non métallique tel que le phosphate ammoniacal, le monohydrogénophosphate ammoniacal, le dihydrogéno-phosphate ammoniacal, l’orthophosphate ammoniacal, le pyrophosphate ammoniacal, ou un tri-, tétra- ou pentapolyphosphate ammoniacal ; ou
* un mélange de ceux-ci.
- un acide tel que l'acide phosphorique, l'acide orthophosphorique, l'acide pyrophosphorique ou l'acide polyphosphorique ; ou
- un sel d’acide phosphorique, lequel peut être :
* un sel d’acide phosphorique et d’un élément métallique tel qu’un phosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, le phosphate d’aluminium, un mono-hydrogénophosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, le monohydrogéno-phosphate d'aluminium, un dihydrogénophosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, le dihydrogénophosphate d'aluminium, un orthophosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, l'orthophosphate d'aluminium, un pyrophosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, le pyrophosphate d'aluminium, un tri-, tétra- ou pentapolyphosphate d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, ou un tri-, tétra- ou pentapolyphosphate d’aluminium ; ou
* un sel d’acide phosphorique et d’un élément non métallique tel que le phosphate ammoniacal, le monohydrogénophosphate ammoniacal, le dihydrogéno-phosphate ammoniacal, l’orthophosphate ammoniacal, le pyrophosphate ammoniacal, ou un tri-, tétra- ou pentapolyphosphate ammoniacal ; ou
* un mélange de ceux-ci.
De préférence, le ciment phospho-magnésien est composé :
- d’un MgO calciné, préférentiellementhard burntpour éviter une prise trop rapide de la pâte cimentaire, un tel MgO étant, par exemple, celui commercialisé par la société Martin Marietta Magnesia Specialties sous la référence MagChemTM10 CR, et
- d’un sel d’acide phosphorique, lequel est avantageusement le phosphate de sodium (Na3PO4), le monohydrogénophosphate de sodium (Na2HPO4), le dihydrogéno-phosphate de sodium (NaH2PO4), le phosphate de potassium (K3PO4), le monohydrogéno-phosphate de potassium (K2HPO4), le dihydrogénophosphate de potassium (KH2PO4), le phosphate d’aluminium (AlPO4), le monohydrogénophosphate d’aluminium (Al2(HPO4)3), le phosphate d’ammonium ((NH4)3PO4), le monohydrogénophosphate d’ammonium ((NH4)2HPO4) ou le dihydrogénophosphate d’ammonium (NH4H2PO4) et, de préférence, le KH2PO4.
- d’un MgO calciné, préférentiellementhard burntpour éviter une prise trop rapide de la pâte cimentaire, un tel MgO étant, par exemple, celui commercialisé par la société Martin Marietta Magnesia Specialties sous la référence MagChemTM10 CR, et
- d’un sel d’acide phosphorique, lequel est avantageusement le phosphate de sodium (Na3PO4), le monohydrogénophosphate de sodium (Na2HPO4), le dihydrogéno-phosphate de sodium (NaH2PO4), le phosphate de potassium (K3PO4), le monohydrogéno-phosphate de potassium (K2HPO4), le dihydrogénophosphate de potassium (KH2PO4), le phosphate d’aluminium (AlPO4), le monohydrogénophosphate d’aluminium (Al2(HPO4)3), le phosphate d’ammonium ((NH4)3PO4), le monohydrogénophosphate d’ammonium ((NH4)2HPO4) ou le dihydrogénophosphate d’ammonium (NH4H2PO4) et, de préférence, le KH2PO4.
Le ciment phospho-magnésien présente avantageusement un rapport molaire magnésium/phosphore (Mg/P) qui est compris entre 0,1 et 12, de préférence entre 0,8 et 3 et, mieux encore, égal à 1 ± 0,1.
Conformément à l’invention, la poudre d’U3O8appauvri est une poudre dont 50 % en volume des grains (d50) ont une taille qui est avantageusement au plus égale à 5 μm, de préférence au plus égale à 3 μm et, mieux encore, égale à 2,35 μm, et dont 90 % en volume des grains (d90) ont une taille qui est avantageusement au plus égale à 10 μm, de préférence au plus égale à 7 μm et, mieux encore, égale à 6,15 μm.
Par ailleurs, la poudre d’U3O8appauvri peut être présente dans la pâte cimentaire à une teneur massique extrêmement variable, cette teneur étant préférentiellement choisie en fonction du ciment utilisé.
Ainsi, la poudre d’U3O8appauvri représente de préférence :
- de 1 % à 80 % et, mieux encore, de 10 % à 45 % massiques, par exemple 12,5 %, 24,5 % ou 42,5 % massiques, rapportés à la masse totale de la pâte cimentaire, dans le cas d’un ciment hydraulique, et, notamment, d’un ciment CEM I ou CEM II, et
- de 1 % à 80 % et, mieux encore, de 35 % à 75 % massiques, par exemple, 73,5 % massiques, rapportés à la masse totale de la pâte cimentaire, dans le cas d’un ciment phospho-magnésien et, notamment, d’un ciment composé d’un MgO calciné et d’un sel d’acide phosphorique.
- de 1 % à 80 % et, mieux encore, de 10 % à 45 % massiques, par exemple 12,5 %, 24,5 % ou 42,5 % massiques, rapportés à la masse totale de la pâte cimentaire, dans le cas d’un ciment hydraulique, et, notamment, d’un ciment CEM I ou CEM II, et
- de 1 % à 80 % et, mieux encore, de 35 % à 75 % massiques, par exemple, 73,5 % massiques, rapportés à la masse totale de la pâte cimentaire, dans le cas d’un ciment phospho-magnésien et, notamment, d’un ciment composé d’un MgO calciné et d’un sel d’acide phosphorique.
Outre de comprendre le ciment et la poudre d’U3O8appauvri, la pâte cimentaire peut comprendre un ou plusieurs adjuvants pour matériau cimentaire, propres à permettre un ajustement des propriétés de ce matériau à l’état frais (propriétés rhéologiques, temps de prise, temps de durcissement, etc.) et/ou à l’état durci (durabilité par exemple).
Ainsi, cet (ces) adjuvant(s) peut (peuvent) notamment être choisi(s) parmi les plastifiants (réducteurs d’eau ou non), les super-plastifiants (hauts réducteurs d’eau ou non), les modificateurs du temps de prise, les modificateurs du temps de durcissement et les adjuvants qui combinent plusieurs propriétés comme les super-plastifiants hauts réducteurs d’eau/retardateurs de prise.
En particulier, la pâte cimentaire peut comprendre un super-plastifiant et/ou un retardateur de prise.
Des super-plastifiants susceptibles de convenir sont notamment les super-plastifiants hauts réducteurs d’eau tels que les polymères éthers polycarboxyliques et les polynaphtalènes sulfonates.
