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Stabilité et durabilité des hydrates du système clinker sulfoalumineux-gypse
Cette thèse s'inscrit dans un projet de recherche de solutions de bétons à impacts environnementaux réduits. Nous focalisons la présente étude sur le clinker sulfoalumineux en mélange avec du gypse. Son bilan environnemental est plus favorable que celui des clinkers Portland (plus faibles émissions de CO2 et consommation d'énergie, lors de la production). Nous présentons dans ce manuscrit une étude expérimentale du comportement physico-chimique des liants obtenus par mélange de clinker sulfoalumineux et de gypse, et décrivons les propriétés constructives de ces derniers. L'hydratation du clinker sulfoalumineux étant responsable de la formation d'ettringite, nous vérifions la stabilité en milieu humide de telles compositions. Dans un premier temps, nous avons identifié les proportions de gypse pour lesquelles le liant est stable en présence d'eau, i.e. sans apparition de fissures à l'échelle macroscopique. Ce domaine de stabilité est influencé favorablement par la maturité du matériau au moment du contact avec l'eau. Nous avons par ailleurs utilisé des plans d'expériences factoriels afin d'étudier l'influence de la teneur en alcalins ainsi que celle de la température : les résultats révèlent un bon comportement du matériau peu sensible à ces facteurs, dans un large domaine d'emploi. La caractérisation physique de mortiers et de bétons est complétée par une étude de l'hydratation de ces liants : le suivi du processus d'hydratation a montré que la fissuration des éprouvettes instables n'a pas pour origine la formation supplémentaire d'hydrates. Pour finir, nous présentons une étude de la rhéologie et de la résistance en compression ainsi qu'une évaluation du risque de corrosion qui permettent d'identifier des domaines d'emploi pour ce liant.

2009-11-26
Science des matériaux, mécanique, génie mécanique
Ecole des Ponts ParisTech
clinker sulfoalumineux – gypse – hydratation – expansion – ettringite – fissuration – alcalins – retrait
Stability and durability of hydrates in the case of sulfoaluminate clinker-gypsum mixes
This thesis is part of a project aiming at the determination of a low environmental impact concrete. We focus on mixes of sulfoaluminate clinker and gypsum : this type of mixture enables to minimize not only CO2 emissions but also energy wastes during the production process (compared to Portland clinker productions). We present in this manuscript the experimental study that was performed in order to determine the physicochemical behaviour of the binder obtained by mixing sulfoaluminate clinker and gypsum and the constructive properties of such mixtures ; one of the main hydratation product of sulfoaluminate clinker being ettringite, we also study the stability of such mixtures towerd humid medium. We first identify the compositions (gypsum percentage) of the binder that lead to stable concretes i.e. that produce concrete samples that do not show any macroscopic cracks after being immersed in water ; we also show that the stability domain is positively influenced by the maturity reached by the material when the samples are immersed in water. We used a complete set of designed experiments in order to study the influence of the alkalis percentage and temperature : results show that the compositions have a good behaviour toward those variables, not very sensitive to these parameters. We furthermore study the hydratation phenomenon of the binders and show that damage of the instable samples is not due to the formation of new hydrates. We finally present a complete study of the rheology and compression resistance of concrete samples plus an evaluation of the corrosion risks. The present work enables the identification of the use domain for that binder.
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