I. INTRODUCTION Jebel Ouest, J.Ressas et J.Nahli.

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1 CONTENTS TABLE Sommaire... I. Introduction... II. Normes utilisées pour le Ash et principales dispositions normatives Normes utilisées pour le Ash Principales dispositions normatives Exigences chimiques Exigences physiques Dégagement de substances dangereuses et émission de radioactivité... défini. III. Identification des matériaux de l étude : (ciment et granulats)... IV. Validation des dispositions normatives Essais effectué Principaux résultats... V. Conclusión...

2 FIGURES TABLE Figure 1: Courbes granulométriques des granulats (sable et graviers)...11 Figure 2: Courbe granulométrique des Cendres volantes(laser)...12 Figure 3: Analyse minéralogique des cendres volantes...14 Figure 4- a: Résistances á la compression á 7 jours des bétons...17 Figure 4- b: Résistances á la compression á 14 jours des bétons...18 Figure 4- c: Résistances á la compression á 28 jours des bétons...18 Figure 4- d: Résistances á la compression á 90 jours des bétons...19

3 TABLES Tableau 1: Granularité des granulats Tableau 2: Propriétés physiques et mécaniques des Granulats et cendres...13 Tableau 3: Résultats de l'analyse chimique...14 Tableau 4: Indice d'activité de la cendre étudiée...15 Tableau 5: Composition des bétons témoins...16 Tableau 6- a: Résistances á la compression á 7 jours des bétons: fc7 (MPa) Tableau 6- b: Résistances á la compression á 14 jours des bétons : fcl4 (MPa) Tableau 6- c: Résistances á la compression á 28 jours des bétons: fc28 (MPa) Tableau 6- d: Résistances á la compression á 90 jours des bétons : fc90 (MPa) Tableau 7: Valeur du coefficient d'équivalence k des cendres volantes...21 Tableau 8: (N.A.F 1): valeurs limites applicables en France pour la composition et les propriétés du béton en fonction de la classe d'exposition... 22

4 I. INTRODUCTION La production d'électricité dans des centrales á charbon, dans les pays pourvus de ce type de combustible, génére un résidu, sous forme de cendre volante, appelé en anglais «Fly Ash», ou tout simplement Ash, pour simplifier. L'Ash fait partie des cendres volantes dont l'utilisation dans la confection des bétons est courante dans plusieurs pays, comme l'angleterre, l'lrlande, la France et l'allemagne á titre d'exemples, oü ces cendres sont ahondantes. Cette utilisation est régie, á l'échelle européenne par des normes spécifiques, comme signalé c -aprés. La présente étude a pour objet la validation du Ash dans la confection des bétons á partir des matériaux de constructions tunisiens. Cette validation consiste á vérifier les spécifications des normes européennes pour ce qui a trait au ash et des normes tunisiennes pour ce qui concerne le béton, le tout, dans le contexte tunisien. Les conditions de cette étude sont les suivantes: -Le Ash est celui fourni par la société, en provenance de l'angleterre, -Les granulats sont en provenance de trois carriéres, assez représentatives des granulats tunisiens. II s'agit des carriéres de Jebel Ouest, J.Ressas et J.Nahli. -Les essais ont été effectués dans les laboratoires suivants : Laboratoire de Génie Civil de l'ecole Nationale de Tunis, pour les essais mécaniques, Laboratoire de la faculté des Sciences de Tunis, pour les essais de granulométrie láser Le Centre National de sciences et technologies nucléaires, pour les essais de radioactivité Le Centre National de radio- Protection, pour l'impact sur la santé publique, selon les résultats des essais de radio-activité. -Les résultats des essais chimiques sont ceuxfournis par RWE Power International (UK).

