Semipermeable Membrane Behavior in Bentonite-Based Barriers-Past, Present, and Future

Charles Shackelford

In the proceedings of: GeoVancouver 2016: 69th Canadian Geotechnical Conference

Session: GEOENVIRONMENTAL - I Landfills , Contaminated Soils & Groundwater

ABSTRACT: The ability of sodium bentonite to exhibit semipermeable membrane behavior resulting from restriction of solute migration has been demonstrated extensively. This membrane behavior can be beneficial in terms of the containment function of bentonite-based barriers used for waste disposal and control of contaminated groundwater. This paper summarizes the results of research conducted over the past two decades pertaining to evaluating the extent and magnitude of membrane behavior in bentonite and bentonite-based barriers, including geosynthetic clay liners and a soil-bentonite backfill for vertical cutoff walls. Membrane behavior has been shown to be a function of the type and concentration of salts being restricted, the dry density (void ratio), consolidation effective stress, and degree of saturation of the specimen, and whether the specimen is contained in a rigid-wall or flexible-wall cell. Current studies are focusing on the persistence of membrane behavior at relatively high salt concentrations, including the persistence of membrane behavior for a compacted sand-bentonite mixture. Recommendations for future studies include measuring membrane behavior of highly compacted natural bentonites considered for use as buffers for high level radioactive waste containment, and further evaluation of the effects of low degrees of saturation and the use of polymerized bentonites.

RÉSUMÉ: La capacité de la bentonite sodique de pièce membrane semi-perméable comportement résultant d'une restriction de migration de soluté a été démontrée de façon intensive. Ce comportement de la membrane peut être bénéfique en termes de la fonction de rétention des obstacles fondés sur la bentonite utilisée pour l'élimination des déchets et le contrôle des eaux souterraines contaminées. Ce document résume les résultats de la recherche menée au cours des deux dernières décennies se rapportant à l'évaluation de l'ampleur et la gravité de comportement de la membrane dans la bentonite et des obstacles fondés sur la bentonite, y compris les membranes de géosynthétique d'argile ligne et d'une d'un mélange sol-bentonite remblayer murs verticaux. Le comportement de la membrane a été montré à être une fonction du type et de la concentration de sels étant restreint, la densité sèche (rapport de vide), la consolidation de la contrainte effective, et le degré de saturation du spécimen, et si le spécimen est contenue dans un mur rigide ou flexible-paroi cellulaire. Les études actuelles sont axées sur la persistance du comportement de la membrane à un taux relativement élevé de concentrations en sel, y compris la persistance d'un comportement de la membrane pour un mélange sable-bentonite compacté. Recommandations pour des études futures incluent la mesure du comportement de la membrane des bentonites naturelles fortement compactée considérés pour l'utilisation de tampons pour le confinement des déchets hautement radioactifs, et une évaluation plus approfondie des effets des faibles degrés de saturation et de l'utilisation des bentonites polymérisé.

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Cite this article:
Charles Shackelford (2016) Semipermeable Membrane Behavior in Bentonite-Based Barriers-Past, Present, and Future in GEO2016. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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