Évolution des propriétés des remblais en pâte : … · propriétés des remblais variaient en fonction de différents paramètres tels que les caractéristiques physiques, chimiques

À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-2002Évolution des propriétés des remblais en pâte : principaux paramètres d’influence

Mostafa BENZAAZOUA1, Tikou BELEM1,2, Bruno BUSSIÈRE2 et Serge OUELLET1,2

1URSTM2Chaire CRSNG Polytechnique-UQAT en environnement et gestion des rejets miniersDépartement des sciences appliquéesUniversité du Québec en Abitibi-Témiscamingue445, boulevard de l’Université, Rouyn-Noranda (Québec), J9X 5E4, [email protected]; [email protected]; [email protected]

Résumé

L’utilisation du remblai en pâte est une solution efficace pour la gestion des rejets de concentrateur,particulièrement lorsqu’ils sont générateurs d'acidité. Le remblai en pâte est un mélange de rejets deconcentrateur (encore appelés résidus miniers), d’eau et d’agents liants renfermant un ou plusieursciments tels que le ciment Portland (CP10 ou CP50), le laitier (résidu minéral issu de la préparation de lafonte dans les hauts fourneaux) et d’autres réactifs pouzzolaniques (ex. : cendres volantes). Sur le plantechnique, l'utilisation du remblai en pâte comme élément structural de support de terrain dans lesexcavations souterraines est une bonne alternative, puisqu’elle favorise la stabilité des ouvertures crééesaprès l’extraction du minerai, tout en permettant d'enfouir d'importants tonnages de rejets deconcentrateur (ayant ou pas un potentiel de génération d’acide). De plus, l’utilisation du remblai en pâteest maintenant envisagée pour le stockage des rejets de concentrateur en surface. Les principauxavantages de cette approche sont l’amélioration de la stabilité physique et chimique des empilements, laréduction des coûts reliés à la construction des digues de retenue et la diminution des quantités d’eau àgérer.

Au cours des dernières années, divers travaux de recherche réalisés par les auteurs ont montré que lespropriétés des remblais variaient en fonction de différents paramètres tels que les caractéristiquesphysiques, chimiques et minéralogiques des résidus miniers, la nature de la solution de gâchage (eauajoutée lors du malaxage), du type d’agent liant utilisé et de sa proportion. Dans ce papier, les auteursprésentent les principaux résultats de ces travaux. Dans un premier temps, l’emphase sera mise surl’influence des différents paramètres sur la résistance mécanique des remblais en pâte à court et longtermes. Dans un deuxième temps, on présentera l’évolution de la microstructure du remblai pendant lecurage, sur la variation de ses propriétés hydrogéotechniques, en vue des applications souterraines et desurface. Enfin, dans un troisième temps, on présentera l’effet de l’application d’une charge à la surface duremblai sur le développement de sa résistance mécanique aussi bien en condition drainée que non drainée.

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À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-2002

1. Introduction

L'utilisation du remblai cimenté en pâte dans le remblayage minier souterrain est devenue une techniquetrès largement pratiquée dans les mines modernes à travers la planète. Ce remblai cimenté en pâte est unmélange de résidus fins encore humides issus d'une filtration du résidu final (le ramenant à unpourcentage solide compris entre 75 et 85 %), d'un liant hydraulique composé d'un ou de plusieursciments et dans une proportion allant de 3 à 7 %, et enfin, d'eau de gâchage pour ramener le pourcentagesolide du mélange entre 75 et 80 % selon l'affaissement désiré (cf. Figure 1).

Rejets% sulfures

GranulométrieDensité relative

% H2O

LiantCa+Mg/Si+Al

% ciment- % CaSO4

Remblai en pâte

Eau de procédéSO4

2--

Chaux soluble

% Liant3 - 7 wt%

Eau %Affaissement

Additifs

Figure 1. Schéma illustrant la composition des remblais en pâte ainsi que les paramètres les plus importants

