The alkaline reaction of FEBEX bentonite: a contribution to the study of the performance of bentonite/concrete engineered barrier systems

摘要

Since 1997, the development of two EU projects, Effects of Cement On CLAY barrier performance (ECOCLAY, 1997-2000 and ECOCLAY phase Ⅱ (2000-2003; ANDRA, 2005), have addressed the effect of the alkaline plume induced by concrete on bentonite. The group working on applied clay geochemistry at the Autonomous University of Madrid (UAM) has participated in both projects, gaining experience on the Spanish reference bentonite. This paper deals with a synthesis of the work performed by the research group on FEBEX bentonite alkaline reactivity and the lessons learned for the performance assessment (PA) of the clay reference concept of deep geological repository for high level radioactive waste. The selected main scientific contributions to the performance assessment of this engineered barrier are: (1) the particular nature of FEBEX bentonite alkaline reaction products (zeolites, Mg-clays and CASH (calcium aluminate silicate hydrate phases); (2) the quantitative mineralogy approach to the rate of the high-pH reaction of FEBEX montmorillonite; and (3) the experimental validation of FEBEX bentonite alkaline reactivity in column experiments.%Desde 1997, el desarrollo de dos proyectos de la Unión Europea, Effects of Cement On CLAY barrier performance (ECOCLAY, 1997-2000) y ECOCLAY phase Ⅱ (2000-2003), ha permitido abordar la investigación del efecto de la pluma alcalina inducida por la lixiviación del hormigón sobre la bentonita. Ambos materiales forman parte de un concepto de barrera compuesta de hormigón y bentonita, en el contexto del almacenamiento de residuos a una profundidad dada. El grupo de geoquímica aplicada a las arcillas de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) ha participado en ambos proyectos, y ha conseguido aportar experiencia y conocimiento al estudio del comportamiento de la bentonita de referencia española (FEBEX) bajo condiciones de elevada alcalinidad. Este artículo ofrece una síntesis del trabajo desarrollado, mencionando las lecciones aprendidas sobre la reactividad alcalina de la bentonita, y su enfoque práctico hacia el análisis del comportamiento de uno de los conceptos de referencia, el almacenamiento de residuos en formaciones arcillosas. Se han seleccionado las principales contribuciones científicas a este respecto, a juicio de los autores: (1) la naturaleza particular de los productos generados en la reacción alcalina de la bentonita FEBEX (zeolitas, arcillas magnésicas y geles de silicato aluminato cálcico hidratado (CASH)); (2) la aproximación mediante mineralogía cuantitativa al ritmo de reacción de la montmorillonita FEBEX a pHs elevados, y (3) la validación experimental de la reactividad alcalina de la bentonita a partir de experimentos en columna.