Influence des conditions thermo-hydriques de conservation sur l'hydratation de matériaux cimentaires à base d’une fine recyclée

Influence of the thermo-hygral conservation conditions on the hydration of recycled fine-based materials

• Auteur / Autrice : Arthur Bordy
• Direction : Salima Aggoun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Soutenance le 13/12/2016
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) - Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil / L2MGC
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Rémond
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Salima Aggoun, Bruno Fiorio, Akli Younsi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ahmed Loukili, Geert De Schutter

Mots clés

Mots clés libres

Fine recyclée

Clinker anhydre

Hydrates

Conditions thermo-Hydriques de conservation

Hydratation

Microstructure

Recycled Cement Paste Fine

Anhydrous clinker

Hydrates

Conservation conditions

Hydration

Microstructure

Résumé

La valorisation, comme granulats, des matériaux issus du recyclage du béton de démolition contribueà diminuer les surfaces dédiées au stockage des déchets et à limiter le recours systématique auxressources naturelles. L’emploi de fines recyclées à partir de béton de déconstruction s’inscrit danscette démarche et permet par ailleurs, quand la fine est utilisée en substitution partielle du cimentlors de la fabrication de nouveaux matériaux cimentaires, de réduire l’impact sur l’environnement deces matériaux.Cet usage conduit à mettre en présence dans la pâte à l’état frais du ciment anhydre et du cimenthydraté, ce qui pose la question de l’impact de cette situation sur le matériau. Pour y répondre enpartie, les travaux de recherche présentés dans cette thèse ont pour objectifs principaux d’étudier leprocessus d’hydratation d’une phase anhydre en présence d’autres phases hydratées, et d’analyserl’influence des conditions thermo-hydriques de conservation (HR et T°) sur les cinétiquesd’hydratation des matériaux cimentaires.Pour ce faire, une campagne expérimentale a été menée sur des mortiers et leurs pâtes de cimentéquivalentes fabriqués en remplaçant une partie de leur ciment Portland par une fine issue durecyclage d’une pâte de ciment durcie et bien hydratée. Un suivi au cours du temps des teneurs enPortlandite, de la porosité totale, de la résistance à la compression ainsi que de la résistance à lacarbonatation accélérée des matériaux a été réalisé. Les résultats obtenus montrent qu’il est possiblede fabriquer des mortiers en substituant le ciment par une fine obtenue uniquement par concassageet broyage d’une pâte de ciment durcie. Cependant, l’augmentation du taux de substitution massiquedu ciment par la fine recyclée s’accompagne d’une altération des propriétés et performances desmortiers. Les résultats du suivi d’hydratation couplés aux résultats d’analyse de la microstructure ontmontré que l’effet des conditions thermo-hydriques de conservation sur les cinétiques d’hydratationdes différentes pâtes de ciment dépend de leurs propriétés intrinsèques (microstructure). Celapourrait expliquer l’absence de consensus dans la littérature sur la valeur de l’humidité relativeambiante conduisant à l’arrêt de l’hydratation.En parallèle à l’étude expérimentale, une étude numérique de l’influence des conditions thermohydriquesde conservation sur l’hydratation des pâtes de ciment a été menée. Pour les besoins del’étude, une réadaptation du code de calcul utilisé, CEMHYD3D, a été nécessaire. Les résultatsobtenus montrent que, lors de l’hydratation, la Portlandite initialement présente dans le matériau(apportée par la fine recyclée) se dissout au contact de l’eau alors que la phase encore anhydre enproduit. Cette étude a également permis de conforter les résultats expérimentaux quant à l’influencede l’humidité relative ambiante sur l’hydratation.

The use, as aggregates, of recycled materials from demolished concrete contributes to limit landfill and the systematic use of natural resources. Using recycled fines from the deconstruction concrete is an extension of this approach. When used as a partial substitution for cement in cementitious materials, it may also be a solution to reduce the environmental impact of these materials.This specific use induces the presence of anhydrous cement particles and hydrated cement phases in the fresh material. This raises the question whether and how it can impact the hydration process. With the aim to answer, at least partially, to this question, the thesis presents a study of the hydration process of an anhydrous phase in the presence of other hydrated phases, and analyzes the influence of the conservation conditions (RH and T°) on the hydration kinetics of cementitious materials.An experimental campaign was conducted on mortars and their equivalent cement pastes designed by replacing a part of their Portland cement by a recycled cement paste fine. The monitoring of the Portlandite content, the total porosity, the compressive strength and the accelerated carbonation of the materials was achieved. The obtained results show that it is possible to design mortars by substituting their cement by a fine obtained only from crushing and grinding of a hardened cement paste. However, increasing the substitution ratio of the cement by the recycled fine was find to be accompanied by a deterioration of the mortars properties and performances. The results of the hydration monitoring coupled to investigations of the microstructure showed that the effect of conservation conditions on the hydration kinetics of the different cement pastes depends on their intrinsic properties (microstructure). This could explain the lack of consensus in the literature on the drying conditions under which hydration kinetics are strongly affected.In parallel to the experimental study, a numerical study of the influence of the conservation conditions on the hydration of cement pastes was conducted. Readjustments of the parameters of the used code (CEMHYD3D) were necessary. The obtained results show that, during hydration, the Portlandite originally present in the material (provided by the recycled fine) dissolves in contact with water, while the anhydrous phase produces new Portlandite. This study consolidated moreover the experimental results on the influence of the ambient relative humidity on hydration.