Comportement différé du mortier de laitier activé

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COMPORTEMENT DIFFERE DU MORTIER DE LAITIER ACTIVE

L’objectif de cette partie d’étude bibliographique est de comprendre les mécanismes responsables de l’avancement des réactions d’hydratation des liants à base de laitier de haut-fourneau, alcali-activé. Ces réactions sont responsables de l’évolution de la microstructure des liants (formation des produits d’hydratation et évolution de la structure poreuse), qui est à son tour à l’origine du développement de leurs propriétés mécaniques et déformations différées.

Au début, le laitier de haut-fourneau est présenté, ceci en décrivant son processus de fabrication et soulignant les avantages principaux qui ont encouragé son utilisation dans la formulation des liants hydrauliques. Ensuite, les différentes formes d’activation nécessaires pour déclencher le processus d’hydratation sont présentées.

A partir de ce point, le comportement thermo-chemo-mécanique des liants à base de laitier activé est étudié. Cette étude comporte une investigation de la cinétique d’hydratation puis du développement des propriétés mécaniques qui en résulte. A la fin, les déformations différées du liant sont étudiées. Dans chaque partie, la famille des liants à base de laitier alcali-activé est adressée (avec une comparaison par rapport au ciment Portland et à l’activation à la portlandite – forme la plus connue de l’activation du laitier) puis une focalisation sur le cas de l’activation à la soude, étant l’activateur qui est choisi pour le mortier faisant l’objet d’étude de la thèse, est effectuée.

Introduction

Au début, les enjeux environnementaux poussant à favoriser l’utilisation du laitier de haut-fourneau

dans les liants hydrauliques sont abordés. Ensuite, le processus de fabrication de ce sous-produit industriel lui conférant son activité hydraulique est détaillé. Après, l’histoire de valorisation du matériau initialement considéré comme un déchet est exposée ainsi que les avantages principaux de son utilisation récente dans les formulations de liants hydrauliques. Finalement, quelques cas spécifiques de gestion de déchets où le laitier fût une bonne solution pour l’immobilisation, sont présentés.

Enjeux environnementaux

Le ciment Portland est le liant hydraulique essentiellement utilisé dans le béton, composant principal de la majorité des structures en génie civil. Le grand volume produit de ce matériau, dont le constituant principal est le clinker, dans tous les continents (4,6 billion de tonnes en 2015 (CEMBUREAU, 2015)) en fait la marchandise la plus utilisée mondialement après l’eau. Cependant son processus de fabrication engendre un volume important de dioxyde de carbone : la production d’une tonne de ce liant dégage une tonne de CO2 dans l’atmosphère. Le dégagement de ce gaz toxique provient de la combustion de fuel ou de charbon nécessaire pour le processus de fabrication du ciment ainsi que de la phase de calcination de carbonate de calcium entrant dans ce processus (Davidovits, 2014).

Outre cette lourde empreinte environnementale, l’épuisement des réserves minérales exploitées pour assurer les matières premières nécessaires et le coût relativement élevé de production ont poussé les industriels à chercher des matériaux alternatifs. Ainsi, les sous-produits provenant d’autres industries sont de plus en plus utilisés. Ils peuvent rentrer dans les formulations à base de clinker ou bien même le remplacer complètement (Damtoft, et al., 2008) (Davidovits, 2014). Cette tendance est également observée en France où la production de ciment connait une légère diminution depuis 2012 (voir Figure II.1) et le clinker (sans substitution) ne constitue plus que 24% de cette production (voir Figure II.2) (Infociments, 2016).