Des retardateurs de prise susceptibles de convenir sont notamment l’acide fluorhydrique (HF) et ses sels (fluorure de sodium par exemple), l’acide phosphorique (H3PO4) et ses sels (phosphate de sodium par exemple), l’acide borique (H3BO3) et ses sels (borate de sodium du type borax par exemple), l’acide citrique et ses sels (citrate de sodium par exemple), l’acide malique et ses sels (malate de sodium par exemple), l’acide tartrique et ses sels (tartrate de sodium par exemple), le carbonate de sodium (Na2CO3) et le gluconate de sodium.
Parmi ceux-ci, préférence est donnée à l’acide borique et au borate de sodium.
Lorsque la pâte cimentaire comprend un super-plastifiant, celui-ci ne représente, de préférence, pas plus de 4,5 % en masse de la masse de ciment tandis que, lorsque la pâte cimentaire comprend un retardateur de prise, celui-ci ne représente, de préférence, pas plus de 10 % en masse de la masse totale de ladite pâte cimentaire.
Conformément à l’invention, la pâte cimentaire peut aussi comprendre en fonction de l’usage auquel est destiné le matériau cimentaire :
- du sable, qui peut être siliceux, calcaire ou silico-calcaire, auquel cas la pâte cimentaire prend alors le nom de mortier et le rapport massique sable/ciment peut aller jusqu’à 6, et/ou
- des gravillons, qui peuvent également être siliceux, calcaires ou silico-calcaires, auquel cas la pâte cimentaire prend alors le nom de béton et le rapport massique gravillons/ciment peut aller jusqu’à 4.
- du sable, qui peut être siliceux, calcaire ou silico-calcaire, auquel cas la pâte cimentaire prend alors le nom de mortier et le rapport massique sable/ciment peut aller jusqu’à 6, et/ou
- des gravillons, qui peuvent également être siliceux, calcaires ou silico-calcaires, auquel cas la pâte cimentaire prend alors le nom de béton et le rapport massique gravillons/ciment peut aller jusqu’à 4.
Les termessableetgravillonsont utilisés ici dans leur acceptation usuelle dans le domaine des mortiers et bétons (cf. notamment la norme NF EN 12620 relative aux granulats pour béton), à savoir que :
- un sable est un granulat dont la dimension supérieureDest au plus égale à 4 mm ; tandis que
- un gravillon est un granulat dont la dimension inférieuredest au moins égale à 2 mm et dont la dimension supérieureDest au moins égale à 4 mm, étant entendu que, dans le cadre de l’invention, la dimension supérieureDdu (des) gravillon(s) est, de préférence, au plus égale à 16 mm.
- un sable est un granulat dont la dimension supérieureDest au plus égale à 4 mm ; tandis que
- un gravillon est un granulat dont la dimension inférieuredest au moins égale à 2 mm et dont la dimension supérieureDest au moins égale à 4 mm, étant entendu que, dans le cadre de l’invention, la dimension supérieureDdu (des) gravillon(s) est, de préférence, au plus égale à 16 mm.
La pâte cimentaire peut encore comprendre en fonction de l’usage auquel est destiné le matériau cimentaire :
- des fibres inorganiques telles que des fibres métalliques (par exemple d’acier, de fonte amorphe ou d’acier inoxydable), des fibres de verre ou des fibres de carbone, et/ou
- des fibres organiques, telles que des fibres acryliques, des fibres de polyamide, des fibres d’aramide, des fibres de kevlar, des fibres de polyéthylène, des fibres de polypropylène ou des fibres de polyacrylamide.
- des fibres inorganiques telles que des fibres métalliques (par exemple d’acier, de fonte amorphe ou d’acier inoxydable), des fibres de verre ou des fibres de carbone, et/ou
- des fibres organiques, telles que des fibres acryliques, des fibres de polyamide, des fibres d’aramide, des fibres de kevlar, des fibres de polyéthylène, des fibres de polypropylène ou des fibres de polyacrylamide.
Conformément à l’invention, la pâte cimentaire comprend typiquement un rapport massique eau/ciment allant de 0,10 à 1, de préférence, de 0,20 à 0,60 et, mieux encore, de 0,30 à 0,55.
Conformément à l’invention, la pâte cimentaire peut en outre comprendre des déchets radioactifs si le matériau cimentaire est utilisé comme matrice d’immobilisation de ces déchets.
Auquel cas, si les déchets radioactifs sont des déchets liquides, alors une partie de l’eau présente dans la pâte cimentaire peut être apportée par ces déchets.
Comme montré dans les exemples décrits ci-après, les matériaux cimentaires préparés par le procédé de l’invention se sont révélés présenter des propriétés très satisfaisantes tant en termes de propriétés mécaniques, de tenue à la température, de stabilité dimensionnelle, d’ouvrabilité, de temps de prise et de durabilité que de blindage contre les rayonnements ionisants.
En particulier, les matériaux obtenus à partir d’un ciment Portland ont montré une résistance à la compression proche de 60 MPa, voire supérieure à cette valeur, à 28 jours de maturation ainsi qu’une tenue à la température jusqu’à 232 °C sans fissuration.
Aussi ce procédé est-il susceptible de trouver de nombreuses applications et l’invention a-t-elle également pour objet :
- un procédé d’immobilisation de déchets radioactifs par cimentation, qui est caractérisé en ce qu’il comprend la préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants par un procédé tel que précédemment défini.
- un procédé de fabrication d’un conteneur de conditionnement de déchets radioactifs,
- un procédé de fabrication d’un emballage de transport et/ou de stockage de matières radioactives,
- un procédé de fabrication d’un élément de structure d’un site de stockage de déchets radioactifs, et
- un procédé de fabrication d’un élément de structure d’une salle blindée ou radio-protégée,
tous ces procédés étant caractérisés en ce qu’ils comprennent la préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants par un procédé tel que précédemment défini.
- un procédé d’immobilisation de déchets radioactifs par cimentation, qui est caractérisé en ce qu’il comprend la préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants par un procédé tel que précédemment défini.
- un procédé de fabrication d’un conteneur de conditionnement de déchets radioactifs,
- un procédé de fabrication d’un emballage de transport et/ou de stockage de matières radioactives,
- un procédé de fabrication d’un élément de structure d’un site de stockage de déchets radioactifs, et
- un procédé de fabrication d’un élément de structure d’une salle blindée ou radio-protégée,
tous ces procédés étant caractérisés en ce qu’ils comprennent la préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants par un procédé tel que précédemment défini.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture du complément de description qui suit et qui est donné en référence aux figures annexées.
Il va de soi que ce complément de description n’est donné qu’à titre d’illustration de l’objet de l’invention et ne constitue en aucun cas une limitation de cet objet.
Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers
E
xemple
I
:
Propriétés mécaniques
, stabilité dimensionnelle,
ouvrabilité et temps de prise
d’un m
atériau
cimentaire
de l’invention
au ciment phospho
-
magnésien
On prépare 4 pâtes différentes de ciment phospho-magnésien – dénommées respectivement ci-après CPM-U3O8, CPM-CV, CPM-REF1 et CPM-REF2 – en utilisant :
- un oxyde de magnésium « hard burnt » (MagChemTM10 CR de Martin Marietta Magnesia Specialties, LLC) ;
- du dihydrogénophosphate de potassium KH2PO4(ChemLab) comme sel d’acide phosphorique ; et
- de l’acide borique H3BO3comme retardateur de prise.
