Influence du remplacement du ciment par des cendres volantes à faible teneur en calcium sur la cinétique de prise de pâtes de ciment au jeune âge

Influence of cement replacement by low calcium fly ash on the hydration kinetics at early-age

• Auteur / Autrice : Quoc Tien Bach
• Direction : Pierre Mounanga
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
• Jury : Président / Présidente : William Prince Agbodjan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Mounanga, William Prince Agbodjan, El-Hadj Kadri, Sylvie Yotte, Ali Nordine Leklou, Philippe Poullain
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : El-Hadj Kadri, Sylvie Yotte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydratation

Thermochimie

Cendres volantes

Ciment

Mots clés libres

Pâte cimentaire

Transferts hygrothermiques

Résumé

Cette thèse étudie l’influence du remplacement du ciment par des cendres volantes a faible teneur en calcium sur la cinétique de prise de pâtes cimentaires au jeune age. L’incorporation de cendres volantes dans un mélange cimentaire conduit en effet a un changement de la cinétique d’hydratation du mélange. Afin d’étudier cette influence, des mélanges avec taux de remplacement de 0%, 40% et 80% en masse et des rapports E/L de 0,25 et 0,50 ont été réalises. Le suivi de l’hydratation se base sur la détermination expérimentale de la chaleur d’hydratation dégagée (microcalorimétrie isotherme), de la quantité de portlandite et d’eau chimiquement liée (analyse thermogravimétrique) et de l’évolution des propriétés mécaniques au cours de l’hydratation (résistance en compression Rc et résistance en traction Rt). Les résultats sont ensuite utilises pour déterminer les paramètres des modèles d’évolution du mélange (Lacarriere 2007) , (Meinhard & Lackner 2008) et (Baert et al. 2010). La seconde partie de ce travail porte sur l’etude des transferts hygrothermiques au sein du mélange cimentaire au jeune age. Les simulations numériques réalisées permettent d’étudier l’influence des propriétés thermophysiques des granulats, de la concentration en granulats et de la forme des granulats sur la cinétique de prise. Ces paramètres physiques, de composition ou morphologiques peuvent en effet avoir une influence sur l’évolution thermique du milieu et donc sur son évolution chimique puisque les réactions d’hydratation sont thermoactivees. Les simulations sont basées sur le modèle de (Di Luzio, et al. , 2009) discrétisé par la méthode des différences finies dans le cas bidimensionnel.

This work deals with the influence of the replacement of CEM I type cement by low calcium fly ash on the hydration kinetics of cement pastes at early-age. Different cement paste compositions are tested. They are characterized by different replacement rates (0%, 40% and 80%) and different water to binder ratios (0. 25 and 0. 50). The study of hydration is based on the experimental measurement of the released heat of hydration (isothermal microcalorimetry), of the amount of portlandite and chemically bounded water (thermogravimetric analysis) and of the evolution of the mechanical properties during the hydration (compressive strength Rc and tensile strength Rt). The results are then used to determine the parameters of the models describing the composed cement paste evolution (Lacarriere 2007) , (Meinhard & Lackner 2008) et (Baert et al. 2010). The second part is dedicated to the study of heat and moisture transfers in the cement paste at early-age. The numerical simulations are carried out to determine the influence of the aggregate thermophysical properties, concentration and shape on the hydration kinetics. These parameters, either physical, composition related ot morphological may have an influence on the medium temperature evolution and consequently on its chemical evolution since the hydration reactions are thermoactivated. The numerical implementation is based on the model by (Di Luzio & Cusatis 2009) discretized by means of the finite difference method (bidimensionnal problem).