Figure II.1 : Evolution de la production du ciment en France entre les années 1998 et 2015 (Infociments, 2016)

Figure II.2 : Distribution de la production des cimenteries en France en 2015 (Infociments, 2016) Parmi les matériaux de substitution évoqués ci-avant figurent les fillers calcaires, les cendres volantes et le laitier de haut-fourneau. Ce dernier étant un coproduit de la fabrication de la fonte fut un bon recours. Au lieu de trouver des solutions pour sa mise en décharge, il est valorisé en entrant dans la composition des matériaux de génie civil. Son utilisation en tant que liant hydraulique assure une réduction de l’ordre de 59% du dégagement de CO2 par rapport au ciment ordinaire (Davidovits, 2014).

Fabrication du laitier de haut-fourneau

Dans l’industrie de sidérurgie, un des procédés d’extraction du fer consiste à amener le minerai de fer (60% d’oxydes de fer) à une température de 1500°C dans des hauts fourneaux (schématisés la Figure II.3) en présence du calcaire et du coke. En plus de la fonte (ou l’acier fondu) continuellement extraite, une couche de matières brutes s’accumule, au fond de ces fourneaux, recouverte par une couche beaucoup moins dense. Cette dernière constitue le laitier. Elle regroupe des silicates et des aluminates provenant du minerai et des oxydes de la source de fondant. Chaque tonne d’acier fondu extraite d’un minerai de fer, riche ou enrichi, correspond à la production de 200 à 300 kg de ce matériau environ (Rossi, et al., 2014).

Le laitier est ensuite séparé de la fonte par siphonage et refroidi rapidement par un arrosage violent et abondant lui conférant un état granuleux. Il est en effet versé dans de l’eau (100 m3 par tonne de laitier) ou bien sujet à un jet de pulvérisation sous une pression d’environ 0.6 MPa (eau, 3m3 par tonne de laitier) (Hewlett, 2003).

Ce processus de vitrification est à l’origine de sa réactivité. D’une part, le caractère vitreux désordonné lui confère un état thermodynamique instable. D’autre part, la phase de trempe lui permet de conserver une énergie de cristallisation non dissipée de l’ordre de 200J/g responsable de sa propriété hydraulique.

Après cette étape de traitement, la quantité d’eau contenue dans le matériau est éliminée et le matériau est moulu jusqu’à obtenir la surface spécifique désirée.

La composition chimique du laitier peut varier entre les usines de production. Il comprend majoritairement des oxydes (95 à 97%) formés des éléments contenus dans la chaux, la silice, l’oxyde d’aluminium (Al2O3) et l’oxyde de magnésium (MgO). La composition moyenne des laitiers fabriqués en France est récapitulée dans le Tableau II.1 (Alexandre & Selibleau, 1988). Des critères d’acceptation sont imposés sur cette composition vis-à-vis de la réactivité de ce matériau selon l’utilisation envisagée (ciment, par exemple). Cet aspect est détaillé dans la partie II.1.3i.

Histoire d’utilisation et durabilité des liants à base du laitier activé

La gestion du laitier activé, considéré au début comme déchet de sidérurgie, s’est posée dès la construction des premiers haut-fourneaux. En France, Il a été utilisé pour la confection des remblais et des voies d’accès aux usines après simple concassage ou encore comme sable dans la réalisation de couches de fondation en techniques routières (Dron, 1974).

Montrant de bonnes propriétés mécaniques, les recherches se sont multipliées pour étudier la faisabilité de son utilisation pour des applications dans le bâtiment. Bien que la découverte de son caractère hydraulique latent date des années 1862, le premier brevet déposé décrivant son incorporation aux ciments date des années 1902 avec le chercheur allemand Passow. Il a montré qu’une formulation de laitier activé avec 10% de ciment ordinaire présente des propriétés mécaniques « excellentes » (Passow, 1902). Depuis, le laitier de haut-fourneau est utilisé comme additif au ciment Portland.