- un oxyde de magnésium « hard burnt » (MagChemTM10 CR de Martin Marietta Magnesia Specialties, LLC) ;
- du dihydrogénophosphate de potassium KH2PO4(ChemLab) comme sel d’acide phosphorique ; et
- de l’acide borique H3BO3comme retardateur de prise.
Parmi ces 4 pâtes cimentaires, seule la pâte CPM-U3O8est conforme à l’invention.
De ce fait, elle comprend, outre les constituants précités, 73,5 % en masse d’U3O8appauvri qui est apporté sous la forme d’une poudre, laquelle a, dans le cas présent, la distribution granulaire suivante : d10= 0,80 µm ; d50= 2,35 µm et d90= 6,15 µm.
La pâte CPM-CV, qui est destinée à obtenir un matériau cimentaire propre à simuler dans certains essais (pour des raisons de radioprotection) le matériau cimentaire obtenu à partir de la pâte CPM-U3O8, est exempte d’U3O8appauvri mais comprend, comme analogue de ce dernier, 39,3 % en masse de cendres volantes (matière silico-alumino-calcique), de distribution granulaire similaire à celle de la poudre d’U3O8utilisée pour préparer la pâte CPM-U3O8.
Les pâtes CPM-REF1 et CPM-REF2, qui sont destinées à obtenir des matériaux cimentaires propres à servir de références issues de la littérature scientifique, ne comprennent ni U3O8appauvri ni cendres volantes.
Toutes ces pâtes sont préparées selon le même protocole opératoire, à savoir que :
1. on dissout l’acide borique dans de l’eau,
2. on dissout le KH2PO4dans la solution aqueuse d’acide borique,
3. on ajoute à la solution ainsi obtenue le MgO et, dans le cas des pâtes CPM-U3O8et CPM-CV, la poudre d’U3O8pour la première et les cendres volantes pour la seconde, et
4. on malaxe le tout jusqu’à homogénéisation.
1. on dissout l’acide borique dans de l’eau,
2. on dissout le KH2PO4dans la solution aqueuse d’acide borique,
3. on ajoute à la solution ainsi obtenue le MgO et, dans le cas des pâtes CPM-U3O8et CPM-CV, la poudre d’U3O8pour la première et les cendres volantes pour la seconde, et
4. on malaxe le tout jusqu’à homogénéisation.
Les pâtes CPM-U3O8et CPM-CV sont stœchiométriques, à savoir qu’elles présentent un rapport molaire magnésium-sur-phosphate (Mg/P) de 1 et un rapport massique eau-sur-ciment (E/C) de 0,51 (avec C = MgO + KH2PO4). La pâte CPM-U3O8présente un rapport massique U3O8-sur-ciment de 4,2 tandis que la pâte CPM-CV présente un rapport massique cendres volantes-sur-ciment de 1. Toutefois, la pâte CPM-CV comprend un volume de cendres volantes qui est identique au volume d’U3O8appauvri présent dans la pâte CPM-U3O8.
Les pâtes CPM-REF1 et CPM-REF2 sont, elles, sur-stœchiométriques et présentent toutes les deux un rapport molaire Mg/P de 6. Par contre, la pâte CPM-REF1 présente un rapport massique E/C de 0,20 tandis que la pâte CPM-REF2 présente un rapport massique E/C de 0,255.
La composition qualitative et quantitative des 4 pâtes cimentaires est précisée dans le tableau 1 ci-après, pour 100 g de pâte.
Des échantillons des pâtes cimentaires sont coulés dans des moules et sont soumis à une cure endogène (cure étanche) à 25°C sauf dans le cas où ces échantillons sont soumis aux essais d’ouvrabilité et de temps de prise.
Les matériaux cimentaires ainsi obtenus sont dénommés dans ce qui suit et sur les figures 1 à 4 et 15 à 22 de la même façon que la pâte cimentaire dont ils sont issus.
Des échantillons de la pâte cimentaire CPM-CV simulant la pâte CPM-U3O8et des échantillons de la pâte cimentaire de référence CPM-REF1 sont soumis à des essais d’étalement et de temps de prise.
Les essais d’étalement sont réalisés au micro-cône d’Abrams tandis que les essais de prise sont réalisés avec un prisomètre Vicat automatique.
L’étalement de la pâte CPM-CV est de 30 ± 1 cm, tandis que celui de la pâte CPM-REF1 est de 16 ± 1 cm, soit deux fois plus faible.
Le temps de prise de la pâte CPM-CV est de 3 heures et 45 min tandis que le temps de prise de la pâte CPM-REF1 est de l’ordre de 20 minutes, soit 11 fois plus faible. La prise de la pâte CPM-REF1 est très rapide et peu apte à une utilisation pratique.
I.
3
–
R
ésistance
à la
compression
au cours du temps
:
Des essais de résistance à la compression sont réalisés à 1 jour, 7 jours et 28 jours de cure avec des échantillons des matériaux cimentaires CPM-U3O8et CPM-CV.
Pour des raisons de radioprotection, les échantillons du matériau CPM-U3O8sont des échantillons miniatures se présentant sous la forme de cylindres de 0,75 cm de diamètre sur 1,3 cm de hauteur, carottés dans des prismes de 1,3x1,3x5,2 cm3(analogues aux prismes normalisés de 4x4x16 cm3).
Les échantillons du matériau CPM-CV se présentent, eux, sous la forme de cubes de 4x4x4 cm3.
Les essais sont réalisés sous presse uniaxiale.
Les résultats sont présentés sur la qui illustre l’évolution de la résistance à la compression, notée Rcet exprimée en MPa, des matériaux testés en fonction du temps, noté t et exprimé en jours.
Cette figure montre que les matériaux CPM-U3O8et CPM-CV ont tous deux une résistance à la compression de 25 ± 2 MPa à 28 jours.
I.
4
–
R
ésistance
à la compression en
température :
Des essais de résistance à la compression en température sont réalisés pour apprécier la tenue des pâtes cimentaires, sans ou avec apport d’U3O8appauvri. Le cas d’une sollicitation thermique est un scénario possible pour l’utilisation de ces matériaux pour le blindage vis-à-vis de matériaux radioactifs et relarguant également de la chaleur.
Ces essais sont réalisés avec des échantillons :
- d’une part, du matériau CPM-CV simulant le matériau CPM-U3O8(pour les raisons de radioprotection précédemment évoquées), et
- d’autre part, du matériau de référence CPM-REF2.
- d’une part, du matériau CPM-CV simulant le matériau CPM-U3O8(pour les raisons de radioprotection précédemment évoquées), et
- d’autre part, du matériau de référence CPM-REF2.
Ces échantillons sont des prismes normalisés de 4x4x16 cm3.
