Recherche d’une partie liante adaptée à l’usage de la préfabrication sur des

préfabrication sur des critères de performance mécanique

6.4.1 Ciments

Parmi la gamme des liants proposés par l’industrie cimentière, deux types de ciment ont été étudiés : les ciments CEM I 52,5 avec un taux de clinker supérieur à 95% et les ciments composés CEM II et CEM III incorporant au clinker une quantité variable d’addition minérale. La figure III-36 présente les valeurs de résistance relative pour les neuf ciments.

Chapitre III : Matériaux, Méthodes et Etudes Préliminaires

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Figure III-36 : Résistance relative RS des mortiers étuvés à base de ciment

Concernant les ciments avec l’appellation CEM I 52,5R (C1 à C6), différents comportements sont observés :

- les ciments C1, C2, C3 justifient bien leurs emplois actuels car ils répondent aux critères de performances exigés autant au jeune âge qu’à long terme,

- le ciment C4 est peu réactif au jeune âge (RSM4-0%(1) = 0,93) mais est performant à long terme,

- le ciment C5 est réactif au jeune âge mais peu performant à long terme (RSM5-0%(28) = 0,89),

- le ciment C6 n’est pas adapté au contexte de la préfabrication car RSM6-0%(1) = 0,85 et RSM6-0%(28) = 0,88.

Aussi, pour pouvoir convenir au contexte de la préfabrication, l’appellation CEM I 52,5R ne suffit toujours pas. En effet, si l’on compare les ciments C1 à C6, ils présentent des similitudes sur les caractéristiques physiques (densité, finesse, voir Chapitre III, § 2.1) mais ils sont différents au niveau de leurs compositions chimiques. La figure III-37 présente les rapports molaires C3S/C2S d’une part et C3A/Gypse d’autre part.

C3S, C2S, C3A sont obtenus à partir de la formule de Bogue

A partir des figures III-36 et III-37, on constate que les ciments à forts rapports molaires C3S/C2S sont ceux qui, après avoir été étuvés, sont les plus réactifs au jeune âge. Ce résultat est en accord avec [Regourd 1979]. Par contre, il ne semble pas exister de relation entre la réactivité au jeune âge et le rapport molaire C3A/Gypse, comme l’avait pourtant indiqué

[Regourd 1979].

Il est donc possible que d’autres caractéristiques chimiques interviennent lors de l’étuvage, comme la présence de phosphore dans les phases anhydres. Ce point mériterait d’être étudié spécifiquement, mais ce n’est pas un des objectifs de la thèse.

Concernant les ciments composés avec l’appellation CEM II (C7 à C9) ou CEM III (C8), ils présentent tous de faibles performances vis-à-vis des critères prescrits. L’utilisation de ces ciments ne peut donc pas être envisagée dans les applications visées.

6.4.2 Additions minérales

Le choix d’un ciment CEM I 52,5R réactif peut s’effectuer a priori à partir de sa composition chimique. Or, le taux de clinker d’un ciment CEM I reste problématique au niveau environnemental à cause du dégagement de CO2 engendré lors de la phase de décarbonatation du cru. Une des solutions envisageables serait donc de substituer une partie de ce ciment par une addition minérale. Dans le travail qui suit, des mélanges étuvés incorporant des additions de natures diverses sont testés. La figure III-38 présente les résultats de résistance relative des mortiers confectionnés avec le ciment C1 et quatre types d’additions minérales.

A partir de l’histogramme de la figure III-38, on peut faire une présélection rapide de l’addition à approfondir.

Figure III-38 : Résistance relative RS des mortiers étuvés à base du ciment C1 et de diverses additions minérales

En effet, à partir de cette figure, on peut faire les commentaires suivants.

- La substitution par un filler calcaire (F1) ou par un filler siliceux (F2) n’est pas envisageable car les performances à 1 et 28 jours sont fortement diminuées. Ces

Chapitre III : Matériaux, Méthodes et Etudes Préliminaires

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l’effet filler n’est pas forcement améliorée car le ciment est à la base très fin. Finalement, l’activité d’origine physique créée par une densification du squelette par effet filler doit probablement disparaître devant l’effet du traitement thermique. - En revanche, les additions comme la fumée de silice (F3) ou le métakaolin (MK1)

s’avèrent très intéressantes grâce à leurs propriétés pouzzolaniques indéniables. De plus, il semblerait que la réaction pouzzolanique soit thermo-activée au même titre que la réaction d’hydratation.

