A deposição de rejeitos radioativos em repositórios geológicos profundos vem sendo estudada nos últimos anos em diversos países. Materiais à base de cimento são utilizados nesses repositórios como material estrutural, matriz de imobilização de rejeitos ou material de preenchimento. Compreender o desempenho desse material é essencial para garantir a segurança da instalação durante o seu tempo de vida útil (de milhares a centenas de milhares de anos, dependendo do tipo de rejeito). Este trabalho objetiva modelar o comportamento em longo prazo do cimento Portland e estudar a influência de diversos fatores na hidratação e na evolução desse material. A modelagem descritiva abordou a hidratação do cimento nas condições ambientais esperadas no repositório e os efeitos desses fatores em propriedades mecânicas, mineralógicas e morfológicas do cimento. Os fatores ambientais considerados relevantes neste trabalho foram: alta temperatura e pressão, penetração de água subterrânea contendo íons quimicamente agressivos ao cimento e a presença do campo de radiação proveniente dos rejeitos. Ensaios acelerados de degradação também foram realizados para corroborar com o modelo descrito. Observou-se uma sinergia entre diversos fatores na degradação do cimento, como a influência da temperatura e da radiação em reações deletérias ao material. O resultado da modelagem apontou três principais possíveis causas de falha nas barreiras artificiais: a) a formação de um caminho preferencial; b) a perda de resistência e coesão do material; e c) o aumento na corrosão das estruturas metálicas. A descrição do modelo apresentada é a base para a modelagem matemática e a análise de segurança dos repositórios estudados no Brasil. / The radioactive waste disposal in deep geological repositories has been studied for many countries in the last years. Cementitious materials are used in these repositories as structural material, immobilization matrix and as backfill material. The understanding of the performance of these materials is essential to ensure the safety of the installation during its life time (from thousand to hundreds of thousands of years, depending on the type of waste). This works aims at modeling the long-term performance of Portland cement and study the influence of many environmental factors in the hydration and evolution of this material. The modeling approached the cement hydration in the conditions expected in the repository and the effects of these factors on cement mechanical, mineralogical and morphological properties. The environmental factors considered relevant was: high temperature and pressure, the penetration of groundwater containing aggressive chemical ions, and a radiation field from the waste. Degradation accelerated tests were done to corroborate with the descriptive model. It was observed a synergism between some factors on the cement degradation, as the influence of temperature and radiation field in some deleterious reactions in the material. The results of modeling pointed to three main causes of engineered barrier failure: a) the formation of a preferential pathway; b) loss of resistance and cohesion in the material; and c) the increase in the metallic structures corrosion process. The descriptive model is the basis for a mathematical modeling and to perform the safety assessment of the repositories studied in Brazil.

A deposição de rejeitos radioativos em repositórios geológicos profundos vem sendo estudada nos últimos anos em diversos países. Materiais à base de cimento são utilizados nesses repositórios como material estrutural, matriz de imobilização de rejeitos ou material de preenchimento. Compreender o desempenho desse material é essencial para garantir a segurança da instalação durante o seu tempo de vida útil (de milhares a centenas de milhares de anos, dependendo do tipo de rejeito). Este trabalho objetiva modelar o comportamento em longo prazo do cimento Portland e estudar a influência de diversos fatores na hidratação e na evolução desse material. A modelagem descritiva abordou a hidratação do cimento nas condições ambientais esperadas no repositório e os efeitos desses fatores em propriedades mecânicas, mineralógicas e morfológicas do cimento. Os fatores ambientais considerados relevantes neste trabalho foram: alta temperatura e pressão, penetração de água subterrânea contendo íons quimicamente agressivos ao cimento e a presença do campo de radiação proveniente dos rejeitos. Ensaios acelerados de degradação também foram realizados para corroborar com o modelo descrito. Observou-se uma sinergia entre diversos fatores na degradação do cimento, como a influência da temperatura e da radiação em reações deletérias ao material. O resultado da modelagem apontou três principais possíveis causas de falha nas barreiras artificiais: a) a formação de um caminho preferencial; b) a perda de resistência e coesão do material; e c) o aumento na corrosão das estruturas metálicas. A descrição do modelo apresentada é a base para a modelagem matemática e a análise de segurança dos repositórios estudados no Brasil. / The radioactive waste disposal in deep geological repositories has been studied for many countries in the last years. Cementitious materials are used in these repositories as structural material, immobilization matrix and as backfill material. The understanding of the performance of these materials is essential to ensure the safety of the installation during its life time (from thousand to hundreds of thousands of years, depending on the type of waste). This works aims at modeling the long-term performance of Portland cement and study the influence of many environmental factors in the hydration and evolution of this material. The modeling approached the cement hydration in the conditions expected in the repository and the effects of these factors on cement mechanical, mineralogical and morphological properties. The environmental factors considered relevant was: high temperature and pressure, the penetration of groundwater containing aggressive chemical ions, and a radiation field from the waste. Degradation accelerated tests were done to corroborate with the descriptive model. It was observed a synergism between some factors on the cement degradation, as the influence of temperature and radiation field in some deleterious reactions in the material. The results of modeling pointed to three main causes of engineered barrier failure: a) the formation of a preferential pathway; b) loss of resistance and cohesion in the material; and c) the increase in the metallic structures corrosion process. The descriptive model is the basis for a mathematical modeling and to perform the safety assessment of the repositories studied in Brazil.