Numerical models of laboratory steel corrosion tests in contact with compacted bentonite

Abstract

[Resumen:] El acero y la bentonita compactada han sido propuestos como materiales de sellado en los sistemas multibarrera del almacenamiento geológico profundo (AGP) de residuos de alta actividad. La corrosión del contenedor puede causar alteraciones en la capa de sellado y modificar las propiedades de la bentonita como la porosidad, la permeabilidad y las capacidades de sorción e hinchamiento. En este trabajo se presentan modelos numéricos acoplados termohidro- químico-mecánicos de varios ensayos de corrosión realizados en laboratorio e in situ para estudiar las interacciones acero-bentonita bajo las condiciones de un AGP. Los resultados de los modelos de los ensayos de corrosión en las celdas pequeñas indican que: 1) La magnetita y el Fe(OH)2(s) son los principales productos de corrosión y compiten por la precipitación de Fe2+; 2) Los productos de corrosión penetran pocos mm en la bentonita y; 3) Los resultados reproducen los datos de hierro medidos. Los resultados del modelo del ensayo de corrosión en celdas medianas indican que la magnetita no precipita en la bentonita como indican las observaciones experimentales.[Abstract:] Carbon steel and compacted bentonite have been proposed as candidate materials for the overpack and buffer, respectively, in the multi-barrier system of deep geological repositories for high-level radioactive waste. The corrosion of the carbon steel may induce buffer alterations, which could result in changes in bentonite parameters such as porosity, permeability and sorption and swelling capacities. Here we present coupled thermo-hydro-chemical-mechanical (THCM) models of several types of heating and hydration experiments on compacted bentonite (at laboratory and in situ scale) to study the interactions of iron-bentonite under repository conditions. The model results for the corrosion tests on small cells indicate that: 1) Magnetite and Fe(OH)2(s) are the main corrosion products which compete for Fe2+ precipitation; 2) The corrosion products penetrate a few mm into the bentonite; and 3) The numerical results fit the measured iron weight data. Model results of the corrosion tests on medium cells show no magnetite penetration in the bentonite as indicated by the experimental observations.