Chacune de ces trois composantes joue un rôle important dans le transport, la mise en place etl'acquisition de la résistance à court et à long termes du remblai en pâte. Les avantages associés àl'utilisation du remblai en pâte sont qu'elle permet (i) de diminuer les quantités de résidus sulfureuxgénérateurs d'eau acide stockés en surface, réduisant du même coup les problèmes environnementaux depollution et, (ii) d'augmenter les réserves exploitées en intervenant comme pilier secondaire destiné àassurer la stabilité des cavités excavées. Le remblai en pâte ainsi destiné à favoriser la stabilité deschantiers doit atteindre une certaine résistance mécanique limite afin de satisfaire aux exigences du designde la méthode d'exploitation minière. De nombreux travaux ont déjà montré que l'acquisition de larésistance mécanique du remblai en pâte dépendait de la minéralogie et de la granulométrie des résidus,du type et de la proportion de ciment, de la quantité et de la chimie de l'eau de gâchage et enfin, de lagéochimie du mélange. Dans ce papier, on présente certains résultats de travaux de recherche réalisés àl’UQAT au cours des dernières années (e.g. Benzaazoua et al., 1999; Belem et al., 2001; Benzaazoua etal., 2000; Benzaazoua et al., 2002) qui démontrent l’impact de certains paramètres sur les propriétés desremblais en pâte.

Dans un premier temps, on traite de l’effet de différents paramètres sur la résistance mécanique, qui sonttous en relation avec les trois composantes des remblais en pâte, à savoir les résidus, l’eau et le liant.L'une des difficultés liées à l'utilisation du remblai en pâte est que c'est un matériau complexe, en pleineévolution depuis sa fabrication dans l'usine de remblai, son transport souterrain à travers les réseaux deconduites, sa mise en place dans les excavations jusqu'à son durcissement à court, moyen et long termes.

Un autre aspect important dans les remblais en pâte concerne sa microstructure. Cet aspect est connu pourconditionner les caractéristiques de l'écoulement de l'eau à travers la masse et les conditions d'acquisitionde résistance mécanique. Ainsi, l'étude de l'évolution de la texture et de la microstructure de même que deson impact sur les différentes propriétés (hydriques, physiques, chimiques et mécaniques) du remblai

À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-2002cimenté en pâte apparaît un sujet important et d'actualité. En effet, de la microstructure dépend la capacitéde drainage (rétention d'eau, écoulement ou expulsion d'eau) du remblai en pâte. Lorsque le remblaipossède une forte capacité de rétention d'eau, il reste longtemps saturé et peut résister aux phénomènesd'attaque sulfatique (altération chimique) et d'auto-ignition (oxydation des minéraux sulfureux présentsdans le remblai). Par contre, la saturation diminue la capacité d'acquisition de fortes résistancesmécaniques par le remblai et peut favoriser les phénomènes de liquéfaction (rupture violente et subite)induits par les vibrations attribuables aux tirs d'explosifs.

Enfin, un autre aspect important à ne pas ignorer dans l’évolution des propriétés des remblais en pâte estla compréhension des conditions de développement de résistance mécanique des remblais en pâte in situ.La problématique est la suivante : les ingénieurs en contrôle de terrain dans les mines souterrainescanadiennes ont déjà observé que les résistances mécaniques des carottes de certains remblais en pâteprélevées par forage in situ étaient supérieures (parfois d'un facteur proche de 2) à celles des éprouvettesdes mêmes remblais en pâte coulés dans des moules en plastique (20 cm de hauteur et 10 cm de diamètre)et destinées au suivi de contrôle de qualité. Il ressort donc clairement que les différences de résistancemécanique entre le remblai en pâte moulé dans des cylindres en plastique et les carottes in situ du mêmeremblai en pâte sont vraisemblablement causées par une différence des conditions d'acquisition derésistance mécanique par le remblai cimenté en pâte (mode d'hydratation des agents liant utilisés). Cetteproblématique est traitée à la section 4 de cet article, dont l'objectif essentiel était d’étudier les causesprobables à l’origine des différences de résistance mécanique entre le remblai en pâte in situ et le remblaien pâte coulé dans les moules en plastique. Il s'agit d'une étude préliminaire et prospective sur les effetscombinés du drainage et du tassement du remblai en pâte sur le développement de sa résistancemécanique.


