NOUVEAUX CIMENTS TERNAIRES: L IMPORTANCE DE

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Cyprien Bellefleur
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NOUVEAUX CIMENTS TERNAIRES: L IMPORTANCE DE L ÉVALUATION DE LA DURABILITÉ Les copies des présentations d'une façon

comme référence ; la reproduction ou la traduction, même partielle de ces notes, n'est permise qu'avec l'autorisation

Isabelle Lecomte 1 CONTEXTE Production du ciment : 5 à 8% des émissions de CO 2 dans le monde Solution : substituer une

1 NOUVEAUX CIMENTS TERNAIRES: L IMPORTANCE DE L ÉVALUATION DE LA DURABILITÉ Les copies des présentations d'une façon générale ne font pas parties d'une des séries des publications officielles du CSTC et ne peuvent donc être utilisées comme référence ; la reproduction ou la traduction, même partielle de ces notes, n'est permise qu'avec l'autorisation du CSTC. ir. Vinciane Dieryck, dr. Isabelle Lecomte 1 CONTEXTE Production du ciment : 5 à 8% des émissions de CO 2 dans le monde Solution : substituer une partie du clinker par des ajouts cimentaires Diminution de la production des cendres volantes et des laitiers de haut fourneau Alternative : calcaire broyé ou fillers calcaires disponibles en abondance en RW 2 1

2 NBN EN (2011): 27 CIMENTS 3 3 PREN 197-1: JUIN 2014: 35 CIMENTS 4 2

3 CONTEXTE RECHERCHE CEMCALC Développement de ciments ternaires K-S-L clinker/laitier/calcaire avec hautes teneurs en fillers calcaire? des bétons à base de ces ciments? 5 NOUVEAUX CIMENTS TERNAIRES: QUELLES COMPOSITIONS? NBN EN ET NBN EN K Klinker S Slag L/LL - Limestone K/L>

4 NOUVEAUX CIMENTS TERNAIRES: QUELLES COMPOSITIONS? RECHERCHE CEMCALC: CIMENTS TERNAIRES K/S/L À FAIBLE TENEUR EN LAITIER (MAX. 30%) ET À HAUTE TENEUR EN CALCAIRE K Klinker S Slag L/LL - Limestone Cemcalc S < 30% K/L = 1 7 CEMCALC: CIMENTS ETUDIÉS CIMENTS TERNAIRES (de laboratoire) CEM 1 CEM 2 CEM 3 CEM 12 CEM 4 CEM 5 CEM 6 CEM 7 CEM 8 CEM 9 CEM 10 CEM 11 S (%) K (%) L (%) Ciments industriels (K) (%) (S) (%) (L) (%) CEM I 52.5 R HES CEM II/B-M (L-S) 32.5 R CEM III/A 42.5 N LA

CARACTÉRISATION MÉCANIQUE ET PHYSIQUE Les 12 ciments étudiés répondent aux exigences mécaniques et physiques de la NBN EN 197-1: Stabilité Temps de début de

5 CARACTÉRISATION MÉCANIQUE ET PHYSIQUE Les 12 ciments étudiés répondent aux exigences mécaniques et physiques de la NBN EN 197-1: Stabilité Temps de début de prise Résistance à la compression (jusqu à 52,5 R) Mais 9 Est-ce suffisant pour être utilisés dans les bétons et dans toutes les classes d environnement?

