Phase 2 Optimisation sur éprouvettes de béton

Cette série d’essai fait suite aux résultats obtenus lors de la phase 1 Optimisation sur cubes de mortier. Les conditions ayant offert les meilleurs résultats ont été retenus dans le but d'optimiser un mélange de béton, étape importante afin de développer une formulation de béton de géopolymères sur laquelle des essais d'évaluation de la durabilité contre la RAS seront réalisés. L'essai de résistance en compression sur éprouvettes de béton permet non seulement de vérifier si les résistances sur béton sont similaires à celles obtenues sur cubes de mortier, mais aussi de vérifier quelques détails au niveau des conditions d'activation, car le comportement sur béton peut parfois se révéler significativement différent de celui sur mortier.

Un laitier de haut fourneau ainsi que deux cendres volantes ont été retenus pour cette phase. Il s'agit du laitier L2 et des cendres volantes CVS et CVB. Des éprouvettes cylindriques de béton (100 mm x 200 mm) ont donc été fabriquées conformément à la norme CSA A23.2-9C dans le but d'en évaluer la résistance en compression (Figure 3.6).

Figure 3.6: Échantillons de bétons de géopolymères à base de : A) Cendre volante CVB; B)

Laitier de haut fourneau L2.

Le Tableau 3.15 présente les formulations utilisées dans la fabrication des échantillons. Dans le cas où un laitier de haut fourneau a été utilisé, la quantité de granulats (gros granulats + granulats fins) représente 75% de la masse totale, dont 70% de gros granulats et 30% de granulats fins. Un rapport solution : liant de 0,32 a été utilisé. La quantité d'eau et de superplastifiant est fonction de la masse de liant. L'eau ajoutée représente environ 12,2% de la masse du liant (pour obtenir un affaissement de 85 mm), tandis que 2% de la masse du liant a été considéré pour la quantité de superplastifiant. Dans les cas où une cendre volante a été utilisée, la quantité de granulats (gros granulats + granulats fins) représente 77% de la masse totale dont 70% de gros granulats et 30% de granulats fins. Un rapport solution : liant de 0,35 a été utilisé. Les valeurs utilisées dans le calcul de la quantité d'eau et de superplastifiant à ajouter sont respectivement de 12,2% et 2% de la masse du liant. Ces proportions ont été en partie inspirées des travaux de Rangan (2008). Le superplastifiant utilisé est un réducteur d'eau à haut degré fourni par Euclid Chemical (Eucon 37).

Tableau 3.15: Formulations des bétons de géopolymères pour la phase 2 Optimisation sur éprouvettes de béton.

La séquence de malaxage du béton est résumée à l'Annexe B. Les matériaux secs (i.e. liant, gros granulats et sable) ont d’abord été malaxés pendant 3 minutes, après quoi la solution d'activation, l'eau et le superplastifiant ont été ajoutés puis malaxés pendant 4 minutes additionnelles. Après ces 4 minutes de malaxage, une mesure de l'affaissement et le moulage des échantillons ont été effectués (Figure 3.7). Cendres'volantes Laitier'de'haut'fourneau Masse'(kg/m3_{) Masse'(kg/m}3₎ !20+14'mm'(15%) 277 270 !14+10'mm'(20%) 370 360 !10+5'mm'(35%) 647 630 554 540 409 455 143 145 50 55 8 9 Superplastifiant'(2%'masse'du'liant) Constituants Granulats Sable Liant'(matériau'"source") Solution'd'activation Eau'ajoutée'(≈'12,2%'masse'du'liant)

Figure 3.7: Essai d'affaissement des bétons de géopolymères. A) Cendre volante CVB; B)

Laitier de haut fourneau L2.

Les échantillons ainsi fabriqués ont ensuite été soumis à différentes conditions d'activation. Le Tableau 3.16 résume ces conditions.

Tableau 3.16: Conditions d'activation pour la phase 2 Optimisation sur éprouvettes de béton.

A 24$heures$à$23o_{C$recouvert$d'une$jute$humide}

B 24$heures$à$23o_{C$recouvert$d'une$jute$humide$+$48$heures$à$l'étuve$à$80}o_{C$à$l'air$libre$au$sec}

C?24 24$heures$à$23_{un$sac$hermétique}oC$recouvert$d'une$jute$humide$+$24$heures$à$l'étuve$à$80oC$enveloppé$dans

C?48 24$heures$à$23oC$recouvert$d'une$jute$humide$+$48$heures$à$l'étuve$à$80oC$enveloppé$dans un$sac$hermétique

D?24 24$heures$à$23oC$recouvert$d'une$jute$humide$+$24$heures$à$l'étuve$à$80oC$dans$un$contenant hermétique$avec$source$d'humidité

D?48 24$heures$à$23oC$recouvert$d'une$jute$humide$+$48$heures$à$l'étuve$à$80oC$dans$un$contenant hermétique$avec$source$d'humidité

La condition A permet de connaître la résistance en compression après que les échantillons aient été conservés seulement 24 heures dans leur moule à 23oC sous une jute humide et une feuille de plastique. Les résultats de cette condition sont utiles dans la mesure où les conditions d'activation nécessitent le démoulage des échantillons avant de procéder à la cure thermique, comme c'est le cas pour les conditions B, D-24 et D-48.

