The use of waste materials in construction is among the most attractive options to consume these materials without affecting the environment. Glass is among these types of potential waste materials. In this research, waste glass in powder form, i.e. glass powder (GP) is examined for potential use in enhancing the characteristics of concrete on the basis that it is a pozzolanic material. The experimental and the theoretical components of the work are carried out primarily to prove that glass powder belongs to the "family" of the pozzolanic materials. The chemical and physical properties of the hydrated activated glass powder and the hydrated glass powder cement on the microstructure level have been studied experimentally and theoretically. The work presented in this thesis consists of two main phases. The first phase contains experimental investigations of the reaction of glass powder with calcium hydroxide (CH) and water. In addition, it includes experiments that are aimed at determining the consumption of water and CH with time. The reactivity, degree of hydration, and nature of the pore solution of the glass powder-blended cement pastes and the effect of adding different ratios of glass powder on cement hydration is also investigated. The experiments proved that glass powder has a pozzolanic effect on cement hydration; hence it enhances the chemical and physical properties of cement paste. Based on the experimental test results, it is recommended to use a glass powder-to-cement ratio (GP/C) of 10% as an optimum ratio to achieve the best hydration and best properties of the paste. Two different chemical formulas for the produced GP C-S-H gel due to the pure GP and GP-CH pozzolanic reaction hydration are proposed. For the pure GP hydration, the produced GP C-S-H gel has a calcium-to-silica ratio (C/S) of 0.164, water-to-silica ratio (H/S) of 1.3 and sodium/silica ratio (N/S) of 0.18. However, for the GP-CH hydration, the produced GP C-S-H gel has a C/S ratio of 1.17, H/S ratio of 2.5 and N/S ratio of 0.18. In the second phase of this research, theoretical models are built using a modified version of an existing cement hydration modelling code, "CEMHYD3D", to simulate the chemical reaction of the activated glass powder hydration and glass powder in cement. The modified model, which is referred to as the "MOD-model" is further used to predict the types, compositions and quantities of reaction products. Furthermore, the glass powder hydration data, which is obtained experimentally, is incorporated into the MOD-model to determine the effect of adding glass powder to the paste on the process of cement hydration and resulting paste properties. Comparisons between theoretical and experimental results are made to evaluate the developed models. The MOD-model predictions have been validated using the experimental results, and were further used to investigate various properties of the hydrated glass powder cement paste. These properties include, for example, CH content of the paste, porosity, hydration degree of the glass powder and conventional C-S-H and GP CS- H contents. The results show that the MOD-model is capable of accurately simulating the hydration process of glass powder-blended cement paste and can be used to predict various properties of the hydrating paste.

L'utilisation de bois dans une matrice cimentaire confère des propriétés intéressantes aux composites. L'importance des variations dimensionnelles et des retards de prises du matériau sont deux problèmes majeurs. Le but de ce travail était de mieux comprendre les mécanismes d'interaction entre le bois et le ciment. Nous avons étudié l'influence, de la fibre de peuplier naturel et de la fibre de peuplier stabilisée dimensionnellement par traitement thermique, sur l'hydratation du ciment. Compte tenue du rôle de la composition chimique de bois sur la prise du ciment, l'étude a été consacrée à l'obtention de données concernant l'essence utilisée (peuplier) : propriété hygroscopique, analyse structurale, analyse chimique des extraits aqueux et influence du traitement thermique sur ces propriétés.<br /><br />La fibre végétale modifie essentiellement l'hydratation des phases silicatés. Une forte inhibition de la précipitation de la portlandite et des CSH est apparue. Cette dernière provient d'un déficit d'ions hydroxydes dans la phase interstitielle. En présence de bois, l'ettringite est stabilisée et sa conversion en monosulfoaluminate retardée. Il est apparut que le bois ne modifiait pas la dissolution totale des grains anhydres.<br /><br />Le milieu alcalin, imposé par le ciment, dégrade les hémicelluloses, les parties amorphes de la cellulose et les lignines du peuplier. Il en résulte une forte production d'acides organiques dans la phase interstitielle. Ces derniers présentent un effet retard sur l'hydratation nettement supérieur à celui généré par les extractibles.

Les polysaccharides sont des retardateurs de prise qui confèrent au mortier une excellente rétention d'eau et une augmentation de la durée de maniabilité. Dans le but de rationaliser l'emploi de ces adjuvants dans les mortiers industriels, nous avons étudié l'effet de leur introduction sur l'hydratation du ciment afin d'élucider les mécanismes d'interaction.<br />Compte tenu du peu d'informations disponibles sur ces adjuvants et du constat que les propriétés du mortier sont fortement dépendantes du polysaccharide introduit, nous avons tout d'abord réalisé une étude des matières premières. Nous avons aussi rassemblé des données structurales sur les adjuvants (nature du substituant, masse moléculaire moyenne).<br />L'étude de l'hydratation du ciment adjuvanté en milieu dilué (EC=20) permet de proposer des mécanismes. Les polysaccharides n'agissent ni sur la dissolution du ciment, ni sur la germination-croissance des premiers hydrates. Le mécanisme prépondérant semble être l'adsorption sur les premiers hydrates ralentissant ou bloquant ainsi l'hydratation.<br />L'étude en milieu concentré (EC<0,5) se rapproche des conditions réelles d'utilisation. La détermination des teneurs en hydrates montre que parmi les adjuvants, l'éther d'amidon et la dextrine AM2 sont les retardateurs les plus forts. Pour ces adjuvants, d'une part l'ettringite est stabilisée et d'autre part les formations des CSH et de la portlandite sont retardées.<br />Une discussion des différents mécanismes d'interaction possibles est abordée.