L’incorporation du laitier dans le ciment présente plusieurs effets bénéfiques. Ceux-ci ont fait l’objet de nombreux travaux s’intéressant au développement des propriétés mécaniques et de la microstructure des matrices cimentaires. L’avantage principal de l’incorporation du laitier réside dans la diminution significative de la chaleur d’hydratation (Bur, 2012) (Darquennes, et al., 2013). De plus, d’une façon générale, l’ajout du laitier activé au clinker entraine une moindre perméabilité et par la suite une meilleure résistance aux attaques chimiques (Divet & Le Roy, 2013) (Lukowski & Salih, 2015). Une meilleure protection contre la corrosion des armatures dans le béton est également observée même si le pH interne initial est moins important du fait de la moindre teneur en portlandite Ca(OH)2 (Jau & Tsay, 1998) (Cheng, et al., 2005).

Récemment, le laitier de haut-fourneau a acquis une bonne réputation comme liant hydraulique pouvant complètement remplacer le clinker dans des applications bien spécifiques. Il a cependant besoin d’activateurs pour stimuler son hydratation. Différents systèmes d’activation sont possibles (voir partie II.1.2). Néanmoins, l’activation alcaline reste la plus étudiée.

Les liants à base de laitier alcali-activé appartiennent à la famille des matériaux alcali-activés. Cette dernière comprend aussi d’autres sous-produits industriels comme les cendres volantes et la fumée de silice ainsi que des minéraux riches en aluminosilicates tels que le metakaolin (forme déshydroxylée de la kaolinite minérale d’argile). De même des formulations contenant des combinaisons de ces constituants ont été développées (Shi, et al., 2011).

D’une façon générale, les matériaux fabriqués à base de laitier alcali-activé ont fait preuve d’une meilleure résistance aux pathologies de béton menaçant sa durabilité. Ainsi, l’utilisation de ces liants est avantageuse pour diminuer la sensibilité aux attaques chimiques (acides et sulfatiques) (Shi & Stegemann, 2000) (Bakharev, et al., 2002) (Bakharev, et al., 2003). La diffusion de chlorures est également affaiblie ce qui peut aider à une meilleure protection des armatures du béton (Bernal, et al., 2011). Cependant, la carbonatation des liants à base de ciment ordinaire reste plus faible que celle des liants à base de laitier activé (Nedeljkovic, et al., 2017).

L’effet de ces liants sur la réaction alcali-granulats au sein des matériaux n’est pas parfaitement compris. Ainsi, l’immersion d’échantillons de mortier à granulats réactifs dans une solution de NaOH, une température de 80°C, a montré une expansion plus importante dans le cas du clinker que dans le cas du laitier activé (Fernandez Jimenez & Puertas, 2002). Cette tendance est contredite par d’autres travaux comparant l’expansion due à la réaction alcali-granulat à une température de 38°C. Ceux-ci ont souligné une attaque plus importante dans le béton à base de laitier activé que dans le béton à base de ciment ordinaire de même résistance mécanique et même rapport E/C (Bakharev, et al., 2001).

Application pour la gestion des déchets

Dans le domaine du traitement de déchets, leur immobilisation dans des matrices de type cimentaire est de plus en plus utilisée. Néanmoins, deux aspects importants de cette solution doivent être pris en compte : l’interaction chimique entre les déchets et la matrice liante et l’immobilisation physique (stabilité de l’ensemble, faible perméabilité pour limiter les attaques extérieures, par exemple). L’objectif de l’optimisation de la perméabilité des liants hydrauliques employés pour pouvoir assurer une bonne barrière devant l’infiltration des substances gazeuses et liquides a ouvert de grandes pistes de recherche sur le sujet à travers le monde entier (Glasser, 1992).