5 II. NORMES UTILISEES POUR LE ASH ET PRINCIPALES DISPOSITIONS NORMATIVES 1. Normes utilisees pour le Ash [1] NF EN 450-1, Fly ash for concrete - Part 1: Definition, specifications and Compliance critenas, AFNOR in October 2005, Classification índex: P [2] NF EN 450-1, Fly ash for concrete - Part 2: Conformity Evaluation, AFNOR in October 2005, Classification index: P [3] EN 197-1, Cement - Part 1: Composition, specifications and conformity criteria of common cements. [4] EN (P18-325), Concrete - Part 1: Specification, performance, production and conformity. [5] EN 450-1: 2005: Fly Ash for concrete, Part 1: Definition, specifications and compliance criterias. 2. Dispositions normatives principales Le ciment de test (substitué) doit être un ciment Portland CEM I type, au moins de la classe de résistance 42,5 MPa, et est conforme à la norme EN (NT). Les cendres volantes doivent satisfaire aux exigences proposées par la norme EN 450-1, dont le principal limites sont les suivantes Exigences chimiques chlorure: La teneur en chlorure (exprimée en CI-) ne doit pas être supérieure à 0,10% en masse. anhydride sulfurique: La teneur en anhydride sulfurique (exprimé en S03) ne doit pas être supérieure à 3,0% en masse. Oxyde de calcium libre: La teneur en oxyde de calcium libre ne doit pas être supérieure à 2,5% en masse. Si le contenu de oxyde de calcium libre est supérieure à 1.0% en masse, puis les cendres volantes doivent être testés pour la conformité aux exigences de solidité.

6 L'oxyde de calcium réactive: La teneur en oxyde de calcium réactif ne doit pas être supérieure à 10,0% en masse. le dioxyde de silicium réactive: La teneur du dioxyde de silicium réactif ne doit pas être inférieure à 25% en masse. Teneur totale en alcalis: La teneur totale en alcalis doit pas dépasser 5,0% en masse. L'oxyde de magnésium: La teneur en oxyde de magnésium (MgO) ne dépasse pas 4,0% en masse. phosphate soluble: La teneur en phosphate soluble (P205) ne doit pas dépasser 100 mg / kg. Remarque: Les cendres volantes produites par la combustion de charbon pulvérisé n'est connue que de répondre à ces exigences. 2,2. Exigences physiques Finesse: La finesse des cendres volantes doivent être exprimés en pourcentage de la masse que la proportion massique de les cendres conservées à l'état humide tamisé sur un tamis 0,045 mm maille et doit rester dans les limites de les catégories précisées ci-dessous: Catégorie N: la valeur maximale de la finesse ne doit pas dépasser 40% en masse, Catégorie S: La finesse ne doit pas dépasser 12% en masse. Indice d'activité: L'indice d'activité à 28 et 90 jours doit être supérieure à 75% et 85%, respectivement. Solidité: L'expansion doit être déterminée sur une pâte préparée avec 30% de cendres volantes et 70% du test ciment en masse. Il ne devrait pas dépasser 1 0 mm. La densité de particules: La densité des particules ne doit pas s'écarter de plus de ± 200 kg/m3 à partir de la valeur moyenne déclaré par le producteur. Temps de prise initial: Le temps de prise initiale doit être déterminée sur une cendre de 25%, plus 75% de ciment et de test ne doit pas être supérieure à min plus long que le temps de début d'un 1 0 0% en masse d'essai pâte de ciment. Consommation d'eau :

7 Les besoins en eau des cendres volantes de la catégorie finesse S ne doit pas être supérieure à 95% de ce qui est nécessaire pour le ciment seul test. Pour la classe N cendres volantes finesse, cette exigence ne s'applique pas DIFFUSION DES SUBSTANCES DANGEREUSES ET RADIACTIVITY Les cendres volantes doivent pas contenir de substances qui sont dangereuses pour la santé, l'hygiène et la l'environnement tout en libérant du béton, conformément à l'annexe A (Za1 notes 1 et 2 et ZA 3) de la norme EN standard.

8 III. IDENTIFICATION DU MATERIEL D'ETUDE (ciment et granulats) Ciment Le ciment utilisé pour l'étude de SA CEMENT de type CEM I 42,5 et conformes à la NT norme en provenance de la cimenterie de Bizerte. Adiuvant Il s eau réduisant sa plastifiant pour résistances mécaniques élevées Sika Plastiment BV40. Agereeates (sable et gravier) Le choix des agrégats sélectionnés se concentre sur les mêmes composants utilisés en Tunisie pour la fabrication de béton standard. Il s s une silice alluviale roulé sable de la Hfaiedh Borj carrière et les gravéis calcaires concassées. Afin d'obtenir des résultats généralisables, qui tenir compte de la qualité des agrégats, trois gravéis, connus pour être de bonne qualité (Jbel RSASS), qualité moyenne (Jbel Ouest) et de qualité plutôt médiocre (Jbel Nahli) ont été sélectionnés.

