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Résumé / questionsq• Quelle est la différence entre le béton et le mortier?
• Pourquoi utilise-t-on des mélanges continus des granulats?
• Comment calcule-t-on les proportions de sable, fins et gros granulats pour avoir un mélange compact?
• Quelle est l’importance du rapport eau / ciment?
• Quel processus amène le durcissement du béton?
• Qu’est-ce que la prise? Comment la mesurer?
• Si le rapport e/c diminue, comment faut-il changer le dosage en ciment?
• Quels paramètres de formulation influence le «slump» du béton?• Quels paramètres de formulation influence le «slump» du béton?
• Quel est le moyen le plus utilisé pour compacter le béton?
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Chimie d’hydratation
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Hydratation
phasesanhydres
+ dissolution précipitation
eau
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DissolutionDissolutionEx. sel de table:les ions dans n solide entré en sol tion
Cl-Na+
les ions dans un solide entré en solution.
Cl-
Il y a une « limite de solubilité »au-delà de laquelle la solution est« saturée »
Na+
[Na+]Solution saturée
Na+ Cl- Na+ Cl-
Na+ Cl- Na+ Cl-
Na+
Cl-Solution saturée[Na+]. [Cl-] = const.
Na+ Cl- Na+ Cl-
Na+ Cl- Na+ Cl-
Na+
Cl-
Na Cl Na Cl Na[Cl-]
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solubilité très haute
OH-4
solubilité très haute
[«SiO2»]
Ca 2+
OH
3
4
dans cette région:l C S di d
H SiO2 42−
Ca3 le C3S dissoudles hydrates précipités
[«CaO»]
3 O2- SiO44−
Ca 2+ solubilité des autres phases:hydrates
anhydre C3S
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Hydrates de C SHydrates de C3Shydroxyde de calcium
chaux hydratéechaux hydratéecalcium hydroxyde
portlanditeC (OH)
cristallinmorphologie hexagonale
Ca(OH)2CH ~ 25-28% pâte hydratée
calcium silicate hydrateC S HC-S-H
hamorphemultiples morphologies
~ 60-65% pâte hydratée
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C S H similarité au minéralC-S-H, similarité au minéral Tobermorite
couches de Ca - Otétraèdre de Si - O4en chaînes 14Åmolécules d’eau
14Å1.4nm
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Modèle « gel C S H »Modèle – « gel C-S-H »
eau absorbée dansles pores du gel
l’eau inter-feuillet
pore du gelp g
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Réactions globalesC S H C S H C H5 3 1 3+ +C S H C S H C H3 1 7 45 3 1 3+ ⇒ +. ..
C S H C S H C H2 1 7 44 3 0 3+ ⇒ +. .Pa
C3S
80
C S H C S H C H2 1 7 44 3 0 3+ ⇒ +. ..
ress
ion,
MP
C2S60
e en
com
pr
40
Res
ista
nce
20
age, jours
R
07 28 90 180 360
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Cinétique~10 h~3 h~10 m ~24 h
urde
cha
leu
gem
ent d
ise
déga
g prononin
itial
e
tion
temps
pério
de
accé
léra
ti
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cti o
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pério
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décé
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lent
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3 hrs3 hrs 10 hrs
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Simulation de microstructure de C3S
t=0 t=6h t=24ht 0 t 6h t 24h
C3S anhydre
C-S-HC S H
CH
t=28d t=1y
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Porosité capillairePorosité capillaire
20% Porosité 10% Porosité 5% Porosité20% Porosité 10% Porosité 5% Porosité
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1 day 10 μm1 day μ
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pores
sable (granulat)
“outer” ou“undifferentiated”C-S-H
“inner” C-S-H
grain du ciment
hydroxyde du calcium(CH)
Complexe Hétérogène
(CH)
Complexe, Hétérogène
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C3A C AC3A C3A+
eau
réaction rapidegrandes plaquesgrandes plaques
d’hydrates
rigidificationprise flash« prise flash »
« flash set »
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C A + CaSO HC3A + CaSO4Hx
_ _
3 2 3 32C A 3CSH 26H C A.3CS.H (ettringite)+ + ⇒3 2 3 32 ( g )
6Ca2+ + 2Al(OH)4− + 3SO4
2− + 4OH− + 26H
⇒ Ca3A.3CS_
.H32(ettringite)
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10 min
24 heures
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Épuisement du sulfateÉpuisement du sulfate_ _
Calcium monosulfo aluminateMonosulfo aluminate de calcium
2C3A +C3A.3CS.H32 + 4H⇒ 3C3A.CS.H12
Monosulfo aluminate de calcium"AFm"
Pâte à 7 joursfFormation locale de monosulfo à
l’intérieur des couches de C-S-H ou il y a du C3A disponible.L’ettringite reste à l’extérieur du grain.
