Interface granulats de chanvre - matrice minérale

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Submitted on 6 Jun 2020

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Interface granulats de chanvre - matrice minérale

Youen Diquelou, Bernard Kurek

To cite this version:

Youen Diquelou, Bernard Kurek. Interface granulats de chanvre - matrice minérale. Journée Technique Construction en Chanvre, Constructions et Bioressources. Maillot, FRA., Jun 2012, Sens, France. 21 p. �hal-01267834�

Interface  granulats  de  chanvre  -­‐  matrice  minérale  

Journée  Technique  Construc:on  Chanvre  -­‐  Sens   14/06/2012

«  Influence  des  extrac:bles  et  étude  macroscopique  de  l’interface  »  

Youen  Diquélou   INRA  –  UMR  FARE  Reims  

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Généralités  sur  les  bétons  de  chanvre  

  Le  chanvre  est  renouvelable  

  Cons<tue  un  piège  à  CO

  Isola<on  thermique  et  acous<que  

  Matériau  respirant  

ChènevoEe

Liant  

(ciment,  chaux,  plâtre…)

Eau

Introduction

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Le  ciment  Portland  :  un  modèle  de  liant  hydraulique  

  Prise  hydraulique=  Réac:on  d’hydrata:on  

H₂O  

Hydrata<on  

Introduction

C  =  Ca0  ,  S  =  SiO₂  ,  A  =  Al₂O₃     F  =  Fe₂0₃  ,  H  =  H₂O

Ciment  Portland  sec  

C

S  +  C

S      

 +  C

A  +  Gypse  

Nota:on  cimen:ère  

Ciment  hydraté  

E\ringite  

Ca(0H)₂   CSH  

 +    

 +  …    

  L’enchevêtrement  des  hydrates  confère  la  solidité  du  béton  

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

La  chènevo\e  

  Par<e  centrale  de  la  <ge  (xylème  +  moelle)  

  ≈45  %  de  la  masse  de  la  <ge  

  Très  hydrophile  

  Très  faible  densité:  d  ≈  0.2  (bois:  d  ≈  0.6)  

49,2   21,0  

21,9  

1,6   6,2   Cellulose  

Hémicelluloses   lignine  Klason   pec<nes,  lignines   solubles,  etc…  

extrac<bles  

Cellulose  

Hémicelluloses   Lignine  Klason   Pec<nes,  lignine   soluble  …  

Extrac<bles  (Soxhlet)     Composi'on  chimique  de  la  chènevo4e  (%)  

Introduction

(Bouloc,  2006)  

(Vignon  M.)  

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Objec:fs  de  l’étude  

  Inconvénients  du  béton  de  chanvre:  

  Observa<on  de  retards  de  prise  

   sur  les  chan<ers  

  Faibles  performances  mécaniques  

  Pour  pallier  ces  problèmes,  des  techniques  d’enrobage  ont  été   développées,  mais  cela  conduit  à:  

  Augmenta<on  du  coût  

  Densité  plus  élevée  

  Moins  de  perméabilité  

  Afin  de  développer  des  solu<ons  qui  préservent  l’intégrité  et  les  propriétés   du  matériau,  nous  devons  mieux  comprendre  :  

   Quels  composés  affectent  la  prise  du  ciment  et  de  quelle  façon  ils   l’affectent  

Objectifs

Besoin  d’améliora:on  pour  les  industriels  

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Approche  expérimentale  

  Evalua<on  de  l’effet  des  extrac<bles  à  l’eau  de   chènevoEe  sur  la  prise  et  la  cure  du  ciment  

   Etude  de  l’interface  entre  la  chènevoEe  et  le  ciment  

Objectifs

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Prépara:on  des  échan:llons  et  analyse  

Filtra:on   (200µm)  

Infusion  de  chènevo\e   (24h  ;  20°C)   Eau/Chènevo\e=10  

Lixiviat   Ou   Eau  (référence)   Ciment  

Lixiviat

Test  Vicat   Suivi  de  

prise  

Test  Mécanique   Résistance  en  

compression   Analyse  

Thermogravimétrique   Spectroscopie  

Infrarouge  

Quan:fica:on  des  hydrates    

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Enfoncement de l’aiguille (mm)

Temps (min) Water

Water extracts of shiv Eau

Lixiviat

Test  Vicat:  suivi  de  prise  

  La  prise  est  retardée  de  plus  de  5h  par  les  extrac<bles  à  l’eau  de   chènevoEe  

  La  phase  ini<ale  semble  être  plus  impactée  

Ciment  

300g  

Lixiviat

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Spectroscopie  Infrarouge:  quan:fica:on  des  hydrates  

  Suivi  de  prise  d’une  pâte  cimentaire  de  référence  (eau)  

20min  7h  1h  3h   1j  3j  7j   28j  

CaCO₃  

CaCO₃  

Nombre  d’onde  (cm^-­‐1)   Absorbance  

C₃S   CSH   Ca(OH)₂  

Lixiviat

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Spectroscopie  Infrarouge:  quan:fica:on  des  hydrates  

  Comparaison  entre  la  référence  et  le  ciment  mélangé  avec  le  lixiviat   après  1  jour  d’hydrata<on  

Référence  (eau)   Avec  Lixiviat  

CSH   C₃S   Ca(OH)₂  

Analyse  Thermogravimétrique:  quan:fica:on  Ca(OH)