2. Paramètres d’influence relatifs à la recette

2.1 Effet du type de liant

La variété de liants existant sur le marché québécois est relativement réduite en quantité. Hormis, lesciments issus des cimenteries (ciments Lafarge et St-Laurent), il existe des liants issus du recyclage derésidus d’autres industries et qui sont commercialisés par les mêmes groupes cimentiers. Les liantsdisponibles pour la fabrication des remblais cimentés peuvent être représentés d’une part, par le Tableau1, où l’on retrouve divers liants, leurs caractéristiques et spécificités et aussi leur coût, et d’autre part, parla Figure 2, qui illustre la composition chimique de ces mêmes liants dans un digramme ternaire SiO2 –(CaO+MgO) – (Al2O3+Fe2O3),

Tableau 1. Les divers liants avec leurs appellations, leurs caractéristiques et leurs coûts

Ciments Appellations Caractéristiques, spécificités Coûts

($/tonne)

Ciment Portland Type 10 CP10ou

OPC

Utilisations générales dans des conditions normales non-agressives, produit de base des autres type de ciments

125

Ciment Portland Type 20 CP20 Ciment doté d’un pouvoir pouzzolanique 159

Ciment Portland Type 30 CP30 Ciment à haute résistance initiale doté de prise rapide ?

Ciment Portland Type 40 CP40 Ciment à faible chaleur d’hydratation ?

Ciment Portland Type 50 CP50 Ciment résistant aux sulfates, déficitaire en C3A (< 4 %) 157

Ciment Portland siliceux CP10-SF Contient de la fumée de silice. effet pouzzolanique, résistanceaux sulfates

?

Ciment Portland ternaire Ciment Type 10 contenant 2 ajouts minéraux complémentaires(ex. : LHF et FS)

?

Les ajouts minéraux

Laitier de haut fourneau(Blast furnace slag)

BFS, LHF Meilleure ouvrabilité, effet pouzzolanique à indice de réactivitémoyen, résistance aux sulfates

130

Cendres volantes (Fly Ash) FA, CV 2 classes de FA, C et F, effet pouzzolanique à indice variableselon la classe, résistance aux sulfates.

96

Fumée de silice (Silica Fume) FS, SF Composé presque exclusivement de SiO2, effet pouzzolanique àindice de réactivité très élevé.

?


CaO+ MgO

Al2O3+ Fe2O3

Ciment alumineux

Cendres

Pouzzolanes naturelles

SiO2

Scories

Ciment Portand

Chaux

Figure 2. Projection des divers liants dans le diagramme ternaire SiO2-(CaO+MgO)-(Al2O3+Fe2O3)

Les liants utilisés dans la confection des recettes de remblai cimenté peuvent être définis comme étant desréactifs hydrauliques, autrement dit des composés minéraux anhydres qui sont capables de réagir avecl’eau pour former des minéraux hydratés. C’est la formation d’hydrates dans un composé quelconque quipermet d’assurer une certaine cohésion qui augmente avec le temps (curage) et qui assure, parconséquent, la cimentation et la résistance mécanique du composite en question. Une contrainteimportante avec laquelle les opérateurs miniers doivent composer est le fait que le liant représente leprincipal coût dans une opération de remblayage (environ 1 $ par % par tonne de remblai). Donc, touteoptimisation des coûts relatifs aux opérations de remblayage passe nécessairement par la réduction de laproportion du ciment.

Si l’hydratation des divers réactifs hydrauliques est, de nos jours, bien connue dans le cas des compositesde type mortiers et bétons, ceci n’est pas le cas des réactions de cimentation dans les remblais cimentés.Cette situation est principalement attribuable aux rapports eau/ciment (w/c) très élevés; généralementsupérieurs à 5 comparés à un rapport de l’ordre de 0,4 dans la préparation des mortiers et bétons. Leshydrates qui se forment dans un remblai cimenté semblent être assez différents de ceux qui se formentdans les mortiers et les bétons.

Dans les remblais, la chimie des ciments est d’une grande importance et ce pour les raisons suivantes :

• Les ciments manufacturés ont des compositions en clinker (C3S, C2S, C3A et C4AF) variables et sontfabriqués dans le but de rencontrer des objectifs précis (Tableau 1). Le ciment Portland de CP50, parexemple, résiste mieux que les autres ciments Portland à la présence des sulfates, qui inhibentfortement les processus normaux d’hydratation. Ceci est dû au fait que le ciment CP50 contient uneproportion en C3A inférieure à 4 % (norme canadienne CSA-A5-98) de façon à limiter la formationd’ettringite.

