atériaux et Durabilité des Constructions · 2014-01-28 · • 700 membres actifs dans les Commissions Techniques de la RILEM (TCs) Au niveau international . Durabilité des géopolymères

Durabilité des géopolymères - M.Cyr, R.Pouhet page 1

Laboratoire

Matériaux et Durabilité des Constructions

http://www-lmdc.insa-toulouse.fr/

INSA - Université Paul Sabatier - Toulouse

France

135, Avenue de Rangueil 31077 Toulouse Cedex 4

INSA - Université Paul Sabatier - Toulouse

France


Durabilité des géopolymères et des matériaux activés par les alcalins :

où en est-on ?

Géopol2013 2ème Séminaire Français sur les Géopolymères

M.Cyr, R.Pouhet Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions Département de Génie Civil

21-22 Novembre 2013

Clermont-Ferrand


Cendres volantes

Laitiers Métakaolins

Stabilité dans le temps + + ?

Acides + + + Réaction alcali-

granulats + +, - +, ?

Carbonatation - - -, ? Sulfates + + +, ?

Chlorures + + +, ? Gel/dégel +, - + ?

+ : bonne ; - : mauvaise ; ? : non traité dans la littérature ou données insuffisantes pour conclure

La durabilité en un coup d’œil


Stabilité dans le temps

Transformation de phases Retrait



Lipetsk, Russia, 1994

Alkali-activated slag

Shi et al., Alkali-Activated Cements and Concretes, Taylor & Francis, 2006.

Glukhovsky, 1957


Zeobond • Depuis 2006 • Applications courantes de bétons avec cendres volantes et laitiers

Pre-mixed concrete for driveways, footpaths, house-slabs, etc Pre-cast concrete wall panels Concrete pavers


Alkali-activated fly ash and slag

Alumino-silicate activés

• Notamment pour l’immobilisation de déchets


LLoyd R.R., Accelerated ageing of geopolymers, Geopolymers - Structure, processing,

properties and industrial applications, Woodhead Publishing Limited, 2009.


Métakaolin ?



Métakaolin ?

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 10 100 1000

Rés

ista

nce

(M

Pa)

Temps (jours)

Etude de cinétique de durcissement d'un mortier de géopolymère Al2O3: 3,6 SiO2: 0,9 Na2O: 13 H2O

Compression

Flexion



Métakaolin ?


Carbonatation Apparition d’efflorescences

Corrosion des armatures


Natron carbonate de sodium hydraté

Na2CO3•10H2O

Trona Na3(CO3)(HCO3)•2H2O

Nahcolite Bicarbonate de sodium

NaHCO3

Bernal et al., Accelerated carbonation testing of alkali-activated binders significantly underestimates service life: The role of pore solution chemistry, Cement and Concrete Research 42 (2012) 1317–1326.

Carbonatation - corrosion

Laitiers activés Conservation en ambiance avec différentes pressions de CO2


0.04% CO2

4% CO2


Plot of pH as a function of NaOH addition and CO2 concentration, for simulated alkali-activated

binder pore solutions

Laitiers activés Conséquences sur la solution interstitielle

Bernal et al., Accelerated carbonation testing of alkali-activated binders significantly underestimates service life: The role of pore solution chemistry, Cement and Concrete Research 42 (2012) 1317–1326.


0.04% 4%

CO2


Laitiers activés Conséquences sur la possibilité de corrosion

• Quels tests utiliser ? • Quid des géopolymères

avec métakaolin ?

Dans le béton, l’acier est en général à 200 mV


Réaction de carbonatation (ciment Portland) :

Ca(OH)2 (pâte) + CO2 (air) → CaCO3 + H2O

Chute de pH de 13 à 9,5

Dépassivation de l’acier de renfort

Corrosion des armatures

Mk → CaO ≈ 1%

→ Carbonate de sodium

Réaction dans une matrice de géopolymère


Métakaolin Carbonatation accélérée







Résidus de carbonatation





Carbonatation - efflorescences

• Apparition possible d’efflorescences • Essentiellement dues à la migration des alcalins hors de l’échantillon • Carbonatation des alcalins • Plus ou moins important selon le type d’activant utilisé (Na, K)

Surdosage en alcalins

𝑁𝑎2𝑂

𝐴𝑙2𝑂3 > 1


La durabilité et les essais

pour l’évaluer


Réunion Internationale des Laboratoires et Experts des Matériaux, Systèmes de Construction et Ouvrages

• Fondée en juin 1947 • Objectif de promouvoir la coopération scientifique dans les

domaine des matériaux de construction et des ouvrages • Activité internationale qui couvre 70 pays • Progrès des connaissances scientifiques • Promotion de la diffusion et l’application de cette connaissance

au niveau mondial • Plus de 1200 experts • 700 membres actifs dans les Commissions Techniques de la

RILEM (TCs)

Au niveau international


TC 247-DTA

Technical Committee 247-DTA Durability testing of alkali-activated materials Chair: Prof. John L. PROVIS Secretary: Dr. Frank WINNEFELD

Plus de 40 membres

Espagne

Pays-Bas

Suisse

UK

Allemagne

Canada

Australie

Ukraine Portugal

Finlande

France

Chine


To provide recommendations regarding appropriate test methodologies and protocols for the analysis of the durability of alkali-activated binders, mortars and concretes (AAM)

• Durability is a key issue facing the development of AAM • Existing durability testing methods developed specifically for Portland cement

binder • Often unsuitable for application to the analysis of AAM durability

This TC will address the key scientific questions surrounding the application of standard test methods to AAMs, with particular reference to the following areas:

• Chloride penetration • Carbonation • Sulfate attack • Freeze-thaw and frost-salt processes • Alkali-aggregate reactions

TC 247-DTA - Primary aim


Each of the five working groups will deliver a set of recommendations based on round-robin tests of standardised alkali-activated material mix designs according to specific durability testing protocols in their respective areas of interest. The recommendations will be focused on answering the questions:

• What is the best method for testing, in a laboratory environment, the likely durability of an alkali-activated binder or concrete according to specific modes of degradation?

• Which parameters of mix design and/or sample conditioning show the greatest impact on the test outcomes, and how do these correspond to likely in-service performance?

• How can it be recommended to formulate an alkali-activated material which is as highly resistant as possible to each form of aggressive exposure conditions?

TC 247-DTA - Expected achievements


Cendres volantes

Laitiers Métakaolins

Stabilité dans le temps + + ?

Acides + + + Réaction alcali-

granulats + +, - +, ?

Carbonatation - - -, ? Sulfates + + +, ?

Chlorures + + +, ? Gel/dégel +, - + ?

+ : bonne ; - : mauvaise ; ? : non traité dans la littérature ou données insuffisantes pour conclure

La durabilité en un coup d’œil


…et la normalisation ?



Durabilité des géopolymères et des matériaux activés par les alcalins :

où en est-on ?

Géopol2013 2ème Séminaire Français sur les Géopolymères

M.Cyr, R.Pouhet Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions Département de Génie Civil

21-22 Novembre 2013

Clermont-Ferrand

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