9 IV. VALIDATION DES DISPOSITIONS DES NORMES 1. Les tests effectués Gradina analvsis des agrégats (NT (2006) NT (2003) - EN933-1/A1 - EN 933-2) La granularité des matériaux a été mesurée par tamisage de gravier et de sable. l'appariement passants cumulatifs sont donnés dans le tableau 1. Les courbes granulométriques sont présentés dans la figure 1. Analy

10 se Condition des cendres L'analyse granulométrique s le processus de l'étude de la répartition des différents grains d'un échantillon de cendres, en fonction de leur taille (diamètre). L'histogramme ci-dessous montre les proportions de grains de différents diamètres allant de 0,3 um à 400 um; L e s p r o p r i é t é s d e s m

11 atériaux phisical Les Essais de caractérisation des Usuels Granulats were Pratiques according LES NORMES tunisiennes (et / ous Européennes) mentionnées sur la colonne 1 du tableau 2. Les Résultats are ETANT au tableau 2. Les essais de caractérisation usuelles d'agrégats ont été effectués conformément à la tunisienne normes (et / ou européen) mentionné dans la colonne 1 du tableau 2. Les résultats sont donnés dans Tableau 2. Des tests spécifiques à Ash Analyse Chimique

12 Les résultats des analyses chimiques ont été obtenus par RWE Power International à la date de 29 mai Valeurs correspondantes sont indiquées dans le tableau 3. Tableau 3: Chimical analysis results L'analyse minéralogique L'analyse minéralogique réalisée sur la cendre est représenté sur la figure 3. Figure 3: analysus minéral ogiques des cendres volantes Cette analyse montre que Ash utilisé contient : - Quartz

13 (pic A 3,36) - Mullite (3,40) - Hématite (2,70) - Aluminosilicate (3,40 et le petit gâteau A Côté) analyse radioactifs Résultats des tests: Ces résultats ont été présentés, pour examen, à l'assemblée nationale du Centre national de la radio Protection (NCRP), qui a bien voulu nous fournir les seuils admissibles pour la construction matériaux, selon les normes européennes de protection contre les radiations: Réf. Européenne rayonnement de la Commission de protection 122, Utilisation pratique des concepts de libération et exemption, partie II, concepts Ofthe d'application de l'exemption et l'autorisation de rayonnement naturel sources, direction générale, de l'environnement, Cela signifie que, conformément à l'avis NRCP, que chaque fois utilisés dans des proportions de l' étude, les cendres ne pose pas présenter de danger pour la santé publique. Activitv Index L'indice d'activité est le ratio ( n pour cent) de la résistance à la compression des barres de mortier standards (Même âge), certains préparé avec 75% de ciment de test et 25% de cendres volantes

14 (en masse), d'autres prêts avec du ciment test 100%. Les résultats des tests sur les cendres étudié a un indice d'activité à 28 jours est égal à 76,44 ce qui est conforme à la norme NF EN [1] standard (tableau 4). Tableau 4: Indice de l'activité de la cendre étudiée eau nécessaire pour le mélange Le pourcentage d'eau nécessaire pour le mélange de cendres volantes (cendres considéré finesse de classe S) est déterminée par la méthode décrite à l'annexe B de la norme EN 450-l [l]. Selon cette méthode, le pourcentage d'eau nécessaire pour mélanger les cendres est d'environ 93,3% de celui utilisé pour le mortier de commande de mélange. Formulation des bétons témoins béton Tous les bétons sont formulés selon la méthode de Dreux-Gorisse et ayant une consistance plastique (affaissement de l'ordre de 7 cm). Les bétons témoins sont des bétons sans ajout de Ash. Le dosage des différents constituants est donné au tableau 5. Tableau 5: Composi tion des bétons témoins Bétons á différent s taux de Ash