• Les ciments à ajouts de minéraux (Tableau 1), qui peuvent être fabriqués en usine ou élaborés lors dumalaxage, ajoutent aux réactions d’hydratation habituelles du ciment, une hydratation dite de typepouzzolanique. L’effet pouzzolanique favorise la formation de plus d’hydrates silico-calciques,comme les C-S-H1, à la place de la portlandite reconnue pour sa vulnérabilité dans les milieuxagressifs. Il est aussi important de mentionner que la plupart des ajouts minéraux n’ont pas decapacité d’auto-cimentation et ont besoin d’être activés par un autre réactif hydraulique (ciment

1 La notation des composés des ciments est la suivante : SiO2 = S, CaO = C, Al2O3 = A, FeO3 = F, H2O = H

À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-2002portland en général) pour qu’ils puissent se comporter comme des agents liants capables d’êtreutilisés dans les remblais cimentés.

Pour les besoins de l’étude, différents liants (combinaisons de divers ciments et/ou ajouts) on été testéspour des résidus miniers, et l’on démontre sans ambiguïté l’effet de la chimie du ciment sur la résistancemécanique (voir Figure 3), et ce, pour trois résidus différents de par leur contenu en soufre (LRD, LVT etHML). Les principales conclusions qui peuvent être tirées par rapport à l’effet du type de liant en fonctiondu type de résidu sont les suivantes (cf. Figure 3) :

• Le liant CP (CP10 et CP50 dans un rapport 50:50) développe une résistance moindre en présenced'un résidu peu sulfureux (HML) ou moyennement sulfureux (LVT) et, au contraire, une résistancesupérieure en présence d'un résidu contenant beaucoup de sulfures (LRD). Par conséquent, le liant CP(CP10–CP50) est très approprié pour des résidus très sulfureux comme le résidu LRD. Cecis'explique par la formation d'hydrates sulfatés qui participent de façon importante à la cimentation.

• Le liant FA (CV et CP10 dans un rapport 50:50) est plus approprié pour les résidus LVT et HML quele liant CP qui reste le meilleur liant pour le résidu LRD. Pour un même pourcentage de liant, lesrésistances développées par le liant FA (CV–CP10) sont toujours supérieures à celles acquises par leliant CP, exception faite pour le résidu LRD.

• Le liant CL (LHF et CP10 dans un rapport 80:20) est fortement déconseillé pour les résidus trèssulfureux comme le résidu LRD à cause de la grande lenteur de son hydratation, mais fortementconseillé pour des résidus moyennement à faiblement sulfureux comme les résidus LVT et HML. Deplus, ce liant confère plus de résistance aux remblais LVT et HML qu'avec les liants CP et FA.

• Le liant SL (100 % de LHF) n'est pas recommandable pour un résidu aussi sulfureux que le résiduLRD, car il s'hydrate très lentement et presque pas du tout à une proportion de 3 %, mais pourrait êtreconseillé pour des résidus faiblement à moyennement sulfureux comme les résidus LVT et HML.D'autre part, le liant SL (LHF) confère les plus fortes résistances UCS au remblai LVT et ce pour lestrois pourcentages de liant.

En outre, il s’avère que le pourcentage de silice dans les ciments semble être le paramètre capital àl’origine de la résistance mécanique au sein des remblais à base de résidus sulfureux (résidu LRD dans cecas). Les graphiques de la Figure 4 démontre ce fait avec différents liants (ciments Portland ordinaireCP10, résistant aux sulfates CP50 et riche en fumée de silice CP10-HS) à différentes proportions (3 % à 6%) et testés pour un même résidu minier (LRD).


0

500

1000

1500

2000

2500

0 14 28 42 56 70 84 98 112 126 140 154 168 182

Durée de cure (jour)

UC

S (k

Pa)

3%SL 4,5%SL 6%SL

liant = SL

UCS < 10 kPa

0

500

1000

1500

2000

2500

0 14 28 42 56 70 84 98 112 126 140 154 168 182


UC

S (k

Pa)

3%CP 4,5%CP 6%CP

liant = CP

0

500

1000

1500

2000

2500

0 14 28 42 56 70 84 98 112 126 140 154 168 182


UC

S (k

Pa)

3%FA 4,5%FA 6%FA

liant =FA

0

500

1000

1500

2000

2500

0 14 28 42 56 70 84 98 112 126 140 154 168 182


UC

S (k

Pa)

3%CL 4,5%CL 6%CL

liant = CL

UCS < 10 kPa

0500

10001500200025003000350040004500

0 14 28 42 56 70 84 98 112 126Durée de cure (jour)