Etude comparative des performances mécaniques et de durabilité des bétons à base de ces ciments ternaires CSTC 11 COMPOSITIONS DES BÉTONS Caractéristiques Béton de type 1 Béton de type 2 Ciment

6 Etude comparative des performances mécaniques et de durabilité des bétons à base de ces ciments ternaires CSTC 11 COMPOSITIONS DES BÉTONS Caractéristiques Béton de type 1 Béton de type 2 Ciment (kg/m³) Rapport E/C (kg/kg) Classe d environnement visée Classe de résistance visée Classe de consistance visée Avec 1 superplastifiant PCE EE4 Gel et agents de déverglaçage EE2 Gel, mais pas de contact avec la pluie C 35/45 C25/30 Affaissement visé +/- 120 mm +/- 180 mm S3 S4 12 6

7 COMPOSITIONS DES BÉTONS SQUELETTE GRANULAIRE SELON NBN EN ème série: augmentation de la teneur en fines 13 COMPOSITIONS DES BÉTONS SQUELETTE GRANULAIRE SELON NBN EN C B A 2 ème série: augmentation de la teneur en fines 14 7

8 TYPE 1 (E/C de 0.45) TYPE 2 (E/C de 0.55) TYPE 1 C = 340 kg/m3 E/C de 0.45 C35/45 TYPE 2 C = 300 kg/m3 E/C de 0.55 C25/30 2/02/2015 PERFORMANCES MÉCANIQUES LISTING DES ESSAIS MÉCANIQUES Béton Ciment Prise f ck f cf f ct Module E Retrait Fluage CEM I 52.5 R HES (2) CEM II/B-M (L-S) 32.5 R CEM III/A 42.5 N LA (2) CEM 1 [30S 65K 5L] CEM 3 [30S 45K 25L] (2) CEM 6 [20S 50 K 30 L] CEM 10 [10S 55K 35L] (2) CEM 12 [30S 35K 35L] (2) CEM I 52.5 R HES CEM II/B-M (L-S) 32.5 R CEM III/A 42.5 N LA CEM 1 [30S 65K 5L] CEM 3 [30S 45K 25L] CEM 6 [20S 50 K 30 L] CEM 10 [10S 55K 35L] CEM 12 [30S 35K 35L] CURE - 28 j. sous eau à 20±2 C 7 j. sous eau à 20±2 C + 21 j. en CC (20±2 C et 60±5% HR) (2) : béton de la deuxième série 15 PERFORMANCES MÉCANIQUES: CRITÈRES ÉVALUATION NBN B Béton Ciment Durcissement f ck f ct,28 Module E Retrait Fluage Facteur s Classe f ct,sp,5% E cm1 49% +49% TH -34% +34% TH f ct,sp,95% E cm2 CEM I 52.5 R HES 0.20 C50/60 (2) ND CEM II/B-M (L-S) 32.5 R 0.25 C30/37 ND CEM III/A 42.5 N LA 0.25 C45/55 (2) ND CEM 1 [30S 65K 5L] 0.20 C45/55 ND CEM 3 [30S 45K 25L] 0.25 C35/45 (2) X (b) ND CEM 6 [20S 50 K 30 L] 0.25 C30/37 ND X (b) ND CEM 10 [10S 55K 35L] 0.20 C25/30 (2) X (b) CEM 12 [30S 35K 35L] 0.25 C25/30 X (a) (2) X (b) X (c) CEM I 52.5 R HES 0.20 C35/45 ND ND CEM II/B-M (L-S) 32.5 R 0.25 C20/25 ND ND CEM III/A 42.5 N LA 0.25 C35/45 ND ND CEM 1 [30S 65K 5L] 0.20 C30/37 ND ND CEM 3 [30S 45K 25L] 0.25 C25/30 ND ND CEM 6 [20S 50 K 30 L] 0.25 C20/25 ND X (b) ND CEM 10 [10S 55K 35L] 0.20 C16/20 ND X (b) ND CEM 12 [30S 35K 35L] 0.25 C20/25 ND ND : critère respecté X : critère non respecté ND : non déterminé - (2) : béton de la deuxième série (a) : critère non respecté, mais résistance à la traction > résistance à la traction théorique (b) : critère non respecté, mais module E > au module théorique (c) : critère non respecté, mais fluage expérimental < au fluage théorique. 16 8

BETON MORTIER 2/02/2015 PERFORMANCES DE DURABILITÉ LISTING DES Type Ciment E/C eff Carbonatation Gel avec sels Cl - Cl - (SO) 2-4 NT BUILD CEN/TS 20 C CEM I 52.5 R 0.45 (2) CEM II/B-M (L-S) 32.5 R 0.45 CEM III/A 42.