15 La formulation des bétons témoins donnée par le tableau 5 a servi aussi pour la composition des bétons á différents taux de cendres et ce en substituant le ciment á raison de 20, 30 et 40 % de cendres volantes. Les quantités d'eau ont étés ajustées, si nécessaire, afin d'atteindre une consistance plastique marquée par un affaissement de l'ordre de 7 cm.le remplissage des moules a été effectué parvibration nórmale. Les éprouvettes sont démoulées aprés 24 heures et elles sont ensuite conservées dans un bassin d'eau á la température ambiante (20 C). Essais mécaniques Chaqué type de béton, á différentes proportion de cendres (0, 20, 30 et 40 %), a permis de couler des éprouvettes 16*32 qui ont servi á déterminer la résistance á la compression. A chaqué échéance d'écrasement par compression (7, 14, 28 et 90 jours) les surfaces latérales des éprouvettes sont surfacées á la rectifieuse. Chaqué valeur donnée est la moyenne de trois essais effectués pour un méme mélange. Les résultats des essais aux différentes échéances de compression sont donnés par les tableaux 6 a, 6 b, 6 c et 6 d et représentés par les courbes 4a, 4b, 4c et 4d. Tableau 6- a: Résistances á la compression á 7 jours des bétons : fc7 (MPa)

16 Figure 4- a: Résistances á la compression á 7 jours des bétons fcl4 (MPa) Tableau 6- b: Résistan ces á la compres sion á 14 jours des bétons :

17 Figure 4- b: Résistances á la compression á 14 jours des bétons Tableau 6- c: Résistances á la compression á 28 jours des bétons : fc28 (MPa) Figure 4- c: Résistance s á la compressi on á 28 jours des bétons Tableau 6- d: Résistances á la compression á 90 jours des bátons : fc90 (MPa)

18 Figu re 4- d: Rési stan ces á la com pres sion á 90 jour s des bét ons 2.PRINCIPAUX RESULTATS Propriétés physiques des matériaux D'aprés les courbes granulométriques des matériaux étudiés, on remarque que: - le sable siliceux utilisé est un sable fin ayant un module de finesse égal á 1.56 et renfermant un taux de fines de 6 %. - Tous les granulats (sables et graviers) possédent des courbes granulométriques continus. D'aprés la norme NT (2006), le sable siliceux appartient á la classe de ES > 65 ce qui le classe parmi les sables propres étant donné que son équivalent de sable est de l'ordre de 73. Le coefficient d'absorption d'eau des graviers utilisés est inférieur a 1 % sauf pour celui de J.Nahli dont il faut teñir compte lors de la formulation des bétons. Les propriétés mécaniques des graviers se situent dans les limites imposées par les normes. Analyse chimique

19 Analyse radioactive D'aprés les résultats de l'analyse chimique, on remarque que Les essais radioactifs ont montrés que l'ash ne présente aucun danger ni pour la santé ni pour l'environnement. Indice d'activité D'aprés les résultats des essais de résistances á la compression effectués á 28 jours et qui figurent dan le table 3, le rapport obtenu est égal á % qui est supérieur á 75 %. Ceci est de nature á encourager l'ajout de Ash. Eau nécessaire au gâchage Pour le gáchage des cendres étudiées (Ash), le pourcentage d'eau obtenu est égal á 93.3 % de celui nécessaire au gachage du mortier de controle. D'aprés la norme, ce pourcentage d'eau ne doit pas dépasser 95 % ce qui est bien respecté dans notre cas. Essais mécaniques Les valeurs de résistance á la compression á 28 jours de tous les bétons témoins sont supérieures à 25 MPa. La résistance á la compression á 28 jours des bétons formulés avec 20% d'ash présente des valeurs comprises entre 24 et 32 MPa c'est á dire une baisse de l'ordre de 14 á 30 % par rapport aux bétons témoins correspondants.

20 Par contre ces résistances connaissent une augmentation á 90 jours de conservation oü cette baisse est ramenée á des valeurs allant de 9 á 24 %. Ceci montre l'effet latent des cendres volantes, par réaction puzzolanique. Indice d'activité L'indice d'activité des cendres étudiées est égal á qui est supérieur á la valeur limite donnée par la norme et qui est égal á 75 (Tableau 7). En fait la norme NT (EN 206-1) stipule que l'exigence relative á la détermination du dosage minimal en ciment (Tableau 2) est remplacé par la méme exigence appliqué au liant équivalent c'est á dire on remplace le terme Eau/Ciment par celui de Eau/Liant équivalent. Le liant équivalent = Ciment + kx Addition (en masse); la valeur de k dépend du type d'addition et de son Índice d'activité «i» (tableau 7). Tableau 7: Valeur du coeffici ent d'équiv alence k des cendres volantes L'indice d'activité de cendres étudiées est égal á d'oü un coefficient d'équivalence k = 0.4 qui doit étre pris en compte pour la détermination du liant équivalent et du rapport Eau efficace sur le liant équivalent d'aprés la norme NT (EN 206-l)( tableau 8 ). La teneur des cendres volantes dépend aussi du milieu d'exposition auquel est soumis l'ouvrage en béton (tableau 2 : EN 206-1, annexe frangais NAF 1). Teneur des cendres volantes dans les bétons D'aprés le tableau 8, extrait de la norme NT (EN 206-1), les cendres volantes sont substituées aux ciments (de type CEM I) á raison de 15 á 30 % par rapport au liant total (A/(A+C)= 0.15 á 0.30) selon le milieux d'exposition. Avec A est la masse de l'addition (ici cendre) et C la masse du ciment: Ceci montre que la teneur des cendres peut étre substituée á raison de et %. Done le programme expérimental réalisé sur les bétons étudiés en substituant le ciment de 20 á 40 % par la ash, se trouve conforme aux limites exigées par la norme.