UC

S (k

Pa)

3%FA 4,5%FA 6%FA

liant = FA

0500

10001500200025003000350040004500


UC

S (k

Pa)

3%CP 4,5%CP 6%CP

liant = CP

0500

10001500200025003000350040004500


UC

S (k

Pa)

3%SL 4,5%SL 6%SL

liant = SL

0500

10001500200025003000350040004500


UC

S (k

Pa)

3%CL 4,5%CL 6%CL

liant = CL

0

500

1000

1500

2000

2500

3000


UC

S (k

Pa)

3%CP 4,5%CP 6%CP

liant = CP

0

500

1000

1500

2000

2500

3000


UC

S (k

Pa)

3%FA 4,5%FA 6%FA

liant = FA

0

500

1000

1500

2000

2500

3000


UC

S (k

Pa)

3%CL 4,5%CL 6%CL

liant = CL

Remblai LRDRemblai LRD Remblai LVTRemblai LVT Remblai HMLRemblai HML

Légende

liant CP = 50:50 de Type10:Type50liant FA = 50:50 de Type10:cendresliant CL = 20:80 de Type10:slagliant SL = 100% de slag (scories)

Légende

liant CP = 50:50 de Type10:Type50liant FA = 50:50 de Type10:cendresliant CL = 20:80 de Type10:slagliant SL = 100% de slag (scories)

Figure 3. Évolution de la résistance mécanique (UCS) des différents remblais pour les trois résidus étudiés et chaquetype de liant en fonction du temps de cure (tiré de Benzaazoua et al. 2000)

À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-2002R = 0,95

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

1 000 2 000 3 000

wt%

SiO

2du

cim

ent d

ans l

e re

mbl

ai

Résistance à la compression uniaxiale UCS (kPa)

(a) Àprès 28 jours de cure

R = 0 ,87

0 ,60

0 ,80

1 ,00

1 ,20

1 ,40

1 ,60

1 ,80

2 ,00

500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500

wt%

SiO

2du

cim

ent d

ans l

e re

mbl

ai

(b) Àprès 56 jours de cure


R = 0,95

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

1 000 2 000 3 000

wt%

SiO

2du

cim

ent d

ans l

e re

mbl

ai


(a) Àprès 28 jours de cureR = 0,95

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

1 000 2 000 3 000

wt%

SiO

2du

cim

ent d

ans l

e re

mbl

ai


(a) Àprès 28 jours de cure

R = 0 ,87

0 ,60

0 ,80

1 ,00

1 ,20

1 ,40

1 ,60

1 ,80

2 ,00

500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500

wt%

SiO

2du

cim

ent d

ans l

e re

mbl

ai



R = 0 ,87

0 ,60

0 ,80

1 ,00

1 ,20

1 ,40

1 ,60

1 ,80

2 ,00

500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500

wt%

SiO

2du

cim

ent d

ans l

e re

mbl

ai



Figure 4. Évolution de la résistance mécanique (UCS) en fonction du temps et du contenu en SiO2 duciment dans un remblai en pâte de la mine LRD

2.2 Effet de la proportion de liant

La proportion de liant et son effet sur la qualité des remblais cimentés est simple à comprendre puisqueplus on ajoute de ciment dans le remblai, meilleure est sa résistance. Les relations entre ces deux derniersparamètres sont plus ou moins linaires, indépendamment du type de ciment et de la durée de curage,comme le montrent les graphiques de la Figure 5. Ces résultats sont issus de la même étude que celleprésentée au paragraphe 2.1, et qui a consisté à tester plusieurs types de ciment à trois proportionsdifférentes (représentant la gamme de proportion utilisée couramment dans le domaine minier) sur unrésidu donné. Cette étude ayant aussi porté sur d’autres types de résidu (faiblement et fortementsulfureux), il a été possible de confirmer cette tendance, à savoir la semi-linéarité des courbes depourcentage de liant en fonction de la résistance mécanique.