Le ciment Portland a été longuement utilisé pour l’immobilisation des déchets. Cependant, les matrices fabriquées à base de ce liant ne sont pas pertinentes pour tous les types de déchets industriels et ménagers, notamment les métaux lourds tels que le plomb (Pb), le cuivre (Cu), le chrome (Cr) et le mercure (Hg) (Shi Fernandez Jimenez, 2006). Aussi, leur utilisation n’est pas recommandée pour l’enrobage de certains métaux à cause de leur tenue en corrosion (Zhou, et al., 2006) (Rooses, 2013). L’influence de l’utilisation de plusieurs produits de substitution tels que le laitier de haut-fourneau, les cendres volantes, la fumée de silice, le métakaolin est étudiée. Egalement, la modification de la composition des ciments, tel est le cas des ciments aluminés de calcium (CAC), sulfo-aluminé (CSA), de manganèse ou des géo-polymères, est envisagée (Zhou, et al., 2006).

Les matrices fabriquées à base de laitier activé ont montré une bonne alternative pour immobiliser les métaux lourds (Cr6+, Cd2+, Zn2+ et Pb2+) (Deja, 2002). Les résultats des essais de lixiviations de ces ions à travers des matrices de laitier activé par différents types d’activateurs alcalins sont satisfaisants.

L’avantage de l’utilisation de ce type de liants pour l’immobilisation de certains déchets nucléaires a été également souligné par plusieurs études. La moindre lixiviation de l’élément Césium dans les

matrices de laitier alcali-activé a poussé vers leur utilisation pour enrober ce radionucléide dans plusieurs pays (Xuequan, et al., 1991) (Bai, et al., 2011).

De plus, des études récentes concernant l’enrobage de déchets radioactifs métalliques ont marqué l’effet bénéfique du remplacement du ciment ordinaire par les liants à base de laitier alcali-activé notamment vis-à-vis de la corrosion. Ainsi, l’activation du laitier par 10% de ciment ordinaire a pu diminuer la vitesse de corrosion de l’aluminium d’au moins cinq fois (Bai, et al., 2011).

Principe d’activation chimique

Le diagramme de Keil de la Figure II.4 compare les positions de différentes additions minérales à celle du clinker dans le système chaux-silice-alumine (CaO-SiO2-Al2O3).

Figure II.4 : Diagramme de Keil de différents matériaux cimentaires (Rossi, et al., 2014)

Le diagramme montre que la composition du laitier de haut-fourneau est proche de celle du ciment

ordinaire (clinker Portland). Il reste essentiellement moins riche en calcium et plus riche en silicium. Un apport d’eau est suffisant pour déclencher ses réactions d’hydratation. Cependant, lorsque le laitier de haut-fourneau est mis en contact avec l’eau, il va réagir très lentement. En effet, une étude effectuée sur des pâtes de laitier activé (E/L = 0,4), conservées pendant 20 ans dans des sacs en polyéthylène fermés et placés sous eau à une température de 20°C, a montré qu’uniquement 22% du matériau a réagi produisant un gel composé de silicates de calcium hydratés dit C-S-H (C pour CaO – S pour SiO2 – H pour H2O) à un grand taux de substitution par de l’aluminium (Taylor, et al., 2010).

Le laitier possède donc des propriétés hydrauliques latentes mais nécessite la présence d’activateurs pour développer les réactions de dissolution/précipitation responsable de son hydratation. En effet, dès sa mise en contact avec l’eau, une couche d’aluminosilicates se forme autour des grains anhydres.

Cette couche imperméable empêche la poursuite de la dissolution (Song, et al., 2000) d’où l’intérêt d’utiliser des activateurs pour favoriser ces réactions de dissolution. L’activation peut être thermique (Aydın & Baradan, 2012) (Gebregziabiher, et al., 2016), mécanique (en augmentant la surface spécifique du laitier) (Fernandez Jimenez, et al., 1999) ou chimique.

L’activation chimique du laitier agit par l’intermédiaire d’une première étape d’attaque hydroxylique intervenant sur les sites d’aluminium acides. Cette attaque permet de libérer les éléments silicatés de la couche dense initialement formée. Ils sont, à leur tour, dissous par une deuxième étape de coupure hydrolytique (Dron, 1984) tiré de (Jacquemot, 2014).