55 CEM 12 0.55 CEM I 52.5 R 0.50 CEM II/B-M (L-S) 32.5 R 0.50 CEM III/A 42.5 N LA 0.50 CEM 1 0.50 CEM 3 0.50 CEM 6 0.50 CEM 10 0.50 CEM 12 0.50 CURE 91 j. sous eau à 20 C 28 j.

9 BETON MORTIER 2/02/2015 PERFORMANCES DE DURABILITÉ LISTING DES Type Ciment E/C eff Carbonatation Gel avec sels Cl - Cl - (SO) 2-4 NT BUILD CEN/TS 20 C CEM I 52.5 R 0.45 (2) CEM II/B-M (L-S) 32.5 R 0.45 CEM III/A 42.5 N LA 0.45 (2) CEM CEM (2) (2) CEM CEM (2) CEM CEM I 52.5 R 0.55 CEM II/B-M (L-S) 32.5 R 0.55 CEM III/A 42.5 N LA 0.55 CEM CEM CEM CEM CEM CEM I 52.5 R 0.50 CEM II/B-M (L-S) 32.5 R 0.50 CEM III/A 42.5 N LA 0.50 CEM CEM CEM CEM CEM CURE 91 j. sous eau à 20 C 28 j. sous eau à 20 C 17 RÉSISTANCE À LA CARBONATATION Norme NBN EN Principe : mesurer la profondeur de carbonatation d éprouvettes soumises à un essai de carbonatation accéléré Cellule de carbonatation : 1% CO 2 à 20±2 C et 60±10% HR Mesure de la profondeur de carbonatation : fendage puis application d une solution de Zone carbonatée (non colorée) Zone non carbonatée (colorée) 18 9

RÉSISTANCE À LA CARBONATATION (E/C = 0,55) 1ERE SÉRIE Critère NBN B 15-100 : d

10 RÉSISTANCE À LA CARBONATATION (E/C = 0,55) 1ERE SÉRIE Critère NBN B : d k,56 1.2*d k,56,réf 7,8 mm à 56 J (réf: CEM III/A) 19 RÉSISTANCE À LA CARBONATATION (E/C = 0,45 ET 0,55) 2 ÈME SÉRIE Critère NBN B : d k,56 1.2*d k,56,réf 7.46 >< 9 (1ère série) ,45 mm à 56 J (réf: CEM III/A) E/C=

RÉSISTANCE À LA CARBONATATION (E/C = 0,55) 1ERE SÉRIE Résistance à

GEL-DÉGEL AVEC SELS CEN/TS 12390-9 (Slab Test) Principe : mesurer

56 cycles de gel-dégel en présence d une solution de NaCl à 3% (3

11 RÉSISTANCE À LA CARBONATATION (E/C = 0,55) 1ERE SÉRIE Résistance à la carbonatation diminue lorsque [L] augmente 21 RÉSISTANCE AU GEL-DÉGEL AVEC SELS CEN/TS (Slab Test) Principe : mesurer la perte de matière écaillée à la surface d éprouvettes soumises à 56 cycles de gel-dégel en présence d une solution de NaCl à 3% (3 mm) Figure 7-1 Echantillon préparé suivant la méthode du Slab-Test

2*S 28,réf 1,32 kg/m2 à 28 c (réf: CEM I) 23 RÉSISTANCE AU

12 RÉSISTANCE AU GEL-DÉGEL AVEC SELS 1 ÈRE SÉRIE Critère NBN B : S *S 28,réf 1,32 kg/m2 à 28 c (réf: CEM I) 23 RÉSISTANCE AU GEL-DÉGEL AVEC SELS 2 ÈME SÉRIE Critère NBN B : S *S 28,réf 1,89 kg/m2 à 28 c (réf: CEM I) 24 12

DIFFUSION DES CL - NT BUILD 443 et CEN/TS 12390-11 dc dt = D nss d²c dx² Principe : calculer le coefficient de diffusion D nss d un béton (régime non stationnaire) à partir de profils de

BUILD 443 et CEN/TS 12390-11 : NT BUILD 443 CEN/TS 12390-11 Saturation préalable Solution de Ca(OH) 2 (7 j.

