4.2.1. Analyse granulométrique par laser.
La finesse est la plus importante caractéristique des cendres volantes par rapport à la réaction pouzzolanique (Joshi et Lohtia 1997), parce qu’elle permet aux particules des cendres volantes d’être absorbées par celles du ciment et d’empêcher celui-ci de floculer. De plus, les micro-particules de la cendre volante peuvent diminuer l’espace vide entre les particules du ciment, ce qui provoque la diminution du rapport E/C du mélange, où E, représente la masse d’eau et C, la masse de liant, c’est-à-dire la masse de l’ensemble cendre volante, la chaux et du ciment.
La figure IV-3 montre que les particules constituant les deux types de cendres volantes ont toutes un diamètre compris entre 0.04 µm et 300 micromètres. Il apparaît que les particules les plus représentées ont un diamètre de 34 µm pour la Sodeline, et de 18 µm pour la Soproline. La courbe de la Soproline présente un deuxième pic entre le diamètre 116 µm et 270 µm avec pourcentage moins de 2 %, ce qui signifie que la Soproline contient plus de particules dont le diamètre sont compris entre 116
Figure IV-3 : Distribution granulométrique des cendres volantes.
En effet, plus le rapport E/C plus élevé, plus il y a hydratation du milieu poreux et formation de grand cristaux d’hydroxyde de calcium et d’ettringite, composés responsables du gonflement /expansion du mortier.
Tableau IV-3. Résultats des analyses granulométriques obtenues sur les cendres volantes
Cendres volantes Soproline Sodeline
< 1 µm (%) 3.2 4.7 1 à 5 µm (%) 10.5 17.5 5 à 74 µm (%) 74.6 69.4 74 à 200 µm (%) 9.7 7.5 200 à 400 µm (%) 1.3 0.2 D10 (µm) 3.4 2.1 D25 (µm) 9.0 5.9 D50 (µm) 19.2 17.5 D75 (µm) 38.8 38.7 D90 (µm) 83.4 68.2
La finesse des particules est une des caractéristiques physiques principales des cendres volantes. Si l’on ajoute leur forme, elles influent énormément sur la maniabilité et la réaction pouzzolanique. Plus les grains sont fins, plus la maniabilité du mélange sera importante, et plus la réaction pouzzolanique augmente. La maniabilité d’une pâte est très importante sur le terrain car elle détermine la durée au cours de laquelle la pâte peut être travaillée. Sur un chantier, la maniabilité de la pâte ne doit pas être trop faible pour que les hommes aient le temps de l’étaler, mais elle
ne doit pas être trop grande non plus pour que la pâte durcisse assez tôt et n’empêche pas les travaux de continuer en interdisant aux engins de passer.
Grâce à l’analyse micro granulométrique par laser, nous pouvons estimer, que la Sodeline a besoin de moins d’eau pour obtenir la maniabilité idéale. Le pourcentage de particules dont le diamètre est supérieur à 45 µm a un effet négatif à sur les résistances à 28 et 90 jours (Joshi et Lohtia, 1997). Par contre le pourcentage de particules dont le diamètre inférieur à 10 µm a un effet positif sur les résistances. Ainsi avec le tableau IV-3, on peut déterminer les pourcentages des particules dont le diamètre est supérieur à 45 µm pour la Sodeline, qui est de l'ordre de 18.21 %, mais pour la Soproline, le calcul donne une valeur de l'ordre de 19.90 %. Le pourcentages des particules dont le diamètre est inférieur à 10 µm est de l'ordre de 35,49 % pour la Sodeline et de 27,20 % pour la Soproline. Ceci signifie que la Sodeline sera plus résistante que la Sodeline. La figure IV-4 montre que les particules constituant les liants et la vase du Port e Bessin ont toutes un diamètre compris entre 0.04 µm et 300 micromètres.
des particules plus fines que les trois fumées de silice. Par conséquent, les résultats de cette analyse granulométrique permettent de déduire que les cendres volantes utilisées dans cette étude ont un effet positif avec leur rôle de filler de espaces vides entre des particules, plus que les fumées de silice. On pense que les cendres volantes vont influencer l’évolution mécanique et le comportement des échantillons au compactage aux jeunes âges, d'une façon plus importante que les fumées de silice.
Tableau IV-4. Analyse granulométriques des liants utilisées
Chaux Ciment Sodeline Soproline FS type1 FS type 2 FS type 3
D10(µm) 0.5 0.6 2.1 3.4 4 18.2 6 D50(µm) 11.3 32.6 17.5 19.2 32.3 153 49.7 D90(µm) 172 730 2.2 3.8 93 307 118 Fraction argileuse (<2 µm) (%) 18.3 15.2 10.2 7.4 7.3 2.3 4.3 Fraction silteuse (2 à 63 µm) (%) 63.2 53.3 79.4 88.9 70 18.9 55.5 fraction sableuse (> 63 µm) %) 19.7 31.5 10.5 3.8 22.7 78.8 40.1
Le tableau IV-4 présente les répartitions des particules dans les échantillons des liants utilisés selon leur diamètre. On constate que la chaux contient plus de particules avec des diamètres proches de ceux des limons, des argiles, et des colloïdes, comparativement aux autres liants. Par contre, le ciment contient plus de grosses particules (<63 µm) par rapport aux autres. Par rapport à D50 (le diamètre de particules moyennes), la chaux possède également le pourcentage plus élevé dans la fraction argileuse. Cependant, la Sodeline possède un pourcentage plus important dans la fraction silteuse.