2.3 Effet du type de résidu

Un résidu de concentrateur peut être considéré comme la somme de deux composantes distinctes : lerésidu solide et l’eau interstitielle. À lui seul, le résidu solide influence la qualité des remblais en pâte parle biais de deux facteurs différents, à savoir, la composition chimique du résidu et sa granulométrie.L’effet du type de résidu est donc contrôlé par ces trois paramètres, aussi importants les uns que lesautres, qui sont confondus et difficiles à isoler individuellement. Dans la présente étude, ces trois

À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-2002paramètres (chimie du résidu et sa granulométrie, chimie de l’eau interstitielle) seront donc considérésensemble.

0500

10001500200025003000350040004500

1.5 3 4.5 6 7.5

Pourcentage de liant (%)

UC

S (k

Pa)

FA CP SL CL

14 jours

0500

10001500200025003000350040004500

1.5 3 4.5 6 7.5


UC

S (k

Pa)

14 jours 28 jours 56 jours 91 jours

liant = FA

0500

10001500200025003000350040004500

1.5 3 4.5 6 7.5


UC

S (k

Pa)

FA CP SL CL

28 jours

0500

10001500200025003000350040004500

1.5 3 4.5 6 7.5


UC

S (k

Pa)

FA CP SL CL

56 jours

0500

10001500200025003000350040004500

1.5 3 4.5 6 7.5


UC

S (k

Pa)

FA CP SL CL

91 jours

0500

10001500200025003000350040004500

1.5 3 4.5 6 7.5


UC

S (k

Pa)


liant = CP

0500

10001500200025003000350040004500

1.5 3 4.5 6 7.5


UC

S (k

Pa)


liant = SL

0500

10001500200025003000350040004500

1.5 3 4.5 6 7.5


UC

S (k

Pa)

14 jours 28 jours 56 jours

91 jours 118 jours

liant = CL

Figure 5. Évolution de la résistance (UCS) du remblai en pâte LVT en fonction de la durée de cure et du typede liant (tiré de Benzaazoua et al. 2000)


À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-2002En ce qui concerne la granulométrie, la Figure 6 présente les différentes courbes granulométriques (%passant incrémental et % passant cumulé) des trois résidus étudiés à savoir, le résidu LRD (32 % desoufre), le résidu LVT (16 % de soufre) et le résidu HML (5 % de soufre). On y constate des différencesd’un point de vue granulométrique. L’impact du paramètre granulométrique n’a pu cependant être mis enévidence. D’autres essais sont en cours à l’URSTM pour évaluer l’effet de la granulométrie commeparamètre indépendant sur la résistance mécanique des remblais en pâte. Les résultats seront présentésdans de futures publications.

De l'ensemble des résultats obtenus et présentés à la section 2.1, les conclusions qui ont été citées pourl’effet du type de liant sur la qualité des remblais en pâte sont valables du point de vue du degré deconvenance de chacun des liants testés avec les trois types de résidu étudiés. Par exemple, les résidus trèssulfureux et avec une eau interstitielle riche en sulfates sont performants avec les liants à base de cimentportland résistant aux sulfates (CP50), tandis que les résidus moins sulfureux sont performants avec desliants à base de ciment Portland (CP10) et de cendres volantes (CV) ou encore avec des liants à base delaitier (LHF, CP10-LHF).

0102030405060708090

100

0.01 0.1 1 10 100 1000

Particle size (µm)

Cum

mul

ativ

e%

of p

assa

nt

0102030405060708090

100

0.01 0.1 1 10 100 1000

Particle size (µm)

% o

f pas

sant

0102030405060708090

100

0.01 0.1 1 10 100 1000

Particle size (µm)

% o

f pas

sant

Tailings LRD

Tailings LVT

Tailings HML

(a) Cumulative curves

0

1

2

3

4

5

6

0.01 0.1 1 10 100 1000

Particle size (µm)

Incr

emen

tal %

of p

assa

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0

1

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1

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Tailings LRD

Tailings LVT

Tailings HML

0102030405060708090

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Cum

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of p

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0102030405060708090

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0.01 0.1 1 10 100 1000

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sant

Tailings LRD

Tailings LVT

Tailings HML


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emen

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of p

assa

nt

Tailings LRD

Tailings LVT

Tailings HML

Figure 6. Distribution de la taille des grains des trois résidus étudiés (tiré de Benzaazoua et al. 2002)