Différents types d’activation chimique se présentent :

L’activation calcique – par la chaux par exemple : en contact avec l’eau, la chaux se transforme en Portlandite Ca(OH)2. Cette réaction exothermique résulte en une activation thermique du laitier. De plus, elle augmente le pH de la solution interstitielle accélérant ainsi la dissolution du laitier et contribue à la formation des hydrates en apportant du calcium.

Les réactions du laitier, dont la composition approchée est donnée par C5S3A, peuvent se dérouler suivant la Réaction II.1 proposée par (Dron, 1974) C5S3A + 2 C + 16 H 3 C-S-H + C4AH13 Réaction II.1

Les principaux produits d’hydratation formés sont les C-S-H et des hydrates de type C-A-H tels que l’aluminium tétra-calcique hydraté (C4AH13) de la famille des Afm. La présence de ces derniers n’est pas toujours observée. Certains auteurs mettent en évidence la présence de phases plus stables thermodynamiquement telles que Ca3Al2SiO4(OH)8 ou Ca3Al2(OH)12 (Mostafa, et al., 2001).

L’activation sulfatique – par le sulfate de calcium (gypse, hémi-hydrate ou anhydrite), sulfate de sodium. Les réactions se produisent suivant les réactions ci-dessous reportées par (Jacquemot, 2014) :

C5S3A + 2 CaSO4 + H 3 C-S-H + C3A.3CaSO4.32H2O + Al(OH)3

C5S3A + 4 CaSO4 + 2 NaOH + H 3 C-S-H + C3A.3CaSO4.32H2O + Na2SO4

Les produits d’hydratation essentiellement formés sont donc les C-S-H et l’etringitte (C3A.3CaSO4.32H2O). A noter que les laitiers activés par le sulfate de calcium sont souvent appelés les ciments sursulfatés et suivent les spécifications de la norme (NF-EN-15743, 2010). L’activation alcaline – principalement par l’hydroxyde, le silicate ou le carbonate de sodium.

Ils agissent en favorisant l’attaque hydroxylique. La réaction principale qui a lieu entre le laitier et l’hydroxyde de sodium se traduit par (Dron, 1974) : C5S3A + 12 H C-S-H + C4AH13 + C2ASH8

Les produits d’hydratation essentiellement formés sont donc les C-S-H, l’aluminium tétra-calcique, l’hydrotalcite et la Strätlingite (C2ASH8). Ce dernier produit n’existe pas dans le cas de l’hydratation par le silicate ni par le carbonate de sodium où l’ion carbonate peut s’incorporer au C4AH13 pour former le monocarboaluminate. Une description plus détaillée figure dans la partie II.1.3iii étant donné que l’étude sera focalisée sur ce type d’activation.

L’activation en présence du ciment Portland : cette activation regroupe les trois types précédemment cités. Elle a fait l’objet de nombreuses études portant sur la substitution du Portland par le laitier. Ce type d’activation est regardé en détails dans la partie II.1.3ii.

Cinétique d’hydratation, produits et microstructure

Evaluation de la réactivité du laitier de haut-fourneau

L’hydraulicité ou la réactivité du laitier de haut-fourneau dépend essentiellement de la part de sa phase vitreuse, de sa composition chimique et de sa finesse de mouture.

Le laitier acquiert principalement sa réactivité de l’état métastable de la phase vitreuse qu’il contient (partie II.1.1ii). Pour qu’il soit utilisé dans la formulation des bétons, mortiers et coulis de ciments au laitier (NF-EN-15167-1, 2006) ou bien dans les ciments courants à base de laitier de haut-fourneau activé (NF-EN-197-1, 2012), la phase vitreuse doit constituer au moins deux tiers de sa masse.

