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Technischer Bericht NTB 93-25
Wechselwirkung von abgebundenem Zement mit verdichteten Bentoniten: Quelldruckversuche mit anschliessenden mineralogischen Untersuchungen
On a laissé gonfler des mélanges de bentonites MX-80 et Montigel avec jusqu'à 20 % de ciment hydraté et de portlandite synthétique, durant 4 à 16 semaines à température ambiante et à 50°C, dans des dispositifs d'essais de pression d'expansion. Ces essais ont montré que l'on atteignait des pressions de gonflement nettement supérieures pour des mélanges de ciments et bentonites, que cela soit avec un ciment Portland (PC) ou un ciment résistant mieux aux sulfates (Sulfacem), qu'avec des bentonites pures. Les ciments hydratés purs ne présentent qu'une très faible pression de gonflement. Une variation du rapport eau/ciment entre 0.2 et 0.4 et une élévation de température de l'ambiance à 50°C n'ont que peu d'effet sur la valeur de la pression de gonflement. Des essais de pression de gonflement, suivis par la libération des déformations dues à l'expansion, ont alors montré que la capacité d'expansion des échantillons de ciment-bentonite était inférieure à celle des bentonites pures.
A l'issue des essais les échantillons paraissaient relativement durs et peu enclins au gonflement. Des examens de ces matériaux à l'aide de rayons X ne révélèrent pas d'apparition de nouvelles phases cristallines ou d'importantes modifications du spectre des pics des minéraux argileux. De même l'analyse thermique, associée à l'analyse des gaz produits, n'a pas mis en évidence de réactions thermiques additionnelles significatives. Les analyses thermiques ont montré que, lors de tests prolongés dans le dispositif d'essais de pression de gonflement, la désintégration de la portlandite n'était plus visible. Cela a aussi été confirmé par la disparition des pics de portlandite dans les courbes de diffractométrie. La capacité d'échange de cations des échantillons soumis aux essais de pression de gonflement a été quelque peu augmentée et parmi les ions échangeables ceux du calcium dominaient.
On présume que les particules de smectite des bentonites et les hydrates de ciments ont été mastiqués par des hydrates d'aluminates de calcium, ainsi qu'on a pu l'observer lors d'investigations complémentaires à l'aide de prises de vues avec un microscope électronique à transmission et avec la microscopie électronique de transmission analytique (ATEM).
Les réactions que l'on a observées entre ciments hydratés et bentonites pourraient en principe s'avérer défavorables pour un concept de scellement où les interactions entre bentonite et pierre de ciment/béton sont possibles. Il faudrait toutefois examiner dans quelle mesure les résultats de ces essais, fortement influencés par les conditions limites draconiennes d'apport de ciment de mélange, peuvent être extrapolés aux conditions réelles d'un contact entre bentonite-pierre de ciment et béton.