Accélération de ciment au laitier par du ciment sulfo-alumineux
Accélération de ciment au laitier par du ciment sulfo-alumineux Accélération de ciment au laitier par du ciment sulfo-alumineux
Etude bibliographique Le réseau est formé d’une part d’un sous-réseau anionique constitué de chaînes silicatées droites ramifiées, dont la longueur n’est pas uniforme comme dans un cristal mais distribuée suivant une progression géométrique. D’autre part, les ions calcium, magnésium et aluminium forment un sous-réseau cationique sans liaisons internes. Ces deux réseaux sont imbriqués l’un dans l’autre par l’attraction coulombienne (les valences négatives du réseau anionique sont neutralisées par les valences positives du réseau cationique). Ils forment le réseau vitreux dont les nœuds sont occupés par les atomes de Si, Al, Ca et Mg et reliés par des atomes d’oxygène. Les liaisons entre les atomes sont plus ou moins fortes : les liaisons silice-oxygène sont de type covalent tandis que les liaisons calcium-oxygène, magnésium-oxygène, aluminium-oxygène sont essentiellement de type ionique et de moindre énergie. 2.2 Influence du mode de fabrication de l’acier sur la composition chimique du laitier Le laitier d’aciérie est obtenu lors de la fabrication de l’acier. La fonte, très riche en carbone, est trop fragile pour de nombreuses applications ; il est donc nécessaire de réduire sa teneur en carbone pour produire de l’acier. Pour ce faire, la fonte en fusion est versée sur un lit de ferraille de récupération avec de la chaux. De l’oxygène pur est insufflé pour brûler les éléments indésirables contenus dans la fonte, tels que le carbone et autres résidus. On obtient d’un côté l’acier liquide "sauvage", qui est versé dans une poche, et d’un autre côté, le laitier, plus léger, qui surnage et qui est déversé dans un cuvier avant refroidissement [ 9 ]. De la même façon que le laitier de haut fourneau, le laitier d’aciérie refroidi à l’air contient peu de matière vitreuse (dans le cas de l’étude de Sharma & al : 34% [ 10 ]) et est donc très peu hydraulique. Le refroidissement du laitier d’aciérie par trempe améliore sa quantité de phase vitreuse et donc son hydraulicité. Les spectres DRX des liants (75% de ciment Portland ordinaire + 25% de laitier d’aciérie refroidi à l’air) et (75% de ciment Portland ordinaire + 25% de laitier d’aciérie granulé), après hydratation, indiquent que l’hydratation du liant à base de laitier d’aciérie granulé est plus avancée que celle du liant à base de laitier d’aciérie refroidi à l’air : les quantités de portlandite et de β-C 2 S non hydraté pour le liant à base de laitier d’aciérie granulé étant plus faibles. (Figure 4) 28
Etude bibliographique LÉGENDE LAITIER REFROIDI A L’AIR LAITIER GRANULÉ Figure 4 : Spectres DRX des mélanges OPC / laitier d’aciérie refroidi à l’air et OPC / laitier d’aciérie granulé hydratés [ 10 ] Les résultats de la diffraction des rayons X, les observations au microscope électronique à balayage, la mesure des résistances à la compression indiquent que le degré d’hydratation du liant à base de laitier d’aciérie refroidi à l’air est plus faible que celui du liant à base de laitier d’aciérie granulé, lui-même plus faible que celui d’un liant à base de laitier de haut-fourneau. (Tableau 3) Tableau 3 : Résistances à la compression des différents liants à base de laitier [ 10 ] Composition [%] Résistance à la compression [MPa] Ciment Portland Ordinaire Laitier d’aciérie refroidi à l’air Laitier d’aciérie granulé Laitier de haut-fourneau 3 jours 7 jours 28 jours 75 25 0 0 16,2 28,0 39,0 75 0 25 0 18,2 32,5 46,3 75 0 0 25 20,0 34,2 50,5 A la différence du laitier de haut-fourneau, qui est largement utilisé dans les technologies cimentaires, les laitiers d’aciérie présentent quelques désavantages qui limitent leur utilisation. Tout d’abord, la composition minérale du laitier varie grandement : chaque laitier doit être considéré comme un cas d’étude. De plus, la teneur du laitier en éléments réactifs, comme l’alite, est moins importante que celle des ciments Portland ordinaires, ce qui leur confère des propriétés hydrauliques plus faibles. Enfin, la teneur en CaO libre et en magnésie est très élevée : cela peut causer des problèmes d’expansion. Kourounis & al [ 11 ] ont cherché à utiliser le laitier d’aciérie en substitution partielle du ciment Portland ordinaire à des taux de 15%, 30%, 45%. Les résultats sont positifs puisque pour commencer, la maniabilité est améliorée : la demande en eau est plus faible avec du laitier car l’hydratation se fait plus tard, donc la quantité d’ettringite formée au départ est moins grande. De plus, le temps de prise des ciments au laitier est allongé. Ce phénomène est 29