13 DIFFUSION DES CL - NT BUILD 443 et CEN/TS dc dt = D nss d²c dx² Principe : calculer le coefficient de diffusion D nss d un béton (régime non stationnaire) à partir de profils de concentration en Cl - d éprouvettes ayant été immergées dans une solutions de Cl - Profil de concentration en Cl - : prélèvement à différentes profondeurs et l analyse de la [Cl - ] Différences NT BUILD 443 et CEN/TS : NT BUILD 443 CEN/TS Saturation préalable Solution de Ca(OH) 2 (7 j.) Eau sous vide Solution d immersion NaCl 165±1 g/l 30 g/l Temps d immersion 35 jours 91 jours 25 DIFFUSION DES CL - (NT BUILD 443 ET CEN/TS ) Critère NBN B : D nss 1.4*D nss,réf D nss plus élevés avec la CEN/TS Présence de laitier améliore la résistance à la diffusion des Cl - Peu d influence de la présence de filler Résistance aux Cl - des ciments CemCalc semblable à celle des ciments de réf., excepté pour le CEM 10 Béton de type 1 (E/C = 0.45) NT Build: m 2 /s (réf: CEM I) 26 13

RÉSISTANCE AUX SULFATES À 20 C CUR 48 Principe : mesurer la variation de longueur d

5 g/l de SO 4 ), par rapport à des éprouvettes contrôles placées dans l eau Prismes 2*2*16

14 RÉSISTANCE AUX SULFATES À 20 C CUR 48 Principe : mesurer la variation de longueur d éprouvettes placées dans une solution sulfatique (16±0.5 g/l de SO 4 ), par rapport à des éprouvettes contrôles placées dans l eau Prismes 2*2*16 cm³ 27 RÉSISTANCE AUX SULFATES (20 C MORTIER CUR 48) Critère NBN B : L *L 365,réf ou L % Présence de laitier améliore grandement la résistance aux sulfates : S Résist. CEM 1,3,12 CEM III, CEM 6 CEM I,II et CEM 10 Aucune influence du filler 2 ème critère NBN B : respecté pour CEM 1,3,

DURABILITÉ: CRITÈRES ÉVALUATION NBN B 15-100 Ѵ : critère respecté X : critère non respecté ND : non déterminé réf : ciment utilisé comme référence pour le critère (2): béton de la 2 ème série Mêmes

15 DURABILITÉ: CRITÈRES ÉVALUATION NBN B Ѵ : critère respecté X : critère non respecté ND : non déterminé réf : ciment utilisé comme référence pour le critère (2): béton de la 2 ème série Mêmes conclusions avec les critères CUR EN RÉSUMÉ Ciments ternaires répondant aux exigences mécaniques et physiques de la NBN EN Aptes à être utilisés dans tous les bétons et dans tous les environnements suivant les règles de la NBN B Evaluer leur aptitude à l emploi via la NBN B Si non, prévoir autres règles technologiques (Cmin, E/C, fuseau granulo, teneur en fines ) pour ces ciments? 30 15

16 MERCI POUR VOTRE ATTENTION Vinciane Dieryck 02/ Innovez en construction durable 7 centres de recherche sont là pour vous aider 32 16

17 Guidance technologique Appui technique auprès des PME wallonnes Aide au dépôt de projets Veille technologique Isolation Verre Bois Rénovation Colles/Mastics Béton Métal Installations Routes Acoustique 33 17

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