Water retention curves of bentonite samples of the FEBEX Dismantling Project (FEBEX-DP)

Abstract

The FEBEX in situ test simulated the engineered barrier of a nuclear waste repository and was in operation for 18 years under natural conditions. The water retention curves of bentonite samples retrieved during dismantling of the in situ test were determined in wetting paths under isochoric conditions with the vapour transfer technique. The water retention curve relates suction (or relative humidity) to bentonite water content. Samples taken from the drier blocks in the barrier –i.e. those closest to the heater that simulated the waste container– and those from the core of the barrier in cool areas were used, since the aim of the tests was to check the effect of prolonged and intense drying on the water retention capacity of the bentonite. For the samples tested the initial water content conditioned the retention capacity for suctions above 10 MPa. In contrast, the samples closest to the heater, which had the lowest water contents, reached higher water contents for the lowest suctions than the rest of the samples, which attest that the water adsorption capacity was not lost as a result of prolonged drying. The comparison of the water retention curves obtained in the retrieved samples with those for the FEBEX reference bentonite compacted at similar densities shows that there were no changes in the water retention capacity during operation and that the water adsorption capacity of the bentonite under constant volume conditions is mostly conditioned by dry density.

El ensayo in situ FEBEX estuvo en operación durante 18 años simulando a escala real la barrera de ingeniería en un almacenamiento de residuos radiactivos de alta actividad. Se han determinado las curvas de retención de agua de muestras de bentonita tomadas durante el desmantelamiento de dicho ensayo, para lo que se ha utilizado la técnica de transferencia de vapor siguiendo trayectorias de humectación con las muestras mantenidas a volumen constante. La curva de retención relaciona la succión (o humedad relativa) con la humedad de la bentonita. Se han usado muestras tomadas de los bloques más secos que estaban en contacto con el calentador que simulaba el contenedor de residuos y otras muestras de humedad similar tomadas en partes de la barrera no afectadas por el calentador, es decir, frías. El objetivo de estos ensayos ha sido comprobar si el calentamiento intenso y prolongado sufrido por la bentonita en las condiciones de la barrera afecta irreversiblemente la capacidad de retención de la barrera. Parece que la humedad inicial de las muestras es el factor que más afecta la capacidad de retención de agua para succiones superiores a 10 MPa. Por el contrario, las muestras próximas al calentador, que tenían inicialmente las humedades más bajas, alcanzaron humedades más altas que el resto de las muestras para las succiones más bajas, lo que prueba que la capacidad de adsorción de agua de la bentonita no se perdió como consecuencia del secado prolongado. La comparación de las curvas de retención obtenidas en las muestras procedentes del ensayo in situ con las de la bentonita FEBEX de referencia compactada a densidades secas similares muestra que no hubo cambios significativos en la capacidad de retención de la bentonita debidos a su uso como material de barrera durante 18 años. La capacidad de retención de la bentonita en condiciones de volumen constante está fundamentalmente condicionada por su densidad seca.