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Résumé de l’hydratation
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NAT
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TAUX DERÉACTION 2% 15% 30%
~10 h~3 h~10 m ~24 hRÉACTION
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ur
rapide
Réactionlente:
i d tisolu
tion
i ralentie,diffusion à travers
de couchesd’hydrates
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induction
diss
d hydrates
temps
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on
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1μm 1μm 10 μm
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Bilan Volumétriqueanhyd
3%
pores16%
otherother4%
ett (AFt)4%
C-S-H48%
AFm11%
CH14%
Pât d i t P tl d E/C 0 5 14 iPâte de ciment Portland, E/C = 0,5, 14 mois
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À retenir
• Dissolution puis précipitationH d t C S H t d i• Hydrates: C-S-H autour des grainset CH entre les grainspour les silcates (C S et C S)pour les silcates (C3S et C2S)
• Ajout du gypse pour contrôler réaction C3A –favorise formation d’ettringitefavorise formation d ettringite
• Ettringite et AFM (ou monosulfate) sont les produit issue du C A qui va jouer un roleproduit issue du C3A qui va jouer un role importante dans résistance aux eau sulfaté
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The basicsIncreasing solid volume, replaces water
Transformation from fluid paste to solidTransformation from fluid paste to solid
Cement grainwater
hydrates
![Page 27: Résumé / questions 3 hyd ciment.pdf · N ATES t ion et n rapide o duit u ant » t ion e nte a tion d e n gite ment l fate ett > s ulfo-n ate ALUMI Dissolu formatio du pr «bloq](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022041515/5e2ace66e2859e5cbc74aee1/html5/thumbnails/27.jpg)
Questions
• Quelle phase contribue le plus au développement de la résistance du béton dedéveloppement de la résistance du béton de ciment de Portland?
• Quels sont les produits principaux• Quels sont les produits principaux d'hydratation de cette phase?
• Le gypse est ajouté pendant le broyage du• Le gypse est ajouté pendant le broyage du clinker pour contrôler l'hydratation de quelle phase?phase?
• Quels sont les produits d’hydratation les plus importants résultant de l'hydratation de laimportants résultant de l hydratation de la phase C3A?
