Effet du lignosulfonate dans les premières minutes d’hydratation

La contrainte seuil et l’isotherme de consommation du LS dans le ciment 1 ont été mesurées en tout début d’hydratation, entre 5 et 10 min, de manière à caractériser ce qu’il se passe dès la mise en contact entre les grains de ciment et la solution de LS. Les résultats sont présentés sur la Figure 4-6. Les résultats de rhéologie (Figure 4-6a) montent que le LS diminue drastiquement la contrainte seuil entre 0 et 0,2 % LS. De plus, la pâte ne présente plus de contrainte seuil à partir d’un dosage de 0,2 % LS. Il peut être noté que malgré le fait que la contrainte devient négligeable, la pâte conserve un comportement légèrement rhéo-fluidifiant.

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Figure 4-6 : Effet du dosage LS sur a) la contrainte seuil et b) sa consommation dans le cas du ciment 1 hydraté 10 min

D’autre part, la Figure 4-6b montre que la consommation du LS est proportionnelle à son dosage, et ne semble pas diminuer à de hauts dosage (jusqu’à 1 %). De plus, entre 65 et 72 % du LS est consommé, montrant une affinité relativement bonne avec les particules. La diminution de la contrainte seuil est donc due à l’adsorption du LS sur les particules de ciment, qui induit des répulsions électro-stériques [105].

On remarque que le dosage pour lequel la contrainte seuil devient quasiment nulle (0,2 % LS) correspond au dosage pour lequel il y a un allongement de la période de faible activité, comme montré précédemment dans la partie I. 1. 2. Cette observation est en accord avec le mécanisme identifié par Marchon et al. [148]dans le cas de l’addition directe de polycarboxylates dans du ciment Portland. Les auteurs ont observé dans le ciment Portland que pour de faibles dosages en superplastifiant, le temps auquel les phases silicatées commencent à s’hydrater n’est pas modifié, alors que de plus forts dosages en superplastifiants retardent cette hydratation. Ils ont associé ce phénomène à l’adsorption préférentielle des superplastifiants sur les différentes phases du ciment. En effet, pour de faibles dosages, ils ne s’adsorbent qu’à la surface des phases aluminates, et principalement l’ettringite. Pour de plus forts dosages, ils s’adsorbent également à la surface des phases silicatées, empêchant ainsi leur dissolution, ce qui engendre leur retard d’hydratation.

Dans le cas du LS ajouté dans le ciment BYF de cette étude, le mécanisme proposé est illustré par la Figure 4-7. Pour de faibles dosages (< 0,2 %), le plastifiant est

0 20 40 60 80 100 120 140 160 0,0 0,2 0,4 0,6 Contr ai nt e se uil (P a) Dosage en LS (%) 0 2 4 6 8 10 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 L S c onsom mé ( mg /g c im ent) Dosage en LS (%) LS introduit Ciment 1 a) b)

principalement consommé par la formation d’ettringite. En effet, l’ettringite est l’espèce dont le potentiel de surface est le plus élevé, permettant une adsorption préférentielle des molécules chargées négativement comme les plastifiants [84–89]. Cela disperse les particules, diminuant ainsi la contrainte seuil, mais ne rallonge pas la période de faible activité thermique ; dans le cas du LS, cela accélèrerait même l’hydratation après une période de faible activité similaire ; ce comportement sera discuté ci-après. Arrive ensuite un dosage (0,2 – 0,3 %) à partir duquel la surface de l’ettringite est saturée, et diminue ainsi la contrainte seuil à une valeur nulle. À de plus hauts dosages, le plastifiant s’adsorbe donc sur l’ettringite jusqu’à saturation, et s’adsorbe également sur les phases anhydres, ce qui inhibe leur dissolution, résultant en l’allongement de la période de faible activité. Une explication pour le prolongement de la période principale d’hydratation serait la réorganisation lente des polymères, et donc leur désorption lente depuis les phases anhydres vers l’ettringite formée. L’adsorption du LS sur les hydrates et les anhydres permet la dispersion de l’ensemble des particules, et la diminution du seuil d’écoulement à une valeur nulle.

Figure 4-7 : Représentation schématique du mode d’action du lignosulfonate

Il a été mentionné précédemment que, durant la période d’accélération, de faibles dosages en LS mènent à une précipitation plus massive d’ettringite. Ceci est cohérent avec les observations de Bishop et Barron [102], qui ont observé que les sucres

LS adsorbé sur l’ettringite Surface d’ettringite saturée par LS LS adsorbé sur : - ettringite (saturée) - les anhydres ⇒ barrière de diffusion

eau/ phases anhydres

⇒ hydratation retardée

Légende : Phase anhydre Lignosulfonate

Ettringite

Solution interstitielle

150

(présents à plus de 14 % dans LS) ainsi que les lignosulfonates favorisent la formation d’ettringite. Dans le cas des sucres, cette accélération a été corrélée à la capacité du sucrose à chélater les ions Ca2+, favorisant ainsi la dissolution du sulfate de calcium et donc la présence d’ions sulfate qui participent à la précipitation de l’ettringite. Lorsque l’ettringite commence à se former, le LS s’adsorberait à sa surface, rendant les ions initialement chélatés disponibles pour précipiter sous forme d’ettringite. De plus, ils ont suggéré que les lignosulfonates ont la capacité de faire un site de nucléation-croissance pour la formation d’ettringite via l’intégration des fonctions sulfonates dans la structure cristalline de l’ettringite. Cependant dans leur cas, la précipitation d’ettringite se fait plus rapidement en présence de sucres et de lignosulfonate, alors que dans le cas des ciments BYF en présence de LS, la période de faible activité thermique reste la même que sans LS. Les mécanismes dans le Portland et dans le BYF sont donc différents.

II. 2. Effet des plastifiants durant la période de faible