2.4 Effet du type d’eau de malaxage

En ce qui a trait à l’eau de malaxage, rappelons d’abord que cette eau se compose de l’eau interstitielle durésidu (restant après le procédé de filtration) additionnée à l’eau qu’on rajoute de façon générale pouratteindre l’affaissement désiré (qui peut être une eau de procédé ou une eau fraîche). L'eau interstitielleest souvent riche en sulfates solubles quand les résidus contiennent beaucoup de sulfures. Ainsi, selon lateneur en sulfate, la quantité d’eau ajoutée permet de diluer plus ou moins l'eau interstitielle généralementchargée chimiquement (sulfates, calcium et autres métaux). À cela s’ajoute le sulfate de calcium sousforme de gypse (CaSO4.2H2O) ou d’anhydrite (CaSO4) qui est rajouté au clinker comme régulateur deprise. Le reste des phases constiuant le liant hydraulique est principalement silicocalcique plus ou moinsaluminaté et servant essentiellement à la cohésion de la pâte de remblai qui les renferme. Le rapport(Si+Al)/(Ca+Mg) représente un paramètre important, qui conditionne la durabilité des remblais cimentéscontre les attaques de type sulfatique. Le schéma de la Figure 7 illustre la complexité des interactionschimiques, qui peuvent intervenir entre l’eau de gâchage et le type d’agent liant utilisé dans les mélangesde remblai en pâte.


Eau de procédé

Contenu en sulfateContenu en calcium

Liant dissout

rapport Ca+Mg/Si+Al

Qualité de lamatrice cimentaire

pHDegré de saturationTemps

Figure 7. Schéma illustrant la complexité des interactions chimiques entre le liant et l’eau de malaxage(tiré de Benzaazoua et al. 2002)

L’effet de l’eau de gâchage a été étudié comme paramètre indépendant avec le résidu LRD (Figure 8).Trois types d’eau ont été utilisés : (i) l’eau du robinet MW (SO4

2- = 1650,6 mg/L et Ca = 969 mg/L), (ii)l’eau de procédé PW (SO4

2- = 53,9 mg/L et Ca = 35,9 mg/L) et (iii) l’eau d’un lac LW (SO42- = 3 mg/L et

Ca = 21,7 mg/L) Les principaux résultats sont présentés dans les graphiques de la Figure 8. On observeque la nature de l’eau utilisée lors du malaxage a une certaine influence dans le développement de larésistance mécanique du remblai. Il apparaît donc clairement que c’est un paramètre important affectant laqualité des remblais en pâte, et ce, pour deux raisons principales :

• Le rapport eau/ciment conditionne l’acquisition de la résistance ;• La chimie de l’eau interfère avec celle du ciment, pouvant ainsi altérer les processus d’hydratation du

ciment.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 7 14 21 28Curing time (days)

Com

pres

sive

stre

ngth

UC

S (k

Pa)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800


Com

pres

sive

stre

ngth

UC

S (k

Pa) (a) Binder type SP-IIa

5 wt.% (30:70 of TI:Slag)(b) Binder type SP-IIb

5 wt.% (30:70 of TV:Slag)

Municipal water (MW)Lake water (LW)Mine A2 process water (PW)

Key for a & b

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800


Com

pres

sive

stre

ngth

UC

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Pa)

0

200

400

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800

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1600

1800


Com

pres

sive

stre

ngth

UC

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5 wt.% (50:50 of TI:TV)(d) Binder type FP

5 wt.% (50:50 of TI:Fly ash)


Key for c & d

0

200

400

600

800

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1800


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stre

ngth

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0

200

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pres

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ngth

UC

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Pa) (a) Binder type SP-IIa

5 wt.% (30:70 of TI:Slag)(b) Binder type SP-IIb

5 wt.% (30:70 of TV:Slag)


Key for a & b


Key for a & b


Key for a & b

0

200

400

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1400

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1800


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1800


Com

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UC

S (k

Pa)(c) Binder type PC

5 wt.% (50:50 of TI:TV)(d) Binder type FP

5 wt.% (50:50 of TI:Fly ash)


Key for c & d


Key for c & d


Key for c & d

À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-2002Figure 8. Évolution de la résistance mécanique (UCS) du remblai LRD en fonction du temps de curage avec différents

types d’eau de malaxage. (a) liant CP10-LHF ; (b) liant CP50-LHF ; (c) liant CP10-CP50 ; (d) liant CP10-CV (tiréde Benzaazoua et al. 2002)