La composition chimique du laitier contrôle son activité hydraulique. La première condition exigée pour garantir une bonne réactivité est d’avoir un équivalent d’oxydes de calcium, magnésium et silicium supérieur aux deux tiers de la masse totale du laitier. La deuxième condition consiste en un

indice de basicité supérieur à un (plus le laitier est basique, plus il est réactif) (NF-EN-15167-1, 2006) (NF-EN-197-1, 2012). Cet indice peut être calculé selon l’Équation II.1. Ensuite, un facteur d’activité hydraulique peut être attribué. Il s’agit du produit C.A où C est la teneur en CaO et A la teneur en Al2O3. Plus le produit est élevé, plus le laitier est réactif (NF-EN-14227, 2013).
D’autres conditions peuvent également être trouvées dans la littérature. Un facteur hydraulique défini par l’Équation II.2 est utilisé dans plusieurs études et normes (Darquennes, et al., 2013). Ce facteur doit être supérieur à un. Egalement, un degré de dépolymérisation est défini selon l’Équation II.3 (Pal, et al., 2003). Ce degré est généralement compris entre 1,3-1,5. Son augmentation indique une augmentation de la réactivité.

Finalement, la finesse de mouture (ou surface spécifique) a un rôle important sur l’hydraulicité du laitier. Ce rôle est généralement évalué en fonction de son effet sur les résistances mécaniques. Son augmentation entraîne une amélioration des résistances plus prononcée au jeune âge qu’à long terme (Fernandez Jimenez, et al., 1999) (Wang, et al., 1994). Ce paramètre physique doit être au moins supérieure à 275 m²/kg (NF-EN-15167-1, 2006). La valeur optimale recommandée pour une bonne ouvrabilité et résistance est comprise entre 400 et 550 m²/kg pour les laitiers basiques, 450 et 650 m²/kg pour les laitiers acides et neutres (Wang, et al., 1994) (Deventer & Jannie, 2014).

Hydratation des ciments au laitier

L’étude de l’hydratation du laitier a donc débuté par une activation au ciment Portland (Passow, 1902). Dans ces systèmes, l’équilibre de dissolution-précipitation de l’hydroxyde de calcium, produit d’hydratation du ciment Portland (Hewlett, 2003), conditionne le pH à une valeur de 12,5 environ (De Schutter & Taerwe, 95) et favorise par la suite la dissolution de la couche d’aluminosilicates. La réaction pouzzolanique qui se produit avec la chaux est à l’origine de la formation des C-S-H. Plusieurs types d’activation se produisent donc simultanément : calcique (présence de la chaux), sulfatique (présence du gypse, anhydrite utilisés comme régulateur de prise) et alcaline (effet de l’augmentation du pH).

De nombreuses études se sont intéressées à l’effet de l’incorporation du laitier activé au ciment ordinaire pour optimiser surtout sa structure poreuse. La courbe calorifique standard de l’hydratation du clinker se trouve modifiée suite à l’apparition d’un deuxième pic d’hydratation lié à l’accélération de la réaction du laitier (De Schutter & Taerwe, 95).

La courbe calorimétrique de la représente les différentes étapes d’hydratation des ciments au laitier. Le premier pic à apparaître est celui de la dissolution initiale du liant (enregistré ou non selon le démarrage des essais calorimétriques). Une période d’induction vient suivre prolongée par rapport celle du ciment Portland. Ensuite, deux pics d’accélération décalés apparaissent. Le premier correspond principalement à l’hydratation du clinker, le deuxième à celle du laitier dans le ciment. Les temps de début et de fin de prise surviennent pendant la première période d’accélération. Une dernière phase de diffusion peut ensuite être détectée. Elle correspond au ralentissement des réactions d’hydratation suite à l’épaississement de la couche d’hydrates autour des grains du liant.

Les produits d’hydratation des ciments au laitier sont principalement les mêmes que ceux formés par l’hydratation du ciment Portland. Les C-S-H essentiellement formés ont pourtant un rapport C/S plus faible (1,55 contre 1,8 pour le ciment Portland) (Chen, 2007). La présence de la portlandite est néanmoins moins importante vu qu’elle est consommée par les réactions d’hydratation du laitier. Ils sont également plus riches en aluminium d’où le terme de CASH ou C-A-S-H ou C-S-H-A.

