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
5 Etude des réactions physico-chimiques Caractérisation des matières premières et Techniques expérimentales 5.1 Conductivité électrique et mesure de pH Les propriétés rhéologiques des mortiers sont en partie liées aux phénomènes de dissolution précipitation et peuvent être expliquées par des mesures de conductivité électrique et par la mesure de pH [ 69 ]. Ces mesures sont réalisées sur des suspensions de rapport eau sur ciment de 4. La Figure 53 représente la courbe de conductivité typique d’un ciment Portland pour lequel les mesures sont réalisées dans les mêmes conditions que celles de la présente étude. Les trois phases rencontrées sur la Figure 53 ont lieu pour n’importe quel liant mais avec des cinétiques et des amplitudes différentes. La phase I correspond aux premiers instants de la réaction, quand le liant est mélangé à l’eau. Les éléments les plus solubles (Na, K 2 SO 4 , CaSO 4 ,x H 2 O) sont dissous dans la solution. En même temps, l’hydrolyse des surfaces siliceuses et alumineuses les plus réactives relâchent des ions Ca 2+ et OH - , et des ions silicates et aluminates, très solubles dans les solutions alcalines. Après la dissolution initiale, la pente de la courbe est une combinaison entre la dissolution et la précipitation avec des périodes où le bilan dissolution/précipitation est positif, (phase II, dite période dormante, dans le cas de l’hydratation du ciment Portland) c’est-à-dire où la dissolution est plus importante que la précipitation, ou négatif, c’est-à-dire où la précipitation est plus importante que la dissolution (phase III, dite période d’accélération, dans le cas de l’hydratation du ciment Portland). Conductivité [mS/cm] Temps [min] Figure 53 : Courbe de conductivité d’un ciment Portland [ 69 ] Les cinétiques de dissolution et de précipitation sont étroitement liées à la valeur du pH de la solution. S. Song & al. [ 70 ] ont montré par exemple que pour un pH de la solution élevé, le laitier est activé grâce à la dissolution de la couche imperméable à l’eau à la surface des grains de laitier ; à 98
Caractérisation des matières premières et Techniques expérimentales - un pH de 10, l’activité des différents ions silicates SiO 2 , H 2 SiO 3 , HSiO 3 est équivalente et augmente linéairement avec le pH ; la concentration en calcium dans la solution est dominée par le niveau de portlandite CH pour des pH inférieurs à 11,5 et par les ions Ca 2+ pour des pH supérieurs à 11,5. Dans les mêmes conditions que les mesures de conductivité, une mesure de pH en continue est réalisée. 5.2 Microstructure sur pâtes pures L’étude de la microstructure permet de suivre l’hydratation de pâte pure sur des microéprouvettes dont le rapport eau sur ciment a été déterminé par l’essai de Vicat : la pâte pure étudiée a une consistante normale. Pour les pâtes pures à base de CEM III A, le rapport e/c est de 0,4 ; pour les pâtes pures à base de CEM L, le rapport e/c est de 0,32. Un calcul théorique permettant de vérifier que la quantité d’eau déterminée par l’essai de Vicat est suffisante pour permettre aux réactions d’hydratation de se poursuivre est mené. Le calcul est effectué sur le mélange 60% CEM III A / 40% CTS 60 qui correspond au mélange le plus consommateur d’eau si l’on prend l’hypothèse que la portlandite libérée par l’hydratation de l’alite active la yeelimite. Sachant que les microéprouvettes sont immergées à 24 heures, l’eau de gâchage doit servir à l’hydratation des phases dont les réactions sont rapides : l’alite C 3 S, la célite C 3 A, l’aluminoferrite tétracalcique C 4 AF pour le clinker Portland (présent à 54% dans le CEM III A) et la yeelimite C 3 4 A S pour le ciment sulfoalumineux (composé de 40% de clinker sulfoalumineux et de 60% de gypse). La quantité de chaque phase est donnée dans le Tableau 23 pour les 300 grammes de liant nécessaire au coulage des microéprouvettes suivant le protocole expérimental défini en annexe 1. Tableau 23 : Quantités des différentes phases présentes dans le mélange 60% CEM III A / 40% CTS 60 Phases Proportion des phases dans le clinker A Proportion du clinker dans le mélange B Proportion des phases dans le mélange C = A x B Quantité des phases dans 300g de liant D = C x 300 C 3 S 58% 54% x 60% 18,8% 56,4g C 3 A 8% 54% x 60% 2,6% 7,8g C 4 AF 11% 54% x 60% 3,6% 10,7g C 3 4 A S 73,5% 40% x 40% 11,8% 35,3g Les équations d’hydratation des différentes phases sont les suivantes : 2 C 3 S + 7 H C-S-H + 3 CH Equation 5.1 2x228 7x18 99