21 Tableau 8: (N.A.F 1): valeurs limites applicables en France pour la composition et les propriétés du béton en fonction de la classe d'exposition (Les valeurs limites uniquement des cendres et des additions calcaires sont représentés sont ce tableau á titre de comparaison uniquement)

22 Les bétons á 20 % de Ash confectionnés á partir du sable siliceux et des graviers de J. Ressas (bonne qualité) et J. Ouest (qualité moyenne) ont donné des bonnes résistances á la compression qui sont de l'ordre de 32 MPa et qui sont bien supérieures á 25 MPa. Tandis que ceux confectionnés avec les graviers de J.Nahli (qualité médiocre) ont donné presque la valeur de résistance limite imposée.

23 V. CONCLUSION D après les diferentes essais réalisés dans des laboratoires parmi les plus réputés á l'échelle nationale, dans leurs spécialités respectives, I est possible de reteñir les principales conclusions suivantes : 1) Le remplacement de 20 á 25% de ciment par de la cendre de Ash, dans la confection du béton ordinaire, á partir de granulats tunisiens répondant aux normes qui leur sont rattachés, conduit á des résultats conformes aux exigences des normes européennes pour ce qui a trait aux bétons avec ajout de cendres volantes et aux exigences des normes tunisiennes pour ce qui se rapporte aux caractéristiques des bétons pour construction. 2) L'usage de la cendre de Ash, dans les conditions de l'étude, ne présente aucun risque de santé publique ou environnemental, de l'avis méme du Centre National de Radioprotection (CNRP), dont l'avis a été sollicité á cet effet. 3) Méme s'il convient d'attendre les résultats des essais d'indice d'activité á 90 jours qui sont en cours, les résultats des essais relatifs á cet Índice á 28 jours, de méme que les essais mécaniques sur béton, á 90 jours, laissent apparatre que le Ash jouit de propriétés latentes du fait qu'il favorise des réactions puzzolaniques, dont l'une des principales manifestations est l'amélioration de la résistance mécanique du béton avec le temps. 4) Les essais montrent également que l'excés d'ajout de Ash peut dégrader sensiblement les caractéristiques mécaniques du béton. Si bien que cet ajout doit étre convenablement et efficacement controlé, de préférence dans un environnement ndustriel. 5) L'utilisation de la cendre de Ash dans la confection des bétons ordinaires en Tunisie peut présenter de nombreux avantages. Cela contribuerait en effet á : > Faire baisser les coüts des constructions, tout en en préservant la qualité des bétons ainsi utilisés, á condition bien entendu, que le prix du Ash demeure compétitif. > Atténuer la pression qui s'exerce sur l'industrie nationale de ciment, da par la progression forte de la demande, eu égard au nombre grandissant des grands projets en cours ou projetés. > Limiter les risques de pénurie de ciment que pourrait provoquer la forte demande précédemment indiquée. > Faire profiter le secteur de la construction, en Tunisie, des múltiples autres propriétés dont se trouve crédité le béton avec ajout de Ash, comme sa meilleure isolation thermique et phonique, de méme que sa meilleure tenue dans certains milieux corrosifs, á fort teneur en soufre, par exemple.

24 Bien entendu, ces conclusíons demeurent valables á la condition que le ash utilisé réponde aux normes indiquées, que son dosage soit suffisamment bien controlé et ne dépassant pas les pourcentages iniqués, et qu'enfin son prix demeure compétitif, comparé á celui du ciment.

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