Liants ternaires à base d'argile calcinée : Etude des mécanismes de structuration, optimisation mécanique et durabilité

Calcined clay ternary binders : hydration mechanisms, mechanical optimization and durabiblity

• Auteur / Autrice : Guillemette Cardinaud
• Direction : Emmanuel Rozière, Ahmed Loukili
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 29/03/2021
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : André Lecomte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Rozière, Ahmed Loukili, André Lecomte, Céline Cau Dit Coumes, Martin Cyr, Olivier Martinage, Michaël Paris
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Céline Cau Dit Coumes, Martin Cyr

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kaolin

Pollution atmosphérique

Environnement

Béton

Dioxyde de carbone

Mots clés libres

Argiles calcinées

Liants ternaires

Filler calcaire

Hydratation

Illite

Métakaolin

Propriétés mécaniques

Durabilité

Calcined clay

Ternary binder

Limestone filler

Hydration

Illite

Metakaolinite

Durability

Résumé

La réduction des émissions de dioxyde de carbone liées à la production du ciment est un enjeu majeur pour l’industrie cimentière aujourd’hui. Environ 60% de ces émissions sont d’origine chimique et sont émis au cours d’une étape cruciale dans la fabrication du ciment : la clinkérisation. Une des solutions pour engager la réduction des émissions de CO2 liées à l’utilisation du béton est la substitution du clinker par d’autres matériaux. Depuis quelques dizaines d’années, la communauté scientifique s’intéresse particulièrement à l’utilisation des argiles calcinées, et plus spécifiquement de la métakaolinite, comme matériaux de substitution au clinker. La combinaison de ces matériaux avec du filler calcaire affiche des résultats très prometteurs en termes de performances mécaniques. Cette étude tend à démontrer que les résultats obtenus avec une argile composée avant calcination d’illite et de kaolinite sont équivalents à ceux obtenus avec une argile majoritairement kaolinitique. A travers une étude multi-échelle, ce travail montre que l’utilisation d’une argile pure n’est pas forcément nécessaire. Dans le cas des liants ternaires, les cortèges d’hydrates développés sont semblables avec l’un ou l’autre matériau argileux. L’approche performantielle adoptée pour l’évaluation de la durabilité des bétons contenant un liant ternaire montre que la carbonatation de ces bétons demande une attention particulière. De manière globale les résultats obtenus dans cette étude sont encourageants et positifs quant à l’utilisation industrielle d’argiles calcinées composites dans les ciments.

The reduction of carbon dioxide emissions related to cement production is a key point for industry today. About 60% of these emissions are chemical and issued from a crucial step in cement production: clinkerization. One of the solutions to reduce carbon dioxide emissions associated with concrete is the substitution of clinker by other materials. Since some decades, scientific community is particularly interested to the use of calcined clays (and specifically metakaolin) as supplementary cementitious materials (SCM). The combination of such materials with limestone filler is very promising in terms of mechanical properties. This study aims at demonstrate that the results obtained with a clay composed of illite and kaolinite before calcination are equivalent to those observed with a clay containing only kaolinite. Through a multi-scale approach, this work shows that the use of a pure clay is not necessary. In the case of ternary binders, hydrate assemblage is similar with one or the other clay. Performance-based approach is adopted for the qualification of durability indicators for concrete containing such binders and carbonation of these concretes must be given attention. Results in this study are encouraging and promising for the industrial use of composite calcined clays in cements.