Ce dernier chapitre concerne l’influence de la prédissolution des adjuvants étudiés sur les propriétés macroscopiques des mortiers.
Dans un premier temps, des généralités concernant l’intérêt de l’étude de la méthode d’introduction des adjuvants seront exposées en s’appuyant sur une brève étude bibliographique.
Dans un second temps, les résultats obtenus dans le cas de la prédissolution des HPG seront présentés sous la forme d’un dernier article. Une discussion générale sur l’impact des HPG sur les propriétés des mortiers et de leur interaction avec le ciment sera donnée.
V.1. Intérêt de l’étude
Dans la littérature, certains travaux se proposent d’étudier l’impact de la méthode d’addition des adjuvants dans le but d’améliorer la compréhension des phénomènes mis en jeu. A notre connaissance, il s’agit exclusivement de décaler dans le temps l’addition de l’adjuvant.
L’addition retardée des adjuvants retardateurs de prise tels que le sucrose, l’acide éthylène diamine tétraacétique (EDTA), l’acide citrique ou le lignosulphonate de calcium par exemple a été étudiée [Bruere 1963; Jennings et al. 1986; Luke and Luke 2000].
Bruere [1963] a montré que les agents retardateurs tels que le lignosulphonate de calcium ou l’acide citrique sont moins efficaces pour retarder l’hydratation des phases silicatées lorsqu’ils sont introduits dans l’eau de gâchée simultanément au ciment. Comme explication, l’auteur avance que le retardateur s’adsorbe sur les phases aluminates avant que le gypse n’ait eu le temps de se dissoudre. Ainsi, une forte quantité de retardateur n’est plus en solution et donc indisponible pour retarder l’hydratation des phases silicatées. En revanche, quand le ciment est d’abord mélangé avec l’eau pendant seulement quelques minutes (plus d’effet au-delà de 4 min), le gypse a le temps de réagir avec une partie du C3A, diminuant alors le nombre de sites potentiels d’adsorption du retardateur lorsque ce dernier est introduit dans le mélange.
Jennings et al. [1986] ont également utilisé l’ajout retardé pour mettre en évidence qu’une quantité importante d’agent retardateur peut être incorporée au sein des hydrates en cours de formation, que ce soit dans le cas de l’hydratation de pâtes de C3S ou d’un système C3A, gypse et eau.
Plus récemment, Luke et Luke [2000] ont confirmé qu’environ 50 à 80% du sucrose est consommé dans les 30 premières minutes de l’hydratation en étant incorporé dans les produits d’hydratation. Une fois encore, l’ajout retardé
La littérature concernant les ajouts retardés des adjuvants de type plastifiants et superplastifiants est plus abondante. En effet, il est connu que la fluidité induite par ces molécules, et surtout la perte de fluidité dans le temps due à une modification du temps de prise du ciment, est fortement affectée par le moment où ces adjuvants sont ajoutés à la pâte [Uchikawa et al. 1995; Hanehara and Yamada 1999; Aiad et al. 2002; Aiad 2003].
Flatt et Houst [2001] ont proposé une vue simplifiée et schématique des effets perturbant l’action des superplastifiants. Comme dans le cas des retardateurs, cette étude montre que les superplastifiants peuvent interagir avec les réactions d’hydratation en cours. Une phase organo-minérale se forme alors autour des particules de ciment dans les premiers instants de l’hydratation, piégeant des superplastifiants et les rendant inutiles. Ceci est parfaitement mis en évidence par ajout retardé (Figure 60a) ou en utilisant un ciment moins réactif (Figure 60b). Dans les deux cas, une quantité moindre de polymère est consommée dans la phase organo-minérale.
Figure 60 : Représentation schématique de la perte de polymère lors de la formation d’une couche organo-minérale mis en évidence par (a) ajout retardé et (b) différence de
réactivité du ciment [Flatt and Houst 2001].
(a)
Dans l’article 1 relatif à l’influence des HPG sur la cinétique d’hydratation, l’effet de la prédissolution des HPG dans la phase liquide sur la cinétique d’hydratation avait été étudié par conductivité et calorimétrie [Poinot et al. 2013]. Il apparaissait que la cinétique d’hydratation était fortement influencée par la prédissolution, surtout pour les polymères à faible degré de substitution, supposés s’adsorber fortement sur le ciment.
La Figure 61 présente les temps de précipitation de la portlandite estimés par conductivité dans le cas des adjuvants HPG 1, HPG 3 et MHPC 2. On remarque que plus le retard est important, plus l’effet de la prédissolution est important (+77% dans le cas d’HPG 1). Il avait été avancé que la prédissolution favorise l’ionisation des hydroxyles et donc l’adsorption des polymères sur les phases hydratées, favorisant ainsi l’effet retard observé. Cette supposition avait été ensuite affinée grâce à des mesures de TOC. Il semble que ce ne soit pas la quantité de polymère adsorbé qui influence principalement la cinétique d’hydratation du ciment, mais la vitesse à laquelle ces molécules s’adsorbent (voir section II.2.2.3).
0
500
1000
1500
2000
2500
Polymère sec Polymère prédissout Ciment seul HPG 1 HPG 3 MHPC 2T
e
mp
s
d
e
p
ré
ci
p
it
a
ti
o
n
d
e
l
a
p
o
rt
la
n
d
it
e
(
mi
n
)
+77%
+10%
0%
V.2. Résultats
V.2.1. Article 5
L’étude de l’effet de la prédissolution du polymère a donc permis d’affiner la compréhension de l’effet des HPG sur la cinétique d’hydratation. Le but de cet article est de caractériser l’effet de la prédissolution sur les propriétés macroscopiques des mortiers.
Dans les deux chapitres précédents, l’influence des HPG sur la capacité de rétention d’eau (Chapitre III) et le comportement rhéologique (Chapitre IV) a été étudiée avec le polymère prédissout dans l’eau de gâchage. Ici, le même protocole expérimental a été reproduit, mais avec le polymère ajouté sous forme de poudre sèche au reste des matières premières (i.e. sable, filler et ciment). Le tout a été homogénéisé avant d’être mélangé avec l’eau.
Informations Bibliographiques
Thomas Poinot, Marie-Claude Bartholin, Alexandre Govin, Philippe Grosseau Influence of polysaccharide-cement interactions on the fresh state properties of mortar