Les résultats de la Figure 8 montrent que les liants à base de ciments Portland et de cendres volantespossèdent des vitesses d’hydratation rapides comparées à celles des liants à base de laitier de haut-fourneau. Les effets délétères de la présence des sulfates dans l'eau de malaxage sur l'hydratation desliants ont été démontrés dans les mélanges contenant des laitiers. En effet, ces liants s’hydratent pluslentement quand l'eau utilisée est une eaux de procédé issue d’une mine (par exemple, une eau contenantplus de 24 000 ppm de sulfates) par rapport à des eaux non sulfatées (comme l’eau du lac ou l’eau durobinet sur la Figure 8). Ces résultats montrent surtout l’influence de la chimie de l’eau de malaxage surl’hydratation des liants dans les remblais.

3. Évolution de la microstructure dans les remblais lors du curage

Comme nous l’avons vu, la présence de liant dans un mélange de remblai en pâte entraîne, à plus oumoins long terme, la précipitation de minéraux secondaires à l’intérieur de la matrice du solide. C’estd’ailleurs ce phénomène de précipitation qui donnera à la matrice sa résistance. Cette précipitation auraaussi pour effet de modifier la microstructure du remblai et, par le fait même, de changer ses propriétéshydrogéotechniques. Dans cette partie du document, des travaux démontrant l’évolution des propriétésdes remblais durant le curage sont présentés.

3.1 Caractérisation des matériaux étudiés

Pour l'étude de l'évolution des propriétés hydriques des remblais, les résidus provenant de la mine LVT etcontenant environ 16 % de soufre ont été utilisés. Les analyses minéralogiques ont montré que ces rejetscontiennent environ 30 % de minéraux sulfureux, principalement de la pyrite et de la pyrrhotite. Quantaux minéraux de la gangue, ce sont essentiellement des silicates et des aluminosilicates. Les valeurs desprincipaux paramètres physiques de ce résidu sont présentées au Tableau 2.

Tableau 2. Caractéristiques physiques du résidu LVT

Surface spécifique Ss (m2/g) 1,72Densité relative Dr 3,30D10 (µm) 3,22D30 (µm) 10,10D50 (µm) 21,62D60 (µm) 12,00D90 (µm) 98,79Cu 3,69Cc 11,66

Le mélange utilisé pour étudier l’évolution de la microstructure contient 5 % d’un liant constitué de laitierde haut-fourneau (LHF) et de ciment Portland ordinaire (CP10) dans une proportion 80 % LHF et 20 %CP10. L’eau utilisée pour le mélange en laboratoire est la même que celle utilisée à la mine en question.Le pourcentage solide final du mélange de remblai en pâte est de 78 % (rapport eau/solide de 0,28) et lerapport eau/ciment (w/c) est de 8. Les échantillons ont été étudiés à différents temps de curage, soit 1, 2,5, 7, 14 et 28 jours. Les paramètres étudiés sont la porosité à l’intrusion de mercure (nHg), la conductivitéhydraulique saturée (ksat) et la rétention d’eau (Ψa).

À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-20023.2 Porosité à l’intrusion de mercure (PIM)

La précipitation de minéraux secondaires dans les pores de la matrice du remblai influence samicrostructure et, par conséquent, sa porosité. La porosité du remblai en pâte a été étudiée à l’aide d’unporosimètre au mercure (Micromeretics® AutoPore III 9420). Les détails de la méthode utilisée peuventêtre trouvés dans Belem et al. (2001). Brièvement, on peut dire que l’appareil permet d’obtenir unereprésentation des diamètres (ou rayons) des pores et leur proportion par rapport à l’ensemble des poresde l’échantillon. On peut également distinguer, grâce à cet appareil, la porosité libre de la porosité piégée(qui, une fois additionnées, donnent la porosité totale de l’échantillon).

La Figure 9a montre une courbe obtenue à l’aide du porosimètre au mercure sur un échantillon deremblai en pâte après 28 jours de curage. La courbe supérieure correspond à la porosité totale, tandis quela courbe la plus basse correspond à ce que l’on appelle la porosité libre. La différence entre les deuxcourbes correspond à la porosité piégée. On peut donc observer, sur cette figure, qu’une grandeproportion de la porosité est piégée et n’est donc pas (ou très peu) disponible pour l’écoulement de l’eau.La Figure 9b montre les mêmes résultats mais représentés en termes de distribution des différentesfamilles de pores. Cette figure permet de voir qu