L'objectif de ce travail a été d'apporter une meilleure compréhension des mécanismes réactionnels de l'hydratation de ciments appartenant à la famille de ciment BCSAF afin de développer des schémas réactionnels simplifiés permettant d'optimiser les ciments à base d'un clinker BCSAF et d'autres constituants pour des applications spécifiques. Les ciments étudiés ont été réalisés à partir d'un clinker contenant 52% de belite, 33% de ye'elimite and 14% de ferrite et diverses quantités d'anhydrite et de calcaire. A partir de l'étude détaillée de l'hydratation d'un ciment contenant 95% de clinker et 5% d'anhydrite, il a été démontré que le mécanisme de l'hydratation est constitué de deux périodes successives : le début de l'hydratation est contrôlé par l'hydratation de la ye'elimite réagissant avec l'anhydrite, tandis que la suite de l'hydratation est contrôlée par les hydratations de la belite et de la ferrite qui réagissent avec certains des hydrates formés lors de la première période. La vitesse de nucléation de la strätlingite contrôle le début de l'hydratation de la belite. Le principal paramètre qui contrôle cette dernière est la concentration en sulfate de la phase aqueuse qui doit être très faible. Ainsi C-S-H n'est pas formé au début de l'hydratation de la belite parce qu'elle n'est pas saturé à cause de faible concentration de calcium et silicon et sa formation est retardé plus tard à cause de l'inhibition de sa nucléation par de trop fortes quantités d'aluminate en solution. Par conséquence, c'est indirectement la concentration en sulfate de la solution qui contrôle le début de l'hydratation de la belite and ainsi les réactions conduisant à sa réduction à travers la précipitation de phase notamment lors de l'hydratation de la ye'elimite pour former de l'ettringite. Ainsi d'une façon générale, la strätlingite commence à nucléer quand la ye'elimite a complètement réagi. D'autre part, une synergie entre les hydratations de la belite et de la ferrite permet de former des hydrogrenats et des C-S-H à des temps longs au détriment de la strätlingite formée auparavant. Un mécanisme d'hydratation similaire a été trouvé pour les ciments contenant des quantités plus importantes d'anhydrite à l'exception de ceux qui contiennent une quantité d'anhydrite supérieure que la quantité théorique permettant de faire réagir toute la ye'elimite en ettringite. Toutefois pour le premier type de ciments, une augmentation de la quantité d'anhydrite allonge à la fois le temps d'apparition de la seconde période et la durée des différentes étapes de cette dernière. Donc l'hydratation est globalement plus lente. Pour le second type de ciment, contenant de fortes quantités d'anhydrite, le mécanisme d'hydratation est assez différent car l'hydratation de la belite commence dès le début de l'hydratation et conduit à la formation, soit d'ettringite contenant Si, soit de C-S-H. L'effet de 15% de calcaire a également été étudié pour le ciment contenant 95% de clinker et 5% d'anhydrite. Les résultats ont montré que le calcaire ne change pas la première période de l'hydratation mettant en jeu principalement la ye'elimite et l'anhydrite. Par contre la seconde période, durant laquelle la belite et la ferrite s'hydratent, est fortement retardée à son début. Ceci peut être dû à un retard de la nucléation de la strätlingite à cause de concentrations en sulfate de la solution restant plus longtemps élevées par le fait que l'ettringite est stabilisée en présence de carbonate par la formation de phases AFm carbonatées qui inhibent la formation de monosulfoaluminate de calcium hydraté. Pour finir, des perspectives sont données notamment afin de réduire la durée de la première période de l'hydratation et ainsi permettre un démarrage plus rapide de l'hydratation de la belite et de la ferrite.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00595554 |
| Date | 05 October 2010 |
| Creators | Wang, Jia |
| Publisher | Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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