Ainsi, en conditions étuvées, un ciment très actif couplé à de la fumée de silice ou du métakaolin présente des propriétés « séduisantes ». Cependant, pour des raisons économiques, la suite de l’étude s’orientera vers l’utilisation des additions de type métakaolin uniquement (MKi). Les autres additions précédemment citées (F1, F2, F3) serviront de comparaisons ponctuelles lors d’essai avec MKi.

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C

Dans ce troisième chapitre, en plus de la présentation des procédures expérimentales, un état des lieux du process de préfabrication et une étude préliminaires sur les performances concernant la partie liante ont été abordés :

Concernant le process de préfabrication :

Au travers de cette étude sur la vibration en usine ainsi que le recueil d’information concernant l’étuvage, divers points peuvent être mis en avant afin de mieux appréhender les paramètres importants gouvernant une bonne aptitude au filage et les paramètres d’une maturation rapide.

- La prise de mesure peut s’effectuer sur n’importe quel point de la mouleuse, à l’exception des parties avec une isolation antivibratile. La vibration étant relativement homogène, l’excitation initiale est peu transformée par des phénomènes d’amortissement, des amplifications dus aux effets de chocs, des effets de résonance, des dissipations dans les parties fixes de la structure. Les paramètres à vide et en phase de production sont récapitulés dans le tableau III-25.

Tableau III-25 : Récapitulatif des caractéristiques vibratoires de la machine

Fréquence en Hz Accélération en g Vitesse en ms-1

A vide 118 14,8 0,201

En production 114 12,2 0,173

- La vibration n’est pratiquement pas transmise à la piste, ce qui n’engendre pas de phénomène de résonance de la piste après le passage de la mouleuse.

- L’appareillage disponible sur site, constitué d’un multimètre et d’un accéléromètre est suffisant afin de faire un suivi quotidien de l’efficacité de la vibration.

- En laboratoire, les paramètres vibratoires à reproduire pour étudier la rhéologie du béton à l’état frais doivent tenir compte de ces analyses réalisées sur site. En effet, les valeurs efficaces de la vibration mis en œuvre sur site sont valables pour des grandes quantités de béton. A une échelle moindre (le bol du rhéomètre), la vibration induite par une table vibrante ou par un pot vibrant à paramètres variables doivent suffire à atténuer le seuil de cisaillement afin de déterminer une courbe d’écoulement. Il faut aussi penser qu’il peut exister un effet de confinement non négligeable qui va être créé par les petites dimensions du contenant du rhéomètre. - Les mesures de porosité ont montré que les cubes, utilisés pour le contrôle du béton,

étaient représentatifs des poutrelles et que ces dernières étaient relativement homogènes.

- Le recueil d’information en usine concernant les cycles d’étuvage théoriques permet de déterminer un cycle d’étuvage standard moyen avec lequel les matériaux cimentaires étudiés seront mûris en laboratoire.

Concernant l’étude préliminaire, elle permet de restreindre le travail de thèse vis-à-vis des

ciments et des additions minérales à étudier.

- L’incorporation de métakaolin (MK) dans un mélange étuvé semble positive quel que soit le ciment utilisé en comparaison aux autres additions minérales. Dans la mesure où les ciments étudiés sont de nature variable et confèrent des performances diverses aux mélanges, on décide de retenir pour la suite cinq ciments.

Chapitre III : Matériaux, Méthodes et Etudes Préliminaires

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- Deux ciments CEM I 52,5R aux performances très distinctes. Le ciment C1 satisfait pleinement les critères d’exigence énoncés et actuellement utilisé en site de production. Le ciment C6 ne répond pas aux critères d’exigence car il n’est pas assez réactif et peu performant à long terme.

- Trois ciments composés C7, C8 et C9 de nature différente avec des taux de substitution variables de clinker de laitier ou de filler calcaire. Ces ciments n’atteignent pas les performances requises.

- Les investigations se poursuivent par la suite avec cinq métakaolins MKi qui ont des caractéristiques très différentes. En effet, on peut aussi se demander si l’amélioration des performances des produits étuvés incorporant du métakaolin est indépendante des caractéristiques de ce type d’addition.