Etude de l’influence de différents adjuvants sur l’état de dispersion et la réactivité de pâtes de ciments sulfoalumineux bélitiques

Effects of admixtures on the dispersion and reactivity of BYF cement pastes

• Auteur / Autrice : Angélique Barneoud Chapelier
• Direction : Gwenn Le Saout, Nathalie Azema
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 19/11/2020
• Etablissement(s) : IMT Mines Alès
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et Génie Civil. LMGC (Montpellier) - Durabilité des éco-Matériaux et Structures
• Jury : Président / Présidente : Martin Cyr
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martin Cyr, Philippe Grosseau, Youssef El Bitouri, Vanessa Kocaba, Blandine Barbieri Albert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Grosseau

Mots clés

Mots clés libres

Ciments sulfoalumineux bélitiques (CSAB)

Polycarboxylate

Lignosulfonate

Hydratation

Borax

Fluidification

Belite Sulfoaluminate Cements (CSAB)

Polycarboxylate

Lignosulfonate

Borax

Hydration

Fluidization

Résumé

Les enjeux climatiques actuels ont donné lieu à l’émergence de ciments bas carbone, notamment les ciments sulfoalumineux bélitiques (CSAB). Ces ciments sont récents et la littérature est limitée à leur sujet. Ainsi, peu d’études en présence d’adjuvants ont été publiées, alors que ces derniers sont des composants clés du béton. En effet, la maîtrise de l’état frais des bétons est tributaire de leur utilisation, que ce soient des plastifiants (ou super-plastifiants) permettant de maîtriser l’ouvrabilité sans ajout d’eau, ou des modulateurs de temps de prise tels que les retardateurs. L’objectif de ce travail est donc de mieux comprendre l’hydratation de ces ciments, seuls et en présence d’adjuvants, depuis les premières minutes d’hydratation et jusqu’à 6 mois. Les anhydres (clinkers et anhydrite) ont d’abord été caractérisés, puis un dosage optimal en anhydrite a été défini pour chacun des trois clinkers. L’hydratation des ciments ainsi élaborés a été étudiée à court terme (microcalorimétrie isotherme, DRX, ICP) puis à long terme (DRX), où l’assemblage de phase a été relié aux résistances mécaniques. Celles-ci sont dépendantes de la nature des produits d’hydratation de la bélite. L’effet de différents adjuvants (un polycarboxylate PC, un lignosulfonate LS et le borax B) sur l’hydratation et les propriétés rhéologiques a été étudiée. Ils fluidifient la pâte en modifiant son organisation méso-structurale ainsi que la précipitation d’ettringite ; l’hydratation et l’organisation sont étroitement liées. L’efficacité du LS et du B dépendent de la nature du ciment : un dosage plus important est nécessaire pour ceux dont la réactivité est plus rapide. De plus, il existe un dosage limite à partir duquel leur effet passe d’accélérateur à retardateur.

The current climate issues gave rise to the emergence of low carbon cements, in particular belite calcium sulfoaluminate cements (CSAB). These cements are quite recent and the literature is limited; only a few studies have been published on CSAB in the presence of admixtures, even though these are key components of modern concrete. Indeed, concrete fresh state mainly depends on their use, for example plasticizers (or superplasticizers) allow the control of workability without the addition of extra-water, or setting regulators such as retarders. Therefore, the purpose of this thesis work is to give a better understanding of their hydration, without and with admixtures, and from the first minutes to 6 months of hydration. Anhydrous materials (clinkers and anhydrite) were first characterized, then an optimum anhydrite content was determined for each of the three clinkers. The resulting cements were studied at short term (isotherm microcalorimetry, XRD, ICP), then at longer ages (XRD), when the phase assemblage was correlated to the compressive strength. Those mainly depend on belite hydration products. The effect of different admixtures (a polycarboxylate PC, a lignosulfonate LS and borax B) on the hydration and rheological properties of CSAB cements was studied. They fluidize cement pastes thanks to both mesostructural rearrangement and modification of ettringite precipitation, which are closely related parameters. LS and B efficiency depends on the cement nature, dosage must be increased for those which reactivity is quicker. Moreover, there is a dosage from which their effect changes from accelerating to retarding the hydration.