C-S-H et CH au début de l hydratation 40
Hydratation du ciment Portland D où vient la poudre magique que nous appelons ciment? Quelle est la composition chimique de la poudre que nous appelons ciment Portland? Comment ces composition chimiques réagissent-elles et changent-elles de propriétés avec le temps? Quelles sont les réactions chimiques qui surviennent dans le ciment Portland? Taux de réaction et cinétique de l hydratation Microstructure ICI Hydratation des Silicates de Calcium 2C S + 7H C S 2 H 8 + CH H=-500J/g 2C 2 S + 7H C S 2 H 8 + CH H=-250J/g Les deux produisent du C-S-H et du CH C 2 S produit moins de CH (important pour la durabilité dans les environnements riches en sulfate) Plus de chaleur durant l hydratation du C S L hydrataion du C S est plus rapide, contribuant à la résistance à jeune âge (2-h à 14 jours) L hydratation du C 2 S survient plus lentement, contribuant à la résistance après ~14 jours 41
CSH CH Hydratation des silicates de calcium Taux d évolution de la chaleur I II III IV V Temps en heures C S C S C S C S Ions Ca & OH libérés Augmentation du ph Barrière protective C-S-H Ca & OH atteignent la limite Formation de CH et de C-S-H La croissance continue et est contrôlée par la diffusion 42
Hydratation de l aluminate tricalcique (hydrates de sulfoaluminate de calcium) La réaction globale du C A peut être représentée ainsi : C A CS H 2 10 H C 4 AS H 12 H -62KJ/Mol Lorsqu il y a beaucoup de gypse C A CS H 2 26 H C 6 AS H 2 Ettringite Ettringite instable quand la concentration en sulfate chute 2C A C 6 S H 2 4 H C 4 AS H 12 Monosulfatee Si les sulfates sont réintroduits dans le système formation d ettringite Ettringite ~ AFt et Monosulfate ~ AFm Aluminates et sulfoaluminates de calcium Inclut l hydratation ettringite, monosulfate hydration, hydrates d aluminate de calcium et gels d hydroxide alumino-ferrique 15-20% du volume solide de la pâte de ciment hydratée Ne contribue pas beaucoup à la résistance La formation d ettringite, en particulier, influence le temps de prise La haute chaleur d hydratation du C A peut être favorable ou défavorable selon l application 4
Hydration des aluminates de calcium C 6 AŠ H 2 (Ettringite, A ft ) C 4 AŠH 12 (monosulfate, A fm ) Morphologie en forme d aiguille Interblocage des aiguilles, nécessite beaucoup d eau Contribue à la prise du mélange Un peu de résistance à jeune âge Morphologie en forme de plaques hexagonales arrangées en rosettes Vulnérable à l attaque des sulfates ettringite (droite) et monosulfate d ettringite (gauche) Ettringite 44
Évolution du degré de chaleur Hydration of C A with Sulfate Étape I Étape II, III Due à la formation d ettringite Étape IV, V 0 10 20 0 40 50 Temps en heures La durée dépend de la quantité de gypse présent C A C A C A C A L ettringite forme une barrière de diffusion Rupture durant la conversion en Monosulfate Cicatrisation des fissures C A Monosulfate Cinétique ou taux de réaction C A > C S > C 4 AF > C 2 S Chaque composé est un peu différent La réactivité est influencée par la nature de la mouture, la finesse et le refroidissement du clinker Les impuretés influencent les réactions Réactions complexes (le C 2 S réagit plus vite quand le C S est présent en raison de la présence de OH - dans la solution) Le C A et le C 4 AF compétitionnent pour les sulfates 45
Hydratation du ciment Portland D où vient la poudre magique que nous appelons ciment? Quelle est la composition chimique de la poudre que nous appelons ciment Portland? Comment ces compositions chimiques réagissent-elles et changent-elles de propriétés avec le temps? Quelles sont les réactions chimiques qui surviennent dans le ciment Portland? Taux de réaction et cinétique de l hydratation Microstructure Microstructure du béton Solides Hydrate de silicate de calcium, C-S-H Hydroxyde de calcium, CH Ettringite Hydrate de monosulfate Ciment non hydraté Vides Air entrappé (> 1mm) Air entraîné (75-500 m) Pores capillaires (macro meso) Espace interfeuillet (micropores) Eau Eau des capillaires Eau adsorbée Eau interfeuillet Eau combinée chimiquement 46
Microstructure 1-5 nm <50 nm Retrait ultime Retrait Adsorption Fluage Durabilité C-S-H image credit: Dr. Eric Lachowski, S.Y. Hong, and F.P. Glasser via Concrete Microscopy Library at UIUC Table and monosulfate and ettringite image credits: M&M text (Référence du tableau : texte de Young) 1. Solides 47