Le traitement auquel les échantillons sont soumis consiste en un traitement en température typique pour l’application envisagée :
1. soumettre les échantillons, à l’issue de 28 jours de cure à 25°C, à une première montée en température de 24 heures jusqu’à atteindre 107°C,
2. laisser les échantillons à 107°C pendant 28 jours, puis
3. soumettre les échantillons à une deuxième montée en température de 24 heures jusqu’à atteindre 232°C, et
4. laisser les échantillons à 232°C pendant 40 heures.
1. soumettre les échantillons, à l’issue de 28 jours de cure à 25°C, à une première montée en température de 24 heures jusqu’à atteindre 107°C,
2. laisser les échantillons à 107°C pendant 28 jours, puis
3. soumettre les échantillons à une deuxième montée en température de 24 heures jusqu’à atteindre 232°C, et
4. laisser les échantillons à 232°C pendant 40 heures.
Six échantillons de chaque matériau sont soumis à une compression uniaxiale à 1 jour, 7 jours et 28 jours de cure, puis à 7 jours du début du traitement à 107°C et au terme de ce traitement (après complet refroidissement à température ambiante), puis enfin au terme du traitement à 232°C (également après complet refroidissement à température ambiante).
Les résultats sont présentés sur la , qui illustre l’évolution de la résistance à la compression, notée Rcet exprimée en MPa, des matériaux testés en fonction du temps, noté t et exprimé en jours, et de la température, notée θ et exprimée en °C, ainsi que sur la , qui correspond à des photographies de 3 échantillons de chacun des matériaux testés, prises à l’issue des essais de résistance en température.
La montre que les performances mécaniques augmentent dans le temps pour une cure à 25°C (jusqu’à 28 jours), puis, dès 9 jours de chauffage à 107°C, une baisse importante de la résistance à la compression est obtenue : -52 % (par rapport à la valeur mesurée après 28 jours à 25°C) pour le matériau CPM-CV et -66 % (par rapport à la valeur mesurée après 28 jours à 25°C) pour le matériau CPM-REF2. Cette baisse de résistance à la compression est attribuée à la décomposition de la phase liante du ciment (i.e. la k-struvite). Les performances mécaniques restent stables pour les 21 jours suivants à 107°C, mais chutent encore davantage après un chauffage de 2 jours à 232°C. Quel que soit le matériau, la résistance à la compression au terme du traitement à 232°C est de l’ordre de 8 ± 1 MPa.
En complément, comme le montre la , les échantillons du matériau CPM-CV ne présentent pas de fissuration, contrairement au matériau CPM-REF2, sans cendres volantes.
On peut donc en conclure que l’ajout de fines à une pâte d’un ciment phospho-magnésien, améliore la résistance à la fissuration du matériau cimentaire obtenu à partir de cette pâte, lors d’un chauffage jusqu’à 232°C. Cela a été observé pour les cendres volantes, et est supposé également vrai pour les matériaux faits avec la poudre analogue d’U3O8.
Des essais de stabilité dimensionnelle sont réalisés avec des échantillons :
- d’une part, du matériau CPM-CV simulant la pâte CPM-U3O8(pour les raisons de radioprotection précédemment évoquées), et
- d’autre part, du matériau de référence CPM-REF1.
- d’une part, du matériau CPM-CV simulant la pâte CPM-U3O8(pour les raisons de radioprotection précédemment évoquées), et
- d’autre part, du matériau de référence CPM-REF1.
Les échantillons sont des prismes normalisés de 4x4x16 cm3et sont équipés de plots de mesure à chaque extrémité. Les essais sont réalisés selon les normes NF P15-433 (Méthodes d'essais des ciments - Détermination du retrait et du gonflement) et NF P18-427 (Béton - Détermination des variations dimensionnelles entre deux faces opposées d'éprouvettes de béton durci) pendant 46 jours de cure endogène (en sac étanche) à 21°C.
Les résultats sont présentés sur la figure 4 qui illustre l’évolution de la variation relative de longueur des échantillons (où Ltest la longueur au temps t et L0la longueur au temps t=0), notée ε et exprimée en μm/m. Le temps t est exprimé en jours. ε est une expansion (lorsqu’elle est positive) ou un retrait (lorsqu’elle est négative).
Cette figure montre que la plus forte augmentation de ε est constatée entre 1 et 7 jours, jusqu’à plus de 800 μm/m pour la formulation CPM-CV. Après 7 jours, les deux formulations se stabilisent dimensionnellement et ont des expansions similaires. Cette expansion au jeune âge (jusqu’à 7 jours) provient d’un chemin réactionnel qui est différent pour le matériau CPM-CV comparativement au matériau CPM-REF1. Pour la pâte CPM-REF1, la réaction de formation de la k-struvite est rapide, de telle sorte que seule la présence de k-struvite et de MgO est détectable (par ATG et DRX). Pour la pâte CPM-CV, la réaction de formation de la k-struvite est précédée de la formation d’hydrates intermédiaires, encore présents à 28 jours de maturation. Ces assemblages de phases, bien que différents, ont des variations dimensionnelles du même ordre après 7 jours.
La valeur de 1200 μm/m pour la formulation CPM-CV, mesurée à 45 jours, reste comparable à celle de pâtes de ciments phospho-magnésiens de la littérature, maturées dans des conditions différentes.
E
xemple
II
:
Propriétés mécaniques
, stabilité dimensionnelle, ouvrabilité et durabilité
de
matériaux
cimentaire
s
de l’invention
au ciment
Portland
On prépare 3 mortiers différents à base de ciment Portland – dénommés respectivement ci-après CP-12,5%U3O8, CP-3,3%CV et CP-REF – en utilisant :
- un ciment CEM I 52,5 R (Lafarge) ;
- un superplastifiant haut réducteur d’eau (MasterGleniumTM27 – BASF) ; et
- du sable siliceux à 96 % dont la distribution granulométrique suit la norme NF EN 196-1.
- un ciment CEM I 52,5 R (Lafarge) ;
- un superplastifiant haut réducteur d’eau (MasterGleniumTM27 – BASF) ; et
- du sable siliceux à 96 % dont la distribution granulométrique suit la norme NF EN 196-1.
Cette distribution est précisée dans le tableau 2 ci-après, pour 100 g de sable.
Parmi ces 3 mortiers, seul le mortier CP-12,5%U3O8est conforme à l’invention.
De ce fait, il comprend, outre les constituants précités, 12,5 % massiques d’U3O8appauvri qui, là également, est apporté sous la forme d’une poudre, laquelle est identique à celle utilisée au point I.1 ci-avant. Il présente un rapport massique U3O8-sur-ciment de 63 % et un rapport massique E/C de 0,41.
Le mortier CP-3,3%CV, qui est destiné à obtenir un matériau cimentaire propre à simuler dans certains essais le matériau cimentaire obtenu à partir du mortier CP-12,5%-U3O8, est exempt d’U3O8appauvri mais comprend, comme analogue de ce dernier, 3,3 % massiques de cendres volantes identiques à celles utilisées au point I.1 ci-avant. Il présente un rapport massique cendres volantes-sur-ciment de 15 % et un rapport massique E/C de 0,41. Toutefois, il comprend un volume de cendres volantes qui est identique au volume d’U3O8appauvri présent dans le mortier CP-12,5%U3O8.