La condition B consiste à laisser les échantillons pendant 24 heures à 23o_C

(dans les moules) sous une jute humide et une feuille de plastique. Suite à ce 24 heures, les échantillons sont démoulés puis activés dans une étuve à 80oC pendant 48 heures. Lors de ces 48 heures, les échantillons sont laissés directement à l'air libre dans l’étuve, sans protection particulière (Figure 3.8A).

Les conditions C-24 et C-48 consistent à laisser les échantillons pendant 24 heures à 23oC (dans les moules) sous une jute humide et une feuille de plastique, pour ensuite les transférer dans une étuve à 80oC pendant 24 heures (C-24) ou 48 heures (C-48). Les échantillons sont alors conservés dans leur moule et enveloppés dans un sac hermétique lors de la cure thermique. La Figure 3.8B illustre le montage utilisé pour ces conditions. La différence entre les conditions C-24 et C-48 permettra de déterminer l'impact d'une réduction de l'énergie nécessaire (i.e. durée de la cure) sur le développement de la résistance en compression.

Les conditions D-24 et D-48 consistent à laisser les échantillons pendant 24 heures à 23oC (dans les moules) sous une jute humide et une feuille de plastique. Ensuite, les échantillons sont démoulés puis transférés dans une étuve à 80oC pendant 24 heures (D-24) et 48 heures (D-48). Ces deux conditions sont pratiquement semblables aux conditions C-24 et C-48, à l'exception que les échantillons sont cette fois-ci démoulés avant d’être entreposés dans un contenant hermétique avec une source d'humidité, au moment de l'activation à l'étuve. La Figure 3.8C illustre le montage utilisé pour

ces conditions. Encore une fois, la différence entre les conditions D-24 et D-48 permettra de déterminer l'impact d'une réduction de l'énergie nécessaire (i.e. durée de la cure) sur le développement de la résistance en compression.

Figure 3.8: Montages utilisés lors de l'activation des éprouvettes de béton à l'étuve. A) Condition

A : éprouvette laissée à l’air libre. B) Condition C : éprouvettes dans leur moule placées dans un sac hermétique. C) Condition D : éprouvette démoulée et conservée dans un contenant hermétique en présence d’une source d’humidité.

Une fois l'activation terminée, les échantillons ont été entreposés à 23o_{C dans un}

sac hermétique. La résistance en compression des éprouvettes a été déterminée à 24 heures (i.e. pour la condition A), et à 3 et 7 jours (i.e. pour les conditions B, C-24, C-48, D-24 et D-48). Le Tableau 3.17 présente la matrice des essais réalisés dans le cadre de cette phase 2.

Il est important de mentionner que la matrice d'essai a été élaborée suite aux essais préliminaires réalisés sur cubes de mortier (phase 1). Les résultats obtenus lors de ces essais ont démontré que l'activation alcaline du laitier de haut fourneau L2 avec la solution NaOH 8M développait une résistance à la compression qui permettait de démouler les échantillons suite aux premières 24 heures (23oC sous une jute humide et une pellicule de plastique). De ce fait, il a été décidé d'évaluer la résistance à la compression à 3 jours et 7 jours suivant les conditions C-24, C-48, D-24 et D-48 pour les éprouvettes de béton fabriquées à partir du laitier de haut fourneau L2.

Concernant l'activation alcaline des cendres volantes, les résultats préliminaires ont démontré qu'il n'était pas possible de démouler les éprouvettes de mortier suite aux premières 24 heures, raison pour laquelle les conditions B, D-24 et D- 48 ne font pas partie du programme de la phase 2 (optimisation sur éprouvettes de béton). Les résultats préliminaires ont également démontré que la combinaison du NaOH 8M avec du Na2SiO3 en différentes proportions

massiques permettait d'obtenir une résistance à la compression plus élevée, d'où les essais prévus avec les différentes solutions d'activation pour les conditions C-24 et C-48.

Tableau 3.17: Matrice d'essais pour la phase 2 Optimisation sur éprouvettes de béton. Le détail

des solutions et des conditions d’activation est présenté aux tableaux 3.11 et 3.16, respectivement. A B C$24 C$48 D$24 D$48 A B C$24 C$48 D$24 D$48 A B C$24 C$48 D$24 D$48 24#heures x * * * * * x * * * * * x * * * * * 3#jours * x x x x x * * x x * * * * x x * * 7#jours * * x x x x * * x x * * * * x x * * 24#heures * * * * * * * * * * * * * * * * * * 3#jours * * * * * * * * x * * * * * * * * * 7#jours * * * * * * * * x * * * * * * * * * 24#heures * * * * * * * * * * * * * * * * * * 3#jours * * * * * * * * x * * * * * * * * * 7#jours * * * * * * * * x * * * * * * * * * 24#heures * * * * * * * * * * * * * * * * * * 3#jours * * * * * * * * x * * * * * * * * * 7#jours * * * * * * * * x * * * * * * * * * 24#heures * * * * * * * * * * * * * * * * * * 3#jours * * * * * * * * x x * * * * x x * * 7#jours * * * * * * * * x x * * * * x x * * N8W2.0 N8W2.5 X#*>#essais#réalisés N8 Solution d'activation Résistance en compression N8W1.0 N8W1.5 Laitier=de=haut=fourneau L2 CVB Cendres=volantes CVS