Influence du précurseur sur les modules élastiques

Afin d’évaluer la prise des mortiers, on peut prendre comme référence le module de cisaillement, et comme critère G > 0,3 GPa (Figure 1.39) [133]. On voit ainsi que pour le SLAG45, la prise débute très rapidement (moins de 3h) après la mise en contact des constituants. Ensuite, le module de cisaillement atteint un pseudo-palier, avant une deuxième augmentation, qui coïncide avec le début du 2ème _{pic observé en calorimétrie. Cette évolution est plus} importante, et conduit à un module de cisaillement assez élevé par rapport aux autres formulations. Celles-ci contiennent également quelques différences au niveau des valeurs des modules et des instants de début de prise. On peut ainsi voir que les géopolymères ont des temps de prise très longs (supérieur à 3h), et n’atteignent que des modules de cisaillement assez faibles. Les allures de leurs courbes sont également particulières, car elles ne comportent pas de point d’inflexion bien net, comme est le cas des matériaux cimentaires ordinaires.

Figure 1.39 : Module de cisaillement en fonction du temps

Le changement de variable expliqué ci-dessus nous permet de mieux comprendre les processus de prise des formulations étudiées. En traçant le module d’Young (Figure 1.40) en fonction de l’avancement de la réaction α, on peut distinguer trois classes : le laitier activé, les géopolymères et les matériaux cimentaires. Pour le laitier, on voit que la prise débute dès les premiers instants de la réaction, avant d’adopter une évolution quasi-linéaire. Ceci montre que les différentes variations observées dans la courbe de G(t) du SLAG45 sont directement liées à la formation de phases lors de la réaction qui font varier de la même façon la chaleur émise. La structuration et le durcissement du laitier activé au silicate de sodium seraient en effet en grande partie pilotés par des réactions exothermiques. Cette évolution peut être comparée avec les mortiers cimentaires, et notamment au CEM III, qui est riche en laitier de haut- fourneau. Celui-ci présente, après une phase dormante et une phase à faible pente, une augmentation plus prononcée à 40% de la réaction.

0 2 4 6 8 10 12 14 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Mod ul e de ci sa ill em en t ( GP a) Temps (jours) SLAG 45 GMKCV40 GMK C3 C1

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Figure 1.40 : Module d'Young en fonction de l'avancement de la réaction

En regardant de plus près les courbes des géopolymères (Figure 1.41), on peut voir que leur comportement diffère sensiblement de celui des autres formulations. Jusqu’à 40% d’avancement de la réaction, la prise n’a pas encore commencé (G ≈ 0,2 GPa). A ce stade, le processus s’accélère et conduit à une augmentation du module. Le module d’Young présente la même évolution, avec une augmentation plus rapide lors de la deuxième moitié de la réaction. Ceci pourrait être dû à la fin de la dissolution et à la transition du système vers la polycondensation, formant ainsi de plus en plus de liaisons Si – O – Al à travers le réseau. Les ondes de cisaillement sont par conséquent transmises plus facilement dans le matériau, signalant la transformation liquide  solide.

Figure 1.41 : Module de cisaillement des géopolymères GMK et GMKCV40 en fonction de l'avancement de la réaction

0 5 10 15 20 25 30 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Mo du le d'Y ou ng (GP a) Avancement de la réaction SLAG 45 GMKCV40 GMK C3 C1 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Mo du le de ci sa ill em en t ( GP a) Avancement de la réaction GMKCV40 GMK

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1.6 BILAN

Les géopolymères ainsi que le laitier alcali-activé se distinguent des liants cimentaires ordinaires à différents niveaux. Dans ce chapitre, les différents matériaux, aussi bien les réactifs que les produits, ont été caractérisés au plan physico-chimique. Des liens ont été établis avec les observations liées à leur structuration macroscopique.

L’utilisation combinée de la DRX et de la RMN sur les matières premières et les produits finaux, a permis d’obtenir une vision des processus chimiques à l’origine des différentes structures. La géopolymérisation, d’une part, se caractérise par le caractère amorphe des produits formés et par une certaine stabilité structurelle. Au niveau chimique, une certaine interchangeabilité entre le métakaolin et les cendres volantes comme sources aluminosilicates pour la géopolymérisation a été établie, ce qui offre un degré de liberté supplémentaire dans le développement de formulations avec des critères technico-économiques. D’autre part, les réactions d’hydratation qui ont lieu lors de l’activation alcaline du laitier contribuent à la formation d’une microstructure hétérogène, complexe et évolutive. Sans toutefois être identique à la réaction d’hydratation du ciment Portland, l’alcali-activation présente des points communs au niveau de certains processus réactionnels et de leurs produits.

Ces différences au niveau des mécanismes physico-chimiques ont été confirmées par le suivi de la structuration des différentes formulations par calorimétrie isotherme couplée à la mesure des propriétés élastiques et de la déformation volumique. L’utilisation de la cinétique de la réaction comme référentiel de l’analyse des différentes évolutions permet de mieux les décrire en les liant aux processus réactionnels de chaque matériau. Les géopolymères se distinguent à ce niveau par l’absence de déformation volumique au cours de la réaction ainsi que des modules élastiques inférieurs aux matériaux cimentaires classiques, pour un rapport Eau/Solide donné. En ce qui concerne le laitier activé, le retrait chimique reste présent, avec une cinétique de réaction et un développement de rigidité plus rapides que le ciment.

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