Le mortier CP-REF, qui est destiné à servir de référence issue de la littérature, ne comprend ni U3O8ni cendres volantes. Il présente un rapport massique E/C de 0,40.
Ces 3 mortiers sont préparés selon le protocole opératoire décrit dans la norme NF EN 196-1, à savoir que :
1. le superplastifiant est mélangé à l’eau jusqu’à homogénéisation,
2. ce mélange est ajouté au ciment et l’ensemble est malaxé à vitesse lente pendant 30 secondes,
3. le sable est ajouté à la pâte pendant les 30 secondes suivantes, toujours à vitesse lente, puis pendant 30 secondes à vitesse rapide.
4. le malaxage est temporairement arrêté pendant 1 minute 30, puis repris pour 60 secondes supplémentaires à vitesse rapide.
1. le superplastifiant est mélangé à l’eau jusqu’à homogénéisation,
2. ce mélange est ajouté au ciment et l’ensemble est malaxé à vitesse lente pendant 30 secondes,
3. le sable est ajouté à la pâte pendant les 30 secondes suivantes, toujours à vitesse lente, puis pendant 30 secondes à vitesse rapide.
4. le malaxage est temporairement arrêté pendant 1 minute 30, puis repris pour 60 secondes supplémentaires à vitesse rapide.
Leur composition qualitative et quantitative est précisée dans le tableau 3 ci-après, pour 100 g de mortier.
On prépare, par ailleurs, 4 autres mortiers – dénommés respectivement ci-après CP-24,5%U3O8, CP-42,5%U3O8, CP-7,2%CV et CP-15%CV – en suivant un protocole opératoire identique à celui décrit ci-avant mais en remplaçant dans les formulations indiquées ci-avant pour les mortiers CP-12,5%U3O8et CP-3,3%CV :
les grains du sable normalisé qui présentent une taille inférieure à 160 μm par un volume identique d’U3O8appauvri dans le cas du mortier CP-24,5%U3O8et de cendres volantes dans le cas du mortier CP-7,2%CV, et
les grains du sable normalisé qui présentent une taille inférieure à 315 μm par un volume identique d’U3O8appauvri dans le cas du mortier CP-42,5%U3O8et de cendres volantes dans le cas du mortier CP-15%CV.
les grains du sable normalisé qui présentent une taille inférieure à 160 μm par un volume identique d’U3O8appauvri dans le cas du mortier CP-24,5%U3O8et de cendres volantes dans le cas du mortier CP-7,2%CV, et
les grains du sable normalisé qui présentent une taille inférieure à 315 μm par un volume identique d’U3O8appauvri dans le cas du mortier CP-42,5%U3O8et de cendres volantes dans le cas du mortier CP-15%CV.
La composition qualitative et quantitative de ces 4 mortiers est précisée dans le tableau 4 ci-après, pour 100 g de mortier.
Des échantillons des 7 mortiers ainsi préparés sont coulés dans des moules et subissent une cure endogène (cure étanche) à 25°C, sauf dans le cas où ces échantillons sont soumis aux essais d’ouvrabilité et de temps de prise (on parle alors de mortiers à l’état dit frais, pendant une période de l’ordre de 30 minutes après fabrication pour l’essai d’ouvrabilité et de 24 heures après fabrication pour l’essai de temps de prise).
Les matériaux cimentaires ainsi obtenus sont dénommés dans ce qui suit et sur les figures 5 à 22 de la même façon que le mortier dont ils sont issus.
Des échantillons du mortier CP-3,3%CV simulant le mortier CP-12,5%U3O8ainsi que des échantillons du mortier de référence CP-REF sont soumis à des essais d’étalement et d’affaissement.
Ces essais sont réalisés au micro-cône d’Abrams.
Les deux mortiers présentent des valeurs d’étalement et d’affaissement similaires.
En effet, l’étalement du mortier CP-3,3%CV est de 13,5 cm et son affaissement est de 7,5 cm tandis que l’étalement du mortier CP-REF est de 14 cm et son affaissement est de 8 cm.
Concernant le temps de prise, celui-ci n’a pas été déterminé par des essais au prisomètre Vicat automatique mais, sur la base des observations effectuées lors des premières heures après le malaxage, conjointement avec les données de la littérature. Il est apparu que ce temps est au moins égal à 40 min.
II.
3
– Résistance
à la compression
au cours du temps :
On réalise deux séries d’essais de résistance à la compression sous presse uniaxiale.
La 1èresérie d’essais est réalisée à 14 jours et 28 jours de cure avec des échantillons des matériaux cimentaires CP-12,5%U3O8et CP-3,3%CV.
La 2èmesérie d’essais est réalisée à 1 jour, 4 jours, 14 jours et 28 jours de cure avec des échantillons des matériaux cimentaires CP-24,5%U3O8, CP-42,5%U3O8, CP-7,2%CV et CP-15%CV.
Pour des raisons de radioprotection, tous ces essais sont réalisés avec des échantillons miniatures se présentant sous la forme de cylindres de 0,75 cm de diamètre sur 1,3 cm de hauteur, carottés dans des prismes de 1,3x1,3x5,2 cm3(analogues aux prismes normalisés de 4x4x16 cm3).
Les résistances à la compression obtenues à 28 jours dans la 1èresérie d’essais sont de l’ordre de 60 MPa pour le matériau CP-12,5%U3O8et de l’ordre de 70 MPa pour le matériau CP-3,3%CV. Les mesures sur des prismes normalisés (4x4x16 cm3) ont donné des valeurs similaires (sans différence significative) pour la formulation CP-3,3%CV.
Les résistances à la compression obtenues dans la 2èmesérie d’essais sont présentées sur la qui illustre l’évolution de la résistance à la compression, notée Rcet exprimée en MPa, des matériaux CP-24,5%U3O8, CP-42,5%U3O8, CP-7,2%CV et CP-15%CV en fonction du temps, noté t et exprimé en jours.
Cette figure montre une augmentation de la résistance à la compression de tous les matériaux en fonction du temps. Elle montre également qu’il est possible d’incorporer jusqu’à 42,5 % massiques (rapportés à 100 g de mortier) d’U3O8appauvri dans un mortier tout en obtenant un matériau cimentaire qui présente une résistance à la compression moyenne de 63 +/- 11 MPa à 28 jours de cure.
II.
4
– Résistance à la compression en température :
On réalise deux séries d’essais de résistance à la compression après une cure en température.
La 1èresérie d’essais est réalisée avec des échantillons des matériaux cimentaires CP-3,3%CV, CP-15%CV et CP-REF, les échantillons étant :
- d’une part, des échantillons miniatures se présentant sous la forme de cylindres de 0,75 cm de diamètre sur 1,3 cm de hauteur carottés dans des prismes de 1,3x1,3x5,2 cm3, et
- d’autre part, des échantillons se présentant sous la forme de cubes de 4x4x4cm3préalablement obtenus à partir de prismes de 4x4x16 cm3.