4.2.2. Caractéristiques minéralogiques.
La Sodeline est considéré comme une Cendre volante silico-alumineuse, elle est issue de la combustion dans un Lit Fluidisé Circulant à basse température (850°C). Par contre, la Soproline est considéré com me une Cendre volante sulfo-calcique, et issue de la combustion dans un Lit Fluidisé Circulant à basse température (850°C).
Tableau IV-5. Composition chimique de Sodeline et Soproline
SiO2 Fe2O3 Al2O3 MgO MnO2 CaOtotal CaOlibre Na20 K20 SO3
Sodeline 47.36 7.09 21.63 3.32 0.62 8.52 0.90 0.46 4.35 4.02
Soproline 20.38 1.91 11.70 1.07 0.03 35.31 13.35 0.13 17.11 17.11
Le tableau IV-5 présente la composition minéralogique de Sodeline et Soproline. En effet, les cendres volantes réagissent comme une fumée de silice mais avec une réactivité moins importante que la fumée de silice. elles produisent presque le même produit d'hydratation: C-SH et C-A-H. A cause de leur faible teneur en Dioxyde de silice (SiO2) par rapport à de la fumée de silice, leur effet sur la résistance à la compression est moins importante que celle due à la fumée de silice.
Les résultats montrent que la Sodeline contient un pourcentage de Dioxyde de silice (SiO2) plus important que Soproline. Le fort pourcentage de SiO2 fourni un effet positif sur l’évolution des performances mécaniques des échantillons. En effet, le SiO2 contribue à la production du C-S-H,produit une fois hydraté entraîne des liaisons entre les particules des sédiments donc augmentation de la résistance des échantillons.
En revanche, la Soproline possède un pourcentage de CaO-libresupérieure à la Sodeline. Le CaO est très important pour la réaction pouzzolanique. Avec ce pourcentage de CaO libre des cendres volantes s'ajoute la quantité provenant de l'hydratation de la chaux.
4.2.3. Essai Chapelle.
L’essai Chapelle permet de calculer la quantité de CaO libre disponible pour la réaction pouzzolanique. La réaction crée un milieu fortement basique qui contribue à diminuer l’acidité des matières, Cela veut dire que l’élévation du pH, va de 7 jusqu’à 12 ou plus. Ceci est très important pour former des réactions pouzzolaniques, selon les relations suivantes :
Ca++ + 2[OH]- + SiO2 C-S-H (IV-1)
(Silicate)
Ca++ + 2[OH]- + Al2O3 C-A-H (IV-2) (Aluminate)
Figure IV-6. Pourcentage de CaO libre pour la Soproline
Par contre, sur la figure IV-6, les pourcentages de CaO libre pour la Soproline à 24 heures et à 48 heures sont presque les mêmes. Ceci signifie que la réaction pouzzolanique pour la Sodeline s'est achevée au bout de 24 heures. Par conséquent, on peut conclure que la réaction pouzzolanique à base de la Sodeline est plus intense que dans le cas de la Soproline
Tableau IV-6. Pourcentages moyens de chaux libre en solution
Sodeline Soproline
CaO libre (%)
à 24 heures à 48 heures à 24 heures à 48 heures
Moyenne (%) 68,73 67,02 77,17 63,63
Ecart type (%) 4,91 8,99 8,07 5,59
Si l’on analyse le tableau IV-6 on peut constater que :
1. les écarts types des valeurs moyennes des pourcentages de CaO libres dans la solution dles deux types de cendres volantes à 24 heures et à 48 heures sont inférieures à 10%, ce qui signifie que les valeurs expérimentales sont considérées comme acceptables.
2. les moyennes des pourcentages de CaO libres pour la Sodeline et la Soproline restent supérieures à 50%, ce que signifient que les réactions ne sont pas trop intenses mais suffisantes pour fournir du CaO libre nécessaire à la réaction pouzzolanique.
3. La Sodeline donne plus de pourcentages de CaO libres pour la réaction pouzzolanique que la Soproline. En fin de réaction, le pourcentage de CaO libre pour la Sodeline vaut 67.02% et 63.63% pour la Soproline. La Sodeline contient donc plus de CaO libre que la Soproline.
Figure IV-7. Résultats des essais Chapelle pour la Sodeline au four et agitateur
Nous avons effectué plusieurs essais avec les mélanges contenant 1 gramme de cendres volantes et 1 gramme de chaux, en mettant certains récipients au four, cette procédure a donné des résultats très différents de ceux obtenus avec l’agitateur.
Sur la figure IV-7 nous pouvons déterminer que le pourcentage moyen de CaO libre pour les mélanges mis au four, qui est de 70% alors qu’avec l’agitateur magnétique, il vaut 56%. Ceci signifie que les réactions dans les solutions mises au four sont beaucoup moins intenses que celles qui ont lieu dans les solutions agitées.
Pour cette raison, nous n’avons pas utilisé les résultats des essais Chapelle au four. Toutes les valeurs des résultats d’essai Chapelle pour la Soproline et la Sodeline, sont issues des mesures effectuées avec un agitateur.