SCMs Supplementary Cementing Materials Additions minérales

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1 SCMs Supplementary Cementing Materials Additions minérales

2 Conséquences Gestion des déchets industriels Utilisation de moins de ciment Avantages environnementaux + Performances améliorés Ex. Diminution de l autoéchauffement Amélioration de la rhéologie compacité Amélioration de la Durabilité

3 Les SCMs ne sont pas des matériaux inertes, ils ont une action, soit: pouzzolanéique Réaction avec le CH, hydroxyde de calcium pour former plus de C-S-H soit Hydraulique Formation de plus d hydrates

4 Comparaison SiO 2 Fumée silice + pouzzolanes naturels CaO Cendres volantes Ciment Portland C laitier F Metakaolin Cendre de cosse de riz Al 2 O 3 Note: disponibilité local

5 Les pouzzolanes: Les volcans produisent des cendres riches en verre de silice et alumine.

6 Les pouzzolanes: Les Romains utilisaient les cendres volcaniques, du voisinage de pozzoli, les pouzzolaneas mélangés avec de la chaux: CH + S C-S-H Ces ciments ont eu les propriétés supérieures et étaient utilisés dans les bâtiments montrants une bonne durabilité comme le Pantheon.

7 Les pouzzolanes synthétiques:

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9 Centrale d électricité thermale carbone Precipitators Zone de combustion Approx o C Taille moyenne ~ 50 µm Cendres Volantes Utilisation dans les bétons parmi d autres applications.

10 Cendres volantes Tout le matériel incombustible du carbone, forme les gouttelettes de liquide, puis condense. 10 µm

11 Cendres Volantes Particules avec la même finesse de ciment

12 Composition: 60 95% amorphe Type F basse teneur en chaux Type C haute teneur en chaux Fe 2 O 3 MgO CaO Fe 2 O 3 MgO CaO Al 2 O 3 SiO 2 Al 2 O 3 SiO 2

13 Seulement la partie amorphe est réactive

14 anhyd 3% pores 16% other 4% ett (AFt) 4% C-S-H 48% Composition typique d une pâte de ciment AFm 11% CH 14% xch + ys + zh CxSyH x+ z Cendre volante xch + ya+ zh C A H + x y x z Plus d'hydrates moins de porosité

15 Contenu du CH 100% ciment Résistance en compression + 30% cendre volante 100% ciment + 30% cendre volante 28j age 28j age La réaction est assez lente. Elle commence après 3-7 jour Elle a besoin d humidité La résistance d un béton avec ~30% de cendres volantes Dépasse celle d un ciment avec 100% après ~28 jours S IL Y A UNE BONNE «CURE»

16 Utilisation Substitution dans un béton pour % du ciment (attention e/c e/l (liant) ou w/b (binder))

17 Avantages Amélioration de l ouvrabilité (e/l pour même slump) Réduction de la chaleur d hydratation Réduire le risque de fissuration thermique dans les grandes masses Réduction de la porosité Augmentation de la résistance à terme Diminution de perméabilité Augmentation de la durabilité Réduction du risque de réaction alkali silicate Moins cher que le ciment

18 Diminution d autoéchauffement C Sans cendres volantes avec cendres volantes jours

19 Désavantages Efficacité des adjuvants, ex : entraîneurs d air Fonction de charbon résiduel Importance d une bonne «cure» augmente

20 Fumée de silice: sous produit de production des alliages de silicone Fidjestol & Lewis, SiO + 2O 2 4SiO 2 4SiO + 2CO Silica Fume SiO 2 + C 1800 o C SiO 2 Si metal

21 Verre de silice ( % SiO 2 ) ~100 nm Agglomérats de particules très fines Surface spécifique: ~15000m 2 /kg (cf. 350 m 2 /kg ciment) Réactif (similaire au ciment) Réduction de CH par réaction pouzzolaneique

22 Microfilerisation Ciment seul Avec fumée silice Granulat Granulat Amélioration de l interface entre granulats et pâte de ciment

23 Utilisation Substitution dans un béton pour 5-15 % de ciment

24 Avantages Réduction du ressuage et de la ségrégation Forte Réduction de la porosité Augmentation de la résistance Diminution de la perméabilité Augmentation de la durabilité Amélioration de la liaison entre pâte et granulat. Composant utilisé dans la plupart des bétons de haute performance

25 Désavantages Ouvrabilité, il faut utiliser des superplastifiants Il faut bien malaxer pour casser les agglomérats Augmentation du retrait possible Cher (~2-5 x cout ciment)

26 Ouvrabilité Témoin Cendres Volantes Fumée Silice Fumée Silice + Cendres Volantes

27 Laitier du haut fourneau Minerai de Fer Fe 2 O 3 SiO 2 Flux CaCO 3 MgCO 3 Fuel Coke, C Al 2 O 3 Burden Laitier Laitier refroidi à l air (granulat) Expanded slag (lightweight agg) Fabrication d acier Fonte (Fe) Granulated or pelletized slag (cement)

28 Composition % amorphe Fe 2 O 3 MgO Dû a sa forte teneur en CaO le laitier n est pas un pouzzolane Al 2 O 3 CaO Il est lentement hydraulique (réagit avec l eau pour former des hydrates similaires au ciment) SiO 2 La vitesse de réaction est augmentée (activée) par chaux ou alcalis Donc ciment

29 Utilisation Substitution dans un béton pour % du ciment

30 Avantages Réduction de la chaleur d hydratation modérée Réduire le risque de fissuration thermique dans les grandes masses Réduction de la porosité Augmentation de la résistance à terme Diminution de la perméabilité Augmentation de la durabilité Réaction des aluminates avec les ions chlore Réduction de la corrosion des armatures

31 Désavantages Sensibilité à une bonne «cure» Augmentation du retrait possible

32 Comparaison SiO 2 Fumée silice + pouzzolanes naturels CaO Cendres volantes Ciment Portland C laitier F Metakaolin Cendre de cosse de riz Al 2 O 3 Note: disponibilité local

33 Classification des principaux types de ciments selon ENV 197-1: ciment pré-melangé en usine Désignation Composition en % massique Type Ciment Notation Principaux Secondaire Clinker Ajout I Portland I II III Portland au laitier Portland à la F.S. Portland au calcaire... etc Ciment de haut fourneau II / A-S II / B-S II / A-D II / A-L II / B-L III / A III / B III / C IV Ciment pouzzolanique IV / A IV / B V Ciment composé (*) V / A V / B

34 EXEMPLES d UTILISATION

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36 Viaduct au Cameroon utilisation de ciment avec fumée de silice importé du Canada pour amelioration d étanchéité

37 Confederation bridge, Canada: ciment+fs pré-mélangé +cendres volantes ajoutées à stage de fabrication du béton pour augmenter la durabilité, améliorer pompabilité, réduire chaleur, meilleur résistance. + ice load

38 Causeway en Floride Cendres volantes utilisées pour augmenter résistance à la pénétration des ions chlore.

39 Barrage au Canada Cendres Volantes (Type F) pour minimiser risque d expansion par réaction alcali granulats (ASR)

40 Voutre pour tunnel ciment avec FS pré-melangé plus laitier, pour réduire pénétration des ions chlore.