- d’une part, des échantillons miniatures se présentant sous la forme de cylindres de 0,75 cm de diamètre sur 1,3 cm de hauteur carottés dans des prismes de 1,3x1,3x5,2 cm3, et
- d’autre part, des échantillons se présentant sous la forme de cubes de 4x4x4cm3préalablement obtenus à partir de prismes de 4x4x16 cm3.
La 2èmesérie d’essais est réalisée avec des échantillons des matériaux cimentaires CP-12,5%U3O8, CP-24,5%U3O8, CP-42,5%U3O8, CP-3,3%CV, CP-15%CV et CP-REF, les échantillons étant tous des échantillons miniatures (cylindres de 0,75 cm de diamètre sur 1,3 cm de hauteur carottés dans des prismes de 1,3x1,3x5,2 cm3).
Tous les échantillons sont soumis, à l’issue de 28 jours de cure à 25°C, à un traitement thermique identique à celui décrit au point I.4 ci-avant.
Les échantillons de la 1èresérie d’essais sont soumis à une compression uniaxiale à 28 jours de cure, au terme du traitement de 28 jours à 107°C (après complet refroidissement à température ambiante) ainsi qu’au terme du traitement de 40 heures à 232°C (également après complet refroidissement à température ambiante).
Les échantillons de la 2èmesérie d’essais sont soumis à une compression uniaxiale à 1 jour, 4 jours, 14 jours et 28 jours de cure à 25°C, puis au terme du traitement de 28 jours à 107°C (après complet refroidissement à température ambiante) ainsi qu’au terme du traitement de 40 heures à 232°C (également après complet refroidissement à température ambiante).
Les résultats de ces essais sont présentés sur la pour la 1èresérie et sur la pour la 2èmesérie, les résistances à la compression, notées Rcet exprimées en MPa, étant indiquées sur ces deux figures en fonction du temps, noté t et exprimé en jours, et de la température, notée θ et exprimée en °C.
La montre que tous les échantillons ont une résistance à la compression moyenne d’au moins 51 MPa après 28 jours à 25°C. Les échantillons de taille normalisée voient leur résistance à la compression encore augmenter lors du chauffage suivant, pendant 28 jours à 107°C, jusqu’à une moyenne de 70 ± 6 MPa ; après 40 heures à 232°C, la résistance chute peu, et elle reste de 67 ± 5 MPa. Les échantillons miniatures voient leur résistance diminuer après 28 jours à 107°C, jusqu’à une moyenne de 44 ± 6 MPa ; cette valeur chute peu, avec une moyenne de 41 ± 9 MPa après le chauffage de 40 heures à 232°C.
Les performances mécaniques obtenues pour les échantillons présentant les plus grandes dimensions sont plus élevées que celles obtenues pour les échantillons miniatures. Ceci est lié à la différence de volume existant entre les deux types d’échantillons qui est d’un facteur 29, et qui influence grandement les phénomènes physico-chimiques de dégradation thermique. Dans le cas des échantillons de plus grandes dimensions, le séchage dû au chauffage améliore les performances mécaniques des matériaux alors que, pour les échantillons miniatures, les matériaux se dégradent plus facilement du fait de leur faible volume.
La montre, elle, que pendant les premiers 28 jours à 25°C, les mortiers à l’U3O8développent leurs performances un peu plus lentement que ceux aux cendres volantes ; à 28 jours, ils ont des performances similaires, ainsi qu’après traitement thermique à 107°C puis 232°C. Une diminution de la résistance à la compression des matériaux est observée avec l’augmentation de la température, avec une résistance à la compression qui atteint respectivement 33 ± 5 MPa pour le matériau CP-42,5%U3O8et 45 ± 5 MPa pour le matériau CP-24,5 %U3O8au terme du traitement à 107°C puis 232°C. Pour ce dernier matériau, si on extrapole, à partir des données de la , la résistance à la compression obtenue à des échantillons de plus grandes dimensions, alors on obtient une résistance à la compression supérieure à 60 MPa (valeur typique de résistance à la compression des bétons dits à haute performance) au terme du traitement à 232°C.
Des essais de stabilité dimensionnelle sont réalisés avec des échantillons :
- d’une part, des matériaux CP-7,2%CV et CP-15%CV simulant respectivement les matériaux CP-24,5%U3O8et CP-42,5%U3O8, et
- d’autre part, du matériau de référence CP-REF.
- d’une part, des matériaux CP-7,2%CV et CP-15%CV simulant respectivement les matériaux CP-24,5%U3O8et CP-42,5%U3O8, et
- d’autre part, du matériau de référence CP-REF.
Les échantillons sont des prismes normalisés de 4x4x16 cm3et sont équipés de plots de mesure à chaque extrémité. Les essais sont réalisés selon les normes NF P15-433 (Méthodes d'essais des ciments - Détermination du retrait et du gonflement) et NF P18-427 (Béton - Détermination des variations dimensionnelles entre deux faces opposées d'éprouvettes de béton durci) pendant 7 jours de cure endogène (en sac étanche) à 21°C.
Les résultats sont présentés sur la figure 8 qui illustre l’évolution de la variation relative de longueur des échantillons (où Ltest la longueur au temps t et L0est la longueur au temps t=0), notée ε et exprimée en μm/m. Le temps t est exprimé en jours. ε est une expansion (lorsqu’elle est positive) ou un retrait (lorsqu’elle est négative).
Cette figure montre que les trois matériaux testés présentent un retrait, qui est inférieur pour les matériaux CP-7,2%CV et CP-15%CV à celui observé pour le matériau CP-REF. Il est lié à l’hydratation du ciment Portland (contraction de Le Châtelier).
La durabilité des matériaux CP-12,5%U3O8, CP-24,5%U3O8et CP-42,5%U3O8est appréciée par des essais de lixiviation.
Pour ce faire, des échantillons de ces matériaux se présentant sous la forme de cubes de 1,3x1,3x1,3 cm3sont immergés, après 28 jours de cure à 25°C, dans 30 mL de l’une des 2 solutions lixiviantes suivantes :
- de l’eau déminéralisée, notée ED, de pH de l’ordre de 6, ou
- une solution saturée d’hydroxyde de calcium (Ca(OH)2), appelée eau de chaux et notée EC, de pH de l’ordre de 12,5.
- de l’eau déminéralisée, notée ED, de pH de l’ordre de 6, ou
- une solution saturée d’hydroxyde de calcium (Ca(OH)2), appelée eau de chaux et notée EC, de pH de l’ordre de 12,5.
À différentes échéances de 3, 9, 15 et 30 jours d’immersion, les lixiviats sont analysés par spectrométrie d’émission atomique par torche à plasma (ICP-AES) pour mesurer leur teneur en uranium et les solutions lixiviantes sont renouvelées après chaque échéance de mesure.