![Page 28: Résumé / questions 3 hyd ciment.pdf · N ATES t ion et n rapide o duit u ant » t ion e nte a tion d e n gite ment l fate ett > s ulfo-n ate ALUMI Dissolu formatio du pr «bloq](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022041515/5e2ace66e2859e5cbc74aee1/html5/thumbnails/28.jpg)
Structure PhysiqueStructure Physiqued’une pâte de cimentd une pâte de ciment
![Page 29: Résumé / questions 3 hyd ciment.pdf · N ATES t ion et n rapide o duit u ant » t ion e nte a tion d e n gite ment l fate ett > s ulfo-n ate ALUMI Dissolu formatio du pr «bloq](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022041515/5e2ace66e2859e5cbc74aee1/html5/thumbnails/29.jpg)
Importance de la structureImportance de la structure physique:physique:
• Résistance mécanique• Comportement vis-à-vis de l’eau;• Durabilité• Durabilité
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Changements volumétriques
V V V V1318 157 0 597+ ⇒ +V V V VC S H O C S H CH3 21318 157 0 597+ ⇒ +− −, , ,
2 318 2157
Volume du solide augmente mais le volume total diminue:
2 318, 2157,
Volume du solide augmente, mais le volume total diminue:
Contraction Le Chatelier:
Valeurs entre5 et 10%en fonction desΔV = =
0161 7, ~ % en fonction deshypothèses
ΔV = =2 318
7,
%
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Contraction"le Chatelier"
t=0 t=t1t=0 t=t1
![Page 32: Résumé / questions 3 hyd ciment.pdf · N ATES t ion et n rapide o duit u ant » t ion e nte a tion d e n gite ment l fate ett > s ulfo-n ate ALUMI Dissolu formatio du pr «bloq](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022041515/5e2ace66e2859e5cbc74aee1/html5/thumbnails/32.jpg)
1 1
eau épuiséedegré d ’hydratation
videseau0,8 eauCHCSHi t
0,8
0,6ciment
0,6
0,4 0,4
0,2 0,2, ,
0
E/C = 0,50
E/C = 0,3
![Page 33: Résumé / questions 3 hyd ciment.pdf · N ATES t ion et n rapide o duit u ant » t ion e nte a tion d e n gite ment l fate ett > s ulfo-n ate ALUMI Dissolu formatio du pr «bloq](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022041515/5e2ace66e2859e5cbc74aee1/html5/thumbnails/33.jpg)
Particularité de la porosité d’une pâteParticularité de la porosité d une pâte de ciment:
• Gel du C-S-H• Surface spécifique ~ 700 m2/g• porosité « intrinsèque » ~28%• porosité « intrinsèque » ~28%
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Modèle – « gel C-S-H »
l’eau inter-feuillet
eau adsorbée dansles pores du gel
pore du l
l eau inter feuillet
4 nmgel
FELDMAN and SERREDA, 1964
Dimension « caractéristique » des pores ~20Å, 2nm
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Changement d’échelle: ÷10 000
lesPPorescapillaires
frais40 μm
durci
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pores Pores capillaires Vides d’airpdu gel Pores capillaires et de compactage
10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2
nm μm mm
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État de l’eau
ches
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~5 c
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nis
l’eau « libre »
l’eau
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feui
lle
10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5
nm μm
11%RH 40-50%RH 40-50%RH
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( )( ) ( )HRLn1cosT2
RTMR lpK ⋅β⋅σ⋅⋅⋅ρ−= ( )HRLnRT
0.1 µmµ
99 % RH
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Forces capillairesP σ σ
Patm
α
h
PP Pb
d
σ α πc o s .2 r
d
= −( )P P ra tm b π 2
eq. Laplace
( )a tm b
ΔP =2σcosα eq. Laplace
ΔP =
r
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Pressions générées2
ΔP =
2σcosαr
σ ~ 0,072 J/m2 énergie de surface
0 072 N/α = ~ 0°
~ 0,072 N/m tension superficielle
1 ΔP 0 1 MPr = 1 µm ΔP ~ 0,1 MPa
r = 100 nm ΔP ~ 1 MPa
ΔP ~ 2 MPar = 50 nm
ΔP = 10 MPar = 10 nm ΔP = 10 MPar = 10 nm
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Questions
• Pendant l’hydratation, le volume global augmente t il ou diminue t il?augmente-t-il ou diminue-t-il?
• Quelles sont les principales catégories du pore en pâte de ciment?pore en pâte de ciment?
• A HR de 80%, quelle est la plus grande taille des pores saturés en eau?des pores saturés en eau?
• A partir de quelle taille de pores la force de capillarité dépasse t elle la contrainte decapillarité dépasse-t-elle la contrainte de traction dans la pâte de ciment?