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Etu<strong>de</strong> bibliographique<br />
LÉGENDE<br />
LAITIER REFROIDI A<br />
L’AIR<br />
LAITIER GRANULÉ<br />
Figure 4 : Spectres DRX<br />
<strong>de</strong>s mélanges OPC / <strong>laitier</strong> d’aciérie refroidi à l’air et OPC / <strong>laitier</strong> d’aciérie granulé hydratés [ 10 ]<br />
Les résultats <strong>de</strong> la diffraction <strong>de</strong>s rayons X, les observations <strong>au</strong> microscope électronique à<br />
balayage, la mesure <strong>de</strong>s résistances à la compression indiquent que le <strong>de</strong>gré d’hydratation <strong>du</strong> liant à<br />
base <strong>de</strong> <strong>laitier</strong> d’aciérie refroidi à l’air est plus faible que celui <strong>du</strong> liant à base <strong>de</strong> <strong>laitier</strong> d’aciérie<br />
granulé, lui-même plus faible que celui d’un liant à base <strong>de</strong> <strong>laitier</strong> <strong>de</strong> h<strong>au</strong>t-fourne<strong>au</strong>. (Table<strong>au</strong> 3)<br />
Table<strong>au</strong> 3 : Résistances à la compression <strong>de</strong>s différents liants à base <strong>de</strong> <strong>laitier</strong> [ 10 ]<br />
Composition [%]<br />
Résistance à la compression [MPa]<br />
Ciment Portland<br />
Ordinaire<br />
Laitier d’aciérie<br />
refroidi à l’air<br />
Laitier d’aciérie<br />
granulé<br />
Laitier <strong>de</strong><br />
h<strong>au</strong>t-fourne<strong>au</strong><br />
3 jours 7 jours 28 jours<br />
75 25 0 0 16,2 28,0 39,0<br />
75 0 25 0 18,2 32,5 46,3<br />
75 0 0 25 20,0 34,2 50,5<br />
A la différence <strong>du</strong> <strong>laitier</strong> <strong>de</strong> h<strong>au</strong>t-fourne<strong>au</strong>, qui est largement utilisé dans les technologies<br />
<strong>ciment</strong>aires, les <strong>laitier</strong>s d’aciérie présentent quelques désavantages qui limitent leur utilisation. Tout<br />
d’abord, la composition minérale <strong>du</strong> <strong>laitier</strong> varie gran<strong>de</strong>ment : chaque <strong>laitier</strong> doit être considéré<br />
comme un cas d’étu<strong>de</strong>. De plus, la teneur <strong>du</strong> <strong>laitier</strong> en éléments réactifs, comme l’alite, est moins<br />
importante que celle <strong>de</strong>s <strong>ciment</strong>s Portland ordinaires, ce qui leur confère <strong>de</strong>s propriétés hydr<strong>au</strong>liques<br />
plus faibles. Enfin, la teneur en CaO libre et en magnésie est très élevée : cela peut c<strong>au</strong>ser <strong>de</strong>s<br />
problèmes d’expansion. Kourounis & al [ 11 ] ont cherché à utiliser le <strong>laitier</strong> d’aciérie en<br />
substitution <strong>par</strong>tielle <strong>du</strong> <strong>ciment</strong> Portland ordinaire à <strong>de</strong>s t<strong>au</strong>x <strong>de</strong> 15%, 30%, 45%. Les résultats sont<br />
positifs puisque pour commencer, la maniabilité est améliorée : la <strong>de</strong>man<strong>de</strong> en e<strong>au</strong> est plus faible<br />
avec <strong>du</strong> <strong>laitier</strong> car l’hydratation se fait plus tard, donc la quantité d’ettringite formée <strong>au</strong> dé<strong>par</strong>t est<br />
moins gran<strong>de</strong>. De plus, le temps <strong>de</strong> prise <strong>de</strong>s <strong>ciment</strong>s <strong>au</strong> <strong>laitier</strong> est allongé. Ce phénomène est<br />
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