À titre de comparaison, des essais identiques sont réalisés avec des échantillons d’1 g de la poudre d’U3O8appauvri identique à celle utilisée pour préparer les mortiers dont sont issus les matériaux CP-12,5%U3O8, CP-24,5%U3O8et CP-42,5%U3O8.
Les résultats de ces essais sont présentés sur la dans laquelle l’axe des ordonnées correspond à la quantité d’uranium lixivié, notée QUet exprimée en g par kg de matériau cimentaire, tandis que l’axe des abscisses correspond au temps, exprimé en jours, d’immersion des échantillons.
Cette figure montre que, dans le cas de la poudre d’U3O8, la lixiviation de l’uranium dans l’eau déminéralisée est significativement plus élevée que la lixiviation dans l’eau de chaux (100 g/kgversus3 g/kg à 30 jours d’immersion).
Elle montre également que, dans le cas des matériaux cimentaires incorporant de l’U3O8, la lixiviation de cet uranium par l’eau de chaux est beaucoup plus faible que celle observée pour la poudre d’U3O8et ce, quel que soit le matériau.
Il est à noter que, concernant la lixiviation des matériaux cimentaires par l’eau déminéralisée, seul le résultat ayant été obtenu à 30 jours d’immersion pour le matériau CP-42,5%U3O8est indiqué sur la , la quantité d’uranium lixivié par l’eau déminéralisée étant, en effet, inférieure à la limite de détection de l’appareil d’ICP-AES pour les autres matériaux testés. De même, seuls les résultats à partir de 15 jours dans l’eau de chaux ont pu être mesurés (ils sont inférieurs à la limite de détection en dessous de 15 jours).
E
xemple
III
: Propriétés de blindage aux rayonnements ionisants
de matériaux cimentaires de l’invention
Les propriétés de blindage des matériaux CPM-U3O8, CP-12,5%U3O8, CP-24,5%U3O8et CP-42,5%U3O8sont évaluées en fonction de l’énergie incidente du photon émis lors d’un rayonnement ionisant.
À cet égard, on rappelle que l’énergie incidente d’un faisceau ionisant de photons (rayons X) est atténuée au travers d’un matériau donné selon la loi d’atténuation exponentielle suivante :
dans laquelle :
est l’énergie incidente du faisceau ionisant,
est le coefficient d’atténuation linéique (ou linéaire) du matériau (en cm-1), tandis que
est l’épaisseur du matériau qui est traversée par le faisceau ionisant.
À partir de cette équation, il est possible de calculer :
(1) la couche de demi-atténuation, notée HVL (deHalf Value Layer), et exprimée en cm, correspondant à l’épaisseur de matériau à traverser pour que l’énergie incidente du faisceau ionisant soit divisée par deux, i.e. la valeur de x telle que E(x)/El= 0,5, et
(2) la couche d’atténuation au dixième, notée TVL (deTenth Value Layer), et exprimée en cm, correspondant à l’épaisseur de matériau à traverser pour que 90 % de l’énergie incidente du faisceau ionisant soit atténuée, i.e. la valeur de x telle que E(x)/El= 0,1.
(1) la couche de demi-atténuation, notée HVL (deHalf Value Layer), et exprimée en cm, correspondant à l’épaisseur de matériau à traverser pour que l’énergie incidente du faisceau ionisant soit divisée par deux, i.e. la valeur de x telle que E(x)/El= 0,5, et
(2) la couche d’atténuation au dixième, notée TVL (deTenth Value Layer), et exprimée en cm, correspondant à l’épaisseur de matériau à traverser pour que 90 % de l’énergie incidente du faisceau ionisant soit atténuée, i.e. la valeur de x telle que E(x)/El= 0,1.
Ces deux grandeurs sont ainsi calculées pour chaque énergie du photon en appliquant les équations suivantes (déduites de E(x)/El= 0,5 et E(x)/El= 0,1) :
dans lesquelles :
µ pest le coefficient d'absorption massique (en cm2/g) du matériau, qui dépend de l’atome considéré et de l’énergie du photon incident, E,
ρ est la masse volumique (en g/cm3) du matériau, tandis que
µest tel que défini ci-avant.
µ pest le coefficient d'absorption massique (en cm2/g) du matériau, qui dépend de l’atome considéré et de l’énergie du photon incident, E,
ρ est la masse volumique (en g/cm3) du matériau, tandis que
µest tel que défini ci-avant.
Les coefficients d’absorption massique µp des matériaux cimentaires de l’invention sont déterminés en fonction de l’énergie du photon incident, E, et ce, à l’aide du logiciel XCOM (XCOM: Photon Cross Sections Database, https://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/html/ xcom1.html) sur la base des coefficients linéaires d’absorption des éléments présents dans la matrice cimentaire (principalement Ca, Si, Al et Fe pour le ciment Portland et Mg, K, P pour la matrice phospho-magnésienne, ainsi que H et O dans les deux cas) et de la composition massique des matériaux.
Les coefficients linéaires d’absorption massique µ sont ensuite calculés à partir de ces valeurs en prenant en compte la masse volumique des matériaux et la relation µp= µ/ρ.
Les matériaux cimentaires étant poreux, une partie de leur composition est faite de vides supposés remplis d’air, qui ne contribuent pas à l’atténuation des rayons ionisants. La masse volumique apparente (avec les vides) a été mesurée dans la présente étude comme le rapport entre la masse de l’échantillon (obtenue par pesée) et le volume (obtenu par mesure géométrique).
Alternativement la masse volumique apparente de chaque matériau a été déduite de la masse volumique absolue avec différentes hypothèses sur la porosité du matériau à partir de données de la littérature (B. Xuet al. , Cem. Concr. Res. 2019, 123, 105781, ci-après référence[5] ;H. Lahalleet al. , Cem. Concr. Res. 2019,122, 42-58, ci-après référence[6], et T. Tracz et T. Zdeb,Materials 2019, 12(192), 1-20, ci-après référence[7]) et des masses volumiques théoriques des constituants des matériaux cimentaires telles que fournies par les fournisseurs.
Ces masses volumiques théoriques sont présentées dans le tableau 5 ci-après.
Pour un matériau au ciment phospho-magnésien, la porosité est comprise entre 14 ± 1 % et 20 ± 1 % (cf. référence[6]) et entre 9 ± 1 % et 13 ± 1 % (cf. référence[5]) selon sa maturation et sa formulation.
Pour un matériau au ciment Portland avec un rapport E/C de 0,4, la porosité à 90 jours est typiquement est de 21 ± 1 %. Elle diminue avec le temps pour atteindre une valeur de 18 ± 1 % après deux ans (cf référence[7]).
Les hypothèses de porosité retenues sont donc de 10 % (valeur minimale) et de 20 % (valeur maximale).
Le tableau 6 ci-après présente, pour chacun des matériaux CPM-U3O8, CP-12,5%U3O8, CP-24,5%U3O8et CP-42,5%U3O8, les masses volumiques absolues respectivement calculées sans prise en compte, les masses volumiques apparentes calculées pour 10 % de porosité et pour 20 % de porosité, ainsi que les masses volumiques apparentes mesurées.
