Sur la Figure 5-1, on remarque qu’un même dosage en borax mène à des retards d’hydratation plus ou moins longs selon le ciment BYF dans lequel il est ajouté : le borax semble mieux retarder le ciment 2 que les ciments 1 et 3. Sur ces derniers, le borax semble avoir un effet retard similaire voire légèrement plus important sur le ciment 1. Puisque les deux ciments contiennent une quantité équivalente d’anhydrite (10 %), cette différence d’effet retard du borax pourrait être liée à cette quantité d’anhydrite. En effet, Champenois et al. [61] ont montré dans le cas d’un CSA à faible teneur en bélite hydraté
en présence de borax que des quantités de gypse croissantes allongent la période de faible activité. La Figure 5-2 présente le temps de la période de faible activité thermique du clinker C2 contenant la même quantité d’anhydrite naturelle que les deux autres ciments (10 %) en présence de quantités croissantes de borax. Les points ont été déterminés par calorimétrie isotherme, en notant le temps pour lequel la puissance thermique commence à augmenter lors du second pic d’hydratation. On remarque que le retard engendré par le borax dans ce nouveau ciment semble moins important pour les faibles dosages, confirmant en partie cette hypothèse, mais pour les plus hauts dosages, il est équivalent à celui provoqué sur le ciment 2. La quantité d’anhydrite a donc une incidence sur l’effet retard du borax, mais ce n’est pas le paramètre le plus important.
Figure 5-2 : Effet du dosage en borax sur la durée de la période de faible activité thermique
Pour de mêmes dosages en borax, le retard semble se faire de manière plus importante dans l’ordre : ciment 2 > C2 + 10 % CŠ > ciment 1 > ciment 3. Cet ordre peut correspondre à deux caractéristiques des ciments anhydres qui influent sur la réactivité à court terme : 0.1 1 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Temp s d e la p ériod e de f aib le acti vit é ther m iq ue (h ) Dosage en borax (%) Ciment 1 (C1 + 10 % CŠ) C2 + 10 % CŠ Ciment 2 (C2 + 20 % CŠ) Ciment 3 (C3 + 10 % CŠ)
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- la quantité croissante de particules fines contenues dans les poudres de ciment anhydre (i.e. moins il y a de particules submicroniques, plus le ciment est retardé par un même dosage en borax),
- et la quantité croissante d’alcalins (i.e. moins il y a d’alcalins, plus le ciment est retardé par un même dosage en borax).
L’adsorption du bore à la surface des particules est le mécanisme de retard proposé par Tan et al. [109] dans le cas de CSA. En effet, ils ont identifié la précipitation d’une espèce solide contenant du calcium et du bore, qui précipite à la surface des particules de ciment et limiterait ainsi la dissolution des phases anhydre. Champenois et al. [61] ont également étudié l’effet du borax sur l’hydratation d’un CSA, et ont identifié la précipitation d’une espèce solide borée, l’ulexite (de formule NaCa[B5O6(OH)6].5H2O) en début d’hydratation. Ils ont remarqué que plus la quantité d’ulexite précipitée est importante, plus la durée de la période de faible activité est allongée. Dès que cette phase se dissout, les réactions d’hydratation reprennent. Tant que l’ulexite n’est pas dissout, le pH de la solution interstitiel reste bas. La précipitation d’une telle phase n’a pu être identifiée dans les CSAB dans l’étude Bullejahn et al. [5], ni dans cette étude, comme il sera décrit dans la partie I. 1. 3. Cependant Zajac et al. [25] ont également observé la diminution du pH de la solution interstitielle provoqué par l’ajout du borax dans un CSAB. Ces derniers ont associé le retard d’hydratation à l’inhibition de la dissolution de la ye’elimite liée à la diminution du pH. De plus, la diminution du pH a été expliquée par l’introduction d’ions B(OH)4-, qui, en conséquence de l’électro-neutralité, diminue la quantité d’ions OH- et donc le pH.
Tableau 5-1 : Propriétés (pH, conductivité, teneur en soufre) de la solution interstitielle du ciment 1 contenant différents dosages en borax à 3 min d’hydratation
Dosage en borax S pH Conductivité (mmol/L) (mS) 0 % B 53,9 10,74 11,78 0,2 % B 39,9 10,75 14,41 0,4 % B 81,5 9,15 16,15
Tableau 5-2 : Propriétés (pH, conductivité, teneur en soufre) de la solution interstitielle du ciment 2 contenant différents dosages en borax pour différents temps d'hydratation
Temps d'hydratation (min) S (mmol/L) pH Conductivite (mS) 0 % B 0,2 % B 0 % B 0,2 % B 0 % B 0,2 % B 3 19 28 10,5 9,5 4,4 6 10 19 60 10,6 11,0 4,5 12,5 60 26 28 10,2 10,9 4,8 6,5 120 11 30 11,1 10,5 2,8 6,5
180 durci 32 durci 10,5 durci 6,6
Dans le cas des ciments BYF de cette thèse, quelques analyses ont été réalisées sur la solution interstitielle. Les résultats sur le ciment 1 et sur le ciment 2 contenant différentes teneurs en borax sont présentés dans le Tableau 5-1 et le Tableau 5-2 respectivement. En tout début d’hydratation, on remarque que dans le cas où le borax est ajouté dans un dosage qui ne retarde pas l’hydratation (ciment 1 + 0,2% B), le pH initial est inchangé par l’ajout de borax. Pour des dosages où le borax retarde l’hydratation (ciments 1 et 2 contenant respectivement 0,4 et 0,2 % B), le pH est drastiquement diminué en début d’hydratation. De plus, à ces dosages, la présence de borax augmente la quantité d’ions sulfate en solution, montrant un plus fort taux de dissolution de l’anhydrite. Cette augmentation de la concentration en sulfates explique à elle seule l’augmentation de la conductivité. Pour le ciment 2, les mesures ont été faites à des temps d’hydratation plus importants. On remarque dans le Tableau 5-2 que dès 10 minutes d’hydratation, le pH de la solution interstitielle du ciment contenant du borax remonte, puis reste légèrement plus haut que dans la référence. De plus, la teneur en ions sulfate en solution est plus importante lorsqu’il y a du borax, montrant que la dissolution de l’anhydrite n’est pas altérée par le borax, elle semble même être promue par son ajout.
Par ailleurs, Champenois et al. [61] ont également montré qu’augmenter la teneur en alcalin (NaOH) dans leur solution de malaxage diminue le temps de la période de faible activité pour une même teneur en bore. Ceci appuie l’hypothèse selon laquelle la teneur en alcalins du ciment a un lien avec la diminution de l’effet retardateur du borax d’un ciment à l’autre.
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