II.1. Description des matériaux
Les matériaux utilisés pour la fabrication des ciments étudiés en laboratoire proviennent tous de l’île de la Réunion, le but étant de se rapprocher le plus possible de ce qui s’y fait actuellement avec une éventuelle finalité industrielle. Il s’agit des matériaux suivant (Figure B2- 7) :
- Le clinker (K) et le gypse (G) (-a et b) sont des produits importés par les cimentiers locaux. Ils travaillent en partenariat pour la production des seuls ciments actuellement commercialisés sur place, à savoir du CEM II/A-P 42,5 et du CEM II/B-P 32,5.
- Le laitier (S) (-c) est lui aussi un produit importé sous forme de granulés, mais non encore exploité par les cimentiers de l’île de la Réunion.
- La pouzzolane (P) (-d) est issue du volcan du Piton de la Fournaise ; elle est exploitée en carrière et constitue une ressource locale disponible.
- La cendre volante (V) (-e), matière principale de notre étude, provient des centrales thermiques Spreader Stoker du « Bois Rouge » de l’île et n’est donc pas tout à fait semblable à celle des centrales thermiques du Gol étudiée dans la Partie I.4. Les caractéristiques de ces cendres volantes Spreader Stoker (nommée « ABR1 » par la suite) seront développées plus en détail dans le chapitre B3 car une caractérisation complète a été effectuée sur ces dernières.
Pour étudier l’effet des imbrûlés de cette dernière, des ciments (CEM II/A et CEM II/B) ont également été fabriqués avec un échantillon de cendre volante sans imbrûlés (-f) nommée ABR*. Le traitement a consisté à calciner la cendre brute à environ 800°C dans un four par calcination en lit fixe de la société ARGECO, afin de limiter les éventuelles modifications de la structure physico-chimique et minérale de la cendre initiale.
Les données issues d’essais de caractérisation physico-chimique sont présentées ci-après.
45 5
cm cm 5
cm
a. Clinker (K) b. Gypse (G) c. Laitier (S)
5 3cm 3
cm cm
d. Pouzzolane (P) e. Cendres volantes brutes (V) f. Cendres volantes traitées (V*)
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Partie B : procédures expérimentales et matériaux utilises
II.2. Caractéristiques physico-chimiques
Le clinker, la pouzzolane, le laitier et le gypse sont des matériaux reçus sous forme non pulvérulente. Un broyage a donc été nécessaire dans l’objectif d’atteindre une finesse Blaine choisie et de pouvoir fabriquer des ciments composés (chapitre C2).
La perte au feu, la masse volumique réelle, la surface spécifique Blaine et le temps de broyage nécessaire (pour 600 g) des matériaux utilisés sont explicités dans le Tableau B2- 5. Pour rappel les différentes notations utilisées pour les matériaux sont les suivantes :
- Clinker : K
- Gypse : G
- Laitier : S
- Pouzzolane : P
- Cendre Spreader Stoker brute ABR1 : V
- Cendre Spreader Stoker sans imbrûlés ABR* : V*
Le clinker et le laitier ont été broyés jusqu’à une finesse considérée comme suffisante pour une bonne réactivité, soit environ 3500 cm²/g pour le clinker et 4500 cm²/g pour le laitier. La pouzzolane a été broyée pour atteindre une finesse Blaine équivalente à celle des cendres volantes, donc proche de 5500 cm²/g. Le temps de broyage du gypse a été fixé à 5 min car sa finesse dépasse les 10000 cm²/g dès 10 min de broyage. La finesse obtenue a donc été estimée suffisante pour un premier broyage avant mélange (cf. chapitre C2, partie I.2« Broyabilité des matériaux »).