La chaleur d’hydratation cumulée diminue avec l’augmentation du taux d’incorporation du laitier (Van Rompaey, 2006) (Darquennes, 2009) (Olivier, 2016). Ceci est illustré dans la Figure II.6.

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Table des matières

Chapitre I. Introduction générale
I.1 Contexte et problématique
I.2 Méthodologie et démarche générale
I.3 Expression du tenseur de déformations
I.3.1 Défor?ations différées du ?ortier d’enrobage
I.3.2 Déformations induites par la corrosion
I.4 Matériaux d’étude et conditions de cure
I.5 Organisation du manuscrit
I.6 Références bibliographiques
Chapitre II. Revue Bibliographique
II.1 Comportement différé du mortier de laitier activé
II.1.1 Introduction
i. Enjeux environnementaux
ii. Fabrication du laitier de haut-fourneau
iii. Histoire d’utilisation et durabilité des liants à base du laitier activé
iv. Application pour la gestion des déchets
II.1.2 Principe d’activation chi?i?ue
II.1.3 Cinéti?ue d’hydratation, produits et ?icrostructure
i. Evaluation de la réactivité du laitier de haut-fourneau
ii. Hydratation des ciments au laitier
iii. Hydratation des liants à base de laitier alcali-activé
iv. Hydratation du laitier activé à la soude
II.1.4 Développement des propriétés mécaniques
i. Temps de prise
ii. Résistances mécaniques
iii. Structure poreuse
iv. Module d’élasticité
II.1.5 Déformations propres en condition endogène
i. Déformations thermiques
ii. Déformations de retrait endogène
iii. Déformations de fluage propre
II.1.6 Synthèse Générale
II.2 Comportement électrochimique du magnésium
II.2.1 Introduction
II.2.2 Mécanismes de corrosion du magnésium
i. Corrosion en solutions aqueuses basiques
ii. Corrosion galvanique du magnésium et de ses alliages
iii. Corrosion dans les liants hydrauliques
II.2.3 Caractérisation de l’effet de la corrosion dans les liants hydrauli?ues
II.2.4 Synthèse générale
II.3 Références bibliographiques
Chapitre III. Etude du comportement thermo-chemo-mécanique du mortier de laitier activé
III.1 Introduction
III.2 Avance?ent de l’hydratation et ?icrostructure
III.2.1 Enjeux de modélisation
III.2.2 Méthodes expérimentales
i. Propriétés thermiques : Conductivité thermique et chaleur spécifique
ii. Avance?ent de la réaction d’hydratation
iii. Structure poreuse
III.2.3 Résultats et discussion
i. Propriétés thermiques
ii. Avance?ent des réactions d’hydratation
iii. Structure poreuse
iv. Conclusions
III.3 Développement des propriétés mécaniques
III.3.1 Enjeux de modélisation
III.3.2 Méthodes expérimentales
i. Temps de prise
ii. Mesures ultrasonores
iii. Compression uniaxiale
iv. Flexion trois points
III.3.3 Résultats et discussion
i. Temps de début de prise
ii. Module de Young
iii. Résistances mécaniques
iv. Modélisation
v. Conclusions
III.4 Evolution des déformations différées
III.4.1 Enjeux de modélisation
III.4.2 Méthodes expérimentales
i. Déformations de retrait endogène
ii. Déformations de fluage propre en compression
III.4.3 Résultats et discussion
i. Déformations de retrait endogène
ii. Déformations de fluage propre
iii. Conclusions
III.5 Bilan et conclusions
Table des matières
III.6 Références bibliographiques
Chapitre IV. Etude de la corrosion du Magésium dans différents liants hydrauliques
IV.1 Introduction