  Moins  d’hydrates  après  1j  Retard  mais  même  quan<té  de  portlandite  après  28j    

Absorbance  

Nombre  d’onde  (cm^-­‐1)  

0   2   4   6   8   10   12   14   16  

1   10   100   1000   10000   100000  

Propor:on  de  Ca(OH)2  (%)  

Temps  d'hydrata:on  (min)  

Eau   CC  

1  jour  

Lixiviat Lixiviat

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Test  mécanique  :  résistance  à  la  compression  à  28j  

0   10   20   30   40   50   60  

Water   Water  extracts  of   hemp  

Résistance  à  la  compression  (MPa)  

  Perte  de  25%  de  la  résistance  en  compression,  alors  que  la  quan<té  d’  

extrac<bles   ajoutée   représente   uniquement   10%   de   ce   que   l’on   peut   obtenir  avec    une  formula<on  classique  de  béton  de  chanvre  

Eau   Lixiviat  

Lixiviat

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Conclusion  sur  l’effet  des  extrac:bles  à  l’eau  

  Les  extrac<bles  à  l’eau  affectent  fortement  la  prise  et  la  cure  du   ciment,  même  si  ils  représentent  qu’une  faible  propor<on  de  la   chènevoEe  (4%)  

  Les  effets  observés  sont:  

  Retard  de  prise  

  Délai  d’appari<on  des  hydrates  

  Résistance  en  compression  diminuée  

  Est-­‐ce  que  les  extrac<bles  à  l’eau  sont  les  seuls  paramètres  affectant   la  prise  du  ciment?  

  Comment  les  extrac<bles  diffusent  et  réagissent  sur  le  ciment?  

Lixiviat

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Approche  expérimentale  

Dispositif

 Evalua<on  de  l’effet  des  extrac<bles  à  l’eau  de   chènevoEe  sur  la  prise  et  la  cure  du  ciment  

   Etude  de  l’interface  entre  la  chènevoEe  et  le  ciment  

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Disposi:f  de  visualisa:on  de  l’interface  

  Objec<fs:  

  Individualisa<on  de  l’effet  

  Visualisa<on  et  analyse  de  l’interface  chènevoEe/ciment  

Dispositif

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Op:misa:on  du  disposi:f  de  visualisa:on  

  Pour  quan<fier  précisément  l’effet,  des  pas<lles  ont  été  produites   par  pressage  de  poudre  de  chènevoEe:  

  200  mg  de  poudre  de  chènevoEe  

  Pressés  3  min  sous  1T  

Mesure  de  l’aire  de  l’anneau  

Pastilles

2  cm   2  cm  

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Effet  du  retrait  des  extrac:bles  à  l’eau  

  Avant  d’être  presser  en  pas<lle,  la  poudre  de  chènevoEe  a  été  lavée   abondamment  à  l’eau  

Poudre  non-­‐

lavée   Poudre   lavée  

  Les  extrac<bles  à  l’eau  sont  responsables  de  plus  de  la  moi<é  du   halo  non-­‐hydraté.  Quelle  est  la  cause  de  l’effet  résiduel?  

5  cm  

0   20   40   60   80   100   120   140   160   180   200  

Reference  powder   Washed  powder  

Surface  du  halo  (mm²)  

Poudre  non-­‐

lavée  

Poudre   lavée  

Pastilles

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Analyse  de  l’interface  

  2  Phénomènes  physico-­‐chimiques  complexes  interagissent  réciproquement  

Interface

Prise  

Diffusion  des  extrac:bles   Point  de  rupture  

1  cm  

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Conclusions  

  Très   peu   d’extrac:bles   à   l’eau   de   chènevoEe   peuvent   avoir   des   effets   majeurs   sur   la   prise   du   ciment   (délai   prise   et   hydrates,   diminu<on  performances  mécaniques)  

   Les  extrac<bles  à  l’eau  sont  responsables  de  plus  de  la  moi<é  de   l’anneau  non-­‐hydraté  à  l’interface  

  Trois   zones   peuvent   être   définies   de   la   pas<lle   vers   la   matrice   cimentaire:  

  Zone  non-­‐hydratée  

  Zone  retardée  

  Zone  non  influencée  

  Qu’est  ce  qui  est  responsable  de  l’effet  seuil  à  l’interface?  

Conclusion

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Remerciements    

  Ont  collaboré  à  ceEe  étude:  

  Bernard  Kurek  (INRA  –  Reims)  

  Laurent  Arnaud  (ENTPE  –  Lyon)  

  E<enne  Gourlay  (ENTPE  –  Lyon)  

  Ce  travail  à  été  réalisé  dans  le  cadre  du  projet    2C2E,  financé  par:  

  Merci  à  nos  partenaires:  

Pastilles Interface Dispositif

Objectifs

Introduction Lixiviat Conclusion

Chemical  analysis  

24,41  

18,78   10,47  

12,78   7,80  

20,52   5,23  

NaOH  extrac:ves  

rha+ara   gal   glc   xyl   man   galA   glcA   21,37  

19,85   15,49   14,71  

12,86  

11,06   4,66  

Water  extrac:ves  

rha+ara   gal   glc   xyl   man   galA   glcA  

Sugar    composi'on  of  hemp  extra'ves  (%)  

0   0,5   1   1,5   2   2,5   3   3,5   4   4,5   5  

CA   CB   CC  

%autres  

%cendres  

%prot  

%lignines  

%  sucres