Tableau B2- 5 : Principales caractéristiques physiques des matériaux (K, G, S, P) après broyage
Masse Volumique.
réelle (g/cm3) Temps de broyage (min) Surface Spécifique Blaine (cm2/g) PAF (%)
Clinker (K) 3,19 70 3600 1,30 Gypse (G) 2,32 5 6100 7,69 Laitier (S) 2,85 70 4100 2,11 Pouzzolane (P) 2,66 10 5700 4,28 ABR1 (V) 2,16 - 5500 29,73 ABR* (V*) 2,46 - 7400 0,36
Le Tableau B2- 6 présente les résultats de colorimétrie sur les matériaux utilisés dans la fabrication de ciments de laboratoire. Les essais effectués avec un spectrophotomètre (Cf. chapitre B-1, Colorimétrie) nous permettent de recueillir des données, transposées dans le domaine «RGB» (Red-Green-Blue), qui sont ensuite traitées pour une visualisation des couleurs obtenues avec la mesure. L’exploitation de ces résultats va nous permettre de mettre en évidence la couleur sombre des CVSS et leur incidence sur les ciments fabriqués et ainsi que les mortiers qui en découlent.
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Chapitre B-2: Matériaux
Tableau B2- 6 : Colorimétrie des matériaux à l’aide d’un spectrophotomètre
Matériaux R G B Visuel ABR1 107,01 106,93 107,09 ABR* 188,66 175,75 157,06 Pouzzolane 139,59 132,70 122,96 Gypse 241,22 239,26 233,20 Laitier 212,73 209,13 199,95
Le Tableau B2- 7 présente les compositions en oxydes majeurs des matériaux utilisés lors de nos essais. Tout comme les cendres volantes, la pouzzolane est composée en grande partie de silice et d’alumine. La composition chimique a aussi été effectuée sur les cendres après perte au feu afin de constater l’effet de dilution occasionné par les imbrûlés dans ces dernières. En effet,
en retirant les 29.7% d’imbrûlés on constate que la somme de (SiO2+ CaO + Al2O3) passe de
58% à 82.7% soit presque 25% d’augmentation. Une analyse plus poussée de la cendre ABR1 est effectuée au chapitre B3.
Le clinker, le gypse et le laitier ont aussi été analysés, nous permettant de vérifier que leurs compositions chimiques ne sont pas hors des fuseaux généralement rencontrés pour ces types de matériaux. Ces résultats permettront aussi de calculer approximativement les compositions chimiques des ciments fabriqués à partir de ces matériaux (cf. chapitre C2).
Tableau B2- 7 : Composition chimique des matériaux utilisés
% massique Clinker (K) Gypse (G) Laitier (S) Pouzzolane (P) ABR1 (V) ABR1- PAF* ABR* (V*) SiO2 21,5 0,66 34,2 53,5 34,3 52,7 47,7 CaO 67,6 39,2 37,2 5,67 4,07 5,87 6,80 Al2O3 5,29 0,22 12,5 16,4 19,7 27,7 28,2 Fe2O3 3,55 0,11 0,77 11,3 3,24 4,47 7,03 K2O 0,43 0,02 0,76 2 nd 0,99 1,44 Na2O 0,17 0,04 0,27 3,87 0,18 0,29 3,26 MgO 2,05 0,04 9,55 2,49 0,86 1,24 2,98 MnO2 0,06 / 0,28 0,26 nd 0,07 0,52 TiO2 0,27 0,01 0,44 2,12 1,15 1,74 1,47 F 0,02 < 0,01 0,88 0,03 0,03 0,03 0,13 SO3 0,58 55,3 0,11 0,07 0,63 0,63 / P2O5 0,11 / 0,042 0,36 1,7 2,51 0,7 Perte au feu (%) 1,3 7,69 2,11 4,28 29,7 0 0,34
* ABR1 PAF correspond à l’échantillon de cendres après perte au feu.
Le Tableau B2- 8 donne les caractéristiques minéralogiques du clinker utilisé pour notre étude. Ces résultats ont été obtenus par une analyse de diffraction des rayons X (DRX) avec étude quantitative par la méthode Rietveld.
Tableau B2- 8 : Caractéristiques minéralogiques du clinker par analyse Rietvield
Matériau C3S (%) C2S C3A C4AF
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Partie B : procédures expérimentales et matériaux utilises