À titre de comparaison, sont également indiquées dans ce tableau les masses volumiques absolues et apparentes, calculées et mesurées pour les matériaux CPM-CV et CP-REF.
Les épaisseurs HVL et TVL sont calculées en fonction de l’énergie du photon incident, E, pour chacun des matériaux CPM-U3O8, CP-12,5%U3O8, CP-24,5%U3O8, CP-42,5%U3O8, CPM-CV et CP-REF et ce, pour chacune des masses volumiques, absolues et apparentes, qui sont indiquées dans le tableau 6.
Les résultats sont illustrés sur les figures 10 à 13 pour les HVL et sur les figures 14 à 17 pour les TVL, les HVL et TVL étant exprimées en cm et l’énergie du photon incident, E, est exprimée en keV.
Les figures 10 et 14 correspondent aux HVL et TVL respectivement obtenus pour les masses volumiques absolues sans prise en compte de la porosité.
Les figures 11 et 15 correspondent aux HVL et TVL respectivement obtenus pour les masses volumiques apparentes calculées pour 10 % de la porosité.
Les figures 12 et 16 correspondent aux HVL et TVL respectivement obtenus pour les masses volumiques apparentes calculées pour 20 % de la porosité.
Les figures 13 et 17 correspondent aux HVL et TVL respectivement obtenus pour les masses volumiques apparentes mesurées.
Les figures 10 à 13 montrent que, dans tous les cas, à énergie de photon donnée et comprise entre 80 keV et 1 000 keV, la présence d’U3O8appauvri dans les matériaux cimentaires permet de diminuer significativement leur HVL par rapport à celles obtenues pour des matériaux cimentaires exempts d’U3O8appauvri. Cette diminution est de 63 % dans le cas du matériau à base de ciment phospho-magnésien (i.e. CPM-U3O8) et de 33 % dans le cas du matériau cimentaire à base de ciment Portland comprenant la plus forte teneur massique en U3O8appauvri (i.e. CP-42,5%U3O8).
Elles montrent également que, comme attendu, la diminution de la HVL d’un matériau cimentaire comprenant de l’U3O8appauvri est d’autant plus élevée que sa teneur massique en U3O8est, elle-même, élevée.
Les figures 14 à 17 montrent que les mêmes tendances sont observées pour les TVL.
[1]JP-S-6191598
[2]US-B-5,786,611
[3]US-B-6,166,390
[4] L. R. Dole et W. J. Quapp, rapport ORNL/TM-2002/111, 2002
[5]B. Xuet al. , Cem. Concr. Res. 2019, 123, 105781
[6]H. Lahalleet al. , Cem. Concr. Res. 2019,122, 42-58
[7]T. Tracz et T. Zdeb,Materials 2019, 12(192), 1-20
[2]US-B-5,786,611
[3]US-B-6,166,390
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[5]B. Xuet al. , Cem. Concr. Res. 2019, 123, 105781
[6]H. Lahalleet al. , Cem. Concr. Res. 2019,122, 42-58
[7]T. Tracz et T. Zdeb,Materials 2019, 12(192), 1-20
Claims (15)
- Procédé de préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants, qui comprend au moins les étapes de :
a) préparation d’une pâte cimentaire comprenant au moins un ciment et de l’eau, le ciment étant un ciment hydraulique ou un ciment phospho-magnésien, puis
b) durcissement de la pâte cimentaire obtenue à l’étape a),
caractérisé en ce que la pâte cimentaire comprend de plus une poudre constituée d’octoxyde de triuranium appauvri en uranium-235. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel le ciment est un ciment CEM I ou CEM II, de préférence CEM I.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le ciment est un ciment phospho-magnésien comprenant un oxyde de magnésium calciné et un sel d’acide phosphorique.
- Procédé selon la revendication 3, dans lequel le sel d’acide phosphorique est le phosphate de sodium, le monohydrogénophosphate de sodium, le dihydrogéno-phosphate de sodium, le phosphate de potassium, le monohydrogénophosphate de potassium, le dihydrogénophosphate de potassium, le phosphate d’aluminium, le monohydrogénophosphate d’aluminium, le phosphate d’ammonium, le monohydrogéno-phosphate d’ammonium ou le dihydrogénophosphate d’ammonium, de préférence le dihydrogénophosphate de potassium.
- Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel le ciment phospho-magnésien présente un rapport molaire magnésium/phosphore compris entre 0,1 et 12, de préférence entre 0,8 et 3 et, mieux encore, égal à 1 ± 0,1.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la poudre d’U3O8appauvri est une poudre dont 50 % en volume des grains ont une taille au plus égale à 5 μm, de préférence au plus égale à 3 μm, et dont 90 % en volume des grains ont une taille au plus égale à 10 μm, de préférence au plus égale à 7 μm.
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel la poudre d’U3O8appauvri représente de 1 % à 80 %, de préférence de 10 % à 45 %, en masse de la masse totale de la pâte cimentaire.
- Procédé selon la revendication 3, dans lequel la poudre d’U3O8appauvri représente de 1 % à 80 %, de préférence de 35 % à 75 %, en masse de la masse totale de la pâte cimentaire.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la pâte cimentaire comprend de plus au moins un adjuvant choisi parmi les super-plastifiants et les retardateurs de prise.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la pâte cimentaire comprend de plus au moins l’un choisi parmi le sable, les gravillons et les fibres.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la pâte cimentaire comprend un rapport massique eau/ciment allant de 0,10 à 1, de préférence de 0,20 à 0,60.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la pâte cimentaire comprend de plus des déchets radioactifs.
- Procédé d’immobilisation de déchets radioactifs par cimentation, caractérisé en ce qu’il comprend la préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
- Procédé de fabrication d’un conteneur de conditionnement d’un déchet radioactif ou d’un emballage de transport et/ou de stockage de matières radioactives, caractérisé en ce qu’il comprend la préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11.
- Procédé de fabrication d’un élément de structure d’un site de stockage de déchets radioactifs ou d’une salle blindée ou radioprotégée, caractérisé en ce qu’il comprend la préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11.
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| FR2201046A FR3132590A1 (fr) | 2022-02-07 | 2022-02-07 | Procédé de préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants |
Applications Claiming Priority (2)
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| FR2201046 | 2022-02-07 | ||
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| FR2201046A Pending FR3132590A1 (fr) | 2022-02-07 | 2022-02-07 | Procédé de préparation d’un matériau cimentaire de blindage contre les rayonnements ionisants |
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3132590A1 (fr) |
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| US5786611A (en) | 1995-01-23 | 1998-07-28 | Lockheed Idaho Technologies Company | Radiation shielding composition |
-
2022
- 2022-02-07 FR FR2201046A patent/FR3132590A1/fr active Pending
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| L. R. DOLEW. J. QUAPP, RAPPORT ORNL/TM-2002/111, 2002 |
| T. TRACZT. ZDEB, MATERIALS, vol. 12, no. 192, 2019, pages 1 - 20 |
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