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Caractérisation <strong>de</strong>s matières premières et Techniques expérimentales<br />
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un pH <strong>de</strong> 10, l’activité <strong>de</strong>s différents ions silicates SiO 2 , H 2 SiO 3 , HSiO 3 est équivalente et<br />
<strong>au</strong>gmente linéairement avec le pH ; la concentration en calcium dans la solution est dominée <strong>par</strong> le<br />
nive<strong>au</strong> <strong>de</strong> portlandite CH pour <strong>de</strong>s pH inférieurs à 11,5 et <strong>par</strong> les ions Ca 2+ pour <strong>de</strong>s pH supérieurs à<br />
11,5. Dans les mêmes conditions que les mesures <strong>de</strong> con<strong>du</strong>ctivité, une mesure <strong>de</strong> pH en continue est<br />
réalisée.<br />
5.2 Microstructure sur pâtes pures<br />
L’étu<strong>de</strong> <strong>de</strong> la microstructure permet <strong>de</strong> suivre l’hydratation <strong>de</strong> pâte pure sur <strong>de</strong>s<br />
microéprouvettes dont le rapport e<strong>au</strong> sur <strong>ciment</strong> a été déterminé <strong>par</strong> l’essai <strong>de</strong> Vicat : la pâte pure<br />
étudiée a une consistante normale. Pour les pâtes pures à base <strong>de</strong> CEM III A, le rapport e/c est <strong>de</strong><br />
0,4 ; pour les pâtes pures à base <strong>de</strong> CEM L, le rapport e/c est <strong>de</strong> 0,32.<br />
Un calcul théorique permettant <strong>de</strong> vérifier que la quantité d’e<strong>au</strong> déterminée <strong>par</strong> l’essai <strong>de</strong><br />
Vicat est suffisante pour permettre <strong>au</strong>x réactions d’hydratation <strong>de</strong> se poursuivre est mené. Le calcul<br />
est effectué sur le mélange 60% CEM III A / 40% CTS 60 qui correspond <strong>au</strong> mélange le plus<br />
consommateur d’e<strong>au</strong> si l’on prend l’hypothèse que la portlandite libérée <strong>par</strong> l’hydratation <strong>de</strong> l’alite<br />
active la yeelimite. Sachant que les microéprouvettes sont immergées à 24 heures, l’e<strong>au</strong> <strong>de</strong> gâchage<br />
doit servir à l’hydratation <strong>de</strong>s phases dont les réactions sont rapi<strong>de</strong>s : l’alite C 3 S, la célite C 3 A,<br />
l’aluminoferrite tétracalcique C 4 AF pour le clinker Portland (présent à 54% dans le CEM III A) et la<br />
yeelimite<br />
C 3<br />
4<br />
A S pour le <strong>ciment</strong> <strong>sulfo</strong><strong>alumineux</strong> (composé <strong>de</strong> 40% <strong>de</strong> clinker <strong>sulfo</strong><strong>alumineux</strong> et <strong>de</strong><br />
60% <strong>de</strong> gypse). La quantité <strong>de</strong> chaque phase est donnée dans le Table<strong>au</strong> 23 pour les 300 grammes<br />
<strong>de</strong> liant nécessaire <strong>au</strong> coulage <strong>de</strong>s microéprouvettes suivant le protocole expérimental défini en<br />
annexe 1.<br />
Table<strong>au</strong> 23 : Quantités <strong>de</strong>s différentes phases présentes dans le mélange 60% CEM III A / 40% CTS 60<br />
Phases<br />
Proportion <strong>de</strong>s phases<br />
dans le clinker<br />
A<br />
Proportion <strong>du</strong> clinker<br />
dans le mélange<br />
B<br />
Proportion <strong>de</strong>s phases<br />
dans le mélange<br />
C = A x B<br />
Quantité <strong>de</strong>s phases<br />
dans 300g <strong>de</strong> liant<br />
D = C x 300<br />
C 3 S 58% 54% x 60% 18,8% 56,4g<br />
C 3 A 8% 54% x 60% 2,6% 7,8g<br />
C 4 AF 11% 54% x 60% 3,6% 10,7g<br />
C 3<br />
4<br />
A S<br />
73,5% 40% x 40% 11,8% 35,3g<br />
Les équations d’hydratation <strong>de</strong>s différentes phases sont les suivantes :<br />
2 C 3 S + 7 H C-S-H + 3 CH Equation 5.1<br />
2x228 7x18<br />
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