IV.2 Enjeux de modélisation
IV.3 Morphologie et nature des produits de corrosion
IV.3.1 Méthodes expérimentales
i. Montage expérimental utilisé
ii. Caractérisation de la microstructure des produits de corrosion (MO – MEB/EDS qualitatif)
iii. Caractérisation de la nature des produits de corrosion (MEB/EDS quantitatif et Raman)
IV.3.2 Résultats et discussion
i. Observations au microscope optique
ii. Caractérisation MEB couplée aux analyses EDS
iii. Nature des produits de corrosion
iv. Conclusions
IV.4 Caractérisation de la cinétique de corrosion
IV.4.1 Méthodes expérimentales
i. Suivi par mesures gravimétriques – éprouvettes dormantes
ii. Suivi par mesures électrochimiques
IV.4.2 Résultats et discussion
i. Analyse des résultats de suivi gravimétrique
ii. Analyse des résultats ZRA
iii. Analyse des résultats SIE
iv. Conclusions
IV.5 Evaluation des conséquences mécaniques de la corrosion
IV.5.1 Méthodes expérimentales
i. Echelle mésoscopique – propriétés mécaniques des produits de corrosion
ii. Echelle macroscopique – effet mécanique du développement des produits de corrosion
IV.5.2 Résultats et discussion
i. Propriétés mécaniques des produits de corrosion
ii. Suivi électrochimique dans les éprouvettes normalisées et les pots de contrôle
iii. Suivi de déformations dans les éprouvettes normalisées
IV.6 Bilan et conclusions
IV.7 Références bibliographiques
Chapitre V. Modélisation du comportement thermo-chemo
V.1 Introduction
V.2 Présentation du modèle thermo-chemo-mécanique
V.2.1 Expression du tenseur de déformations
V.2.2 Choix du critère de fissuration et de la loi de comportement
V.3 Récapitulatif des résultats expérimentaux au service de la modélisation
V.3.1 Comportement thermo-chemo-mécanique du mortier de laitier activé
V.3.2 Evolution de la corrosion
V.4 Calculs à l’échelle Méso
V.4.1 Homogénéisation des propriétés thermiques et mécaniques
i. Homogénéisation des propriétés thermiques
ii. Homogénéisation des déformations différées
iii. Homogénéisation des propriétés mécaniques
iv. Essai expérimental de validation
V.4.2 Déformations moyennes de corrosion
V.5 Calculs à l’échelle Macro
V.5.1 Présentation du maillage et des conditions aux limites
V.5.2 Comportement thermochimique
i. Calculs sur mortier seul
ii. Effet d’incorporation du graphite
V.5.3 Effet mécanique de la restriction des déformations endogènes
i. Calculs sur mortier seul
ii. Effet d’incorporation du graphite
V.6 Bilan et conclusions
V.7 Références bibliographiques
Chapitre VI. Conclusions et perspectives
VI.1 Conclusions générales
VI.2 Perspectives
VI.2.1 Comportement thermo-chemo-mécanique des matériaux alcali-activés
VI.2.2 Comportement de corrosion des magnésiens dans les liants hydrauliques
VI.2.3 Simulations numériques
Annexes
Annexe 1. Fiches techniques des matériaux de la campagne expérimentale
Annexe 2. Ca?a?té?isatio? du ?o?tie? de laitie? a?tivé à l’état f?ais
Annexe 3. DRX – p?oduits d’hyd?atatio?
Annexe 4. Photos des é?ha?tillo?s d’obse?vations microscopiques après découpe
Annexe 5. Caractérisation MEB/EDS
Annexe 6. Spectres Raman de référence
Annexe 7. Suivis de la corrosion galvanique par gravimétrie et électrochimie
Annexe 8. Diagrammes de Nyquist – Données SIE – Eprouvettes b
Annexe 9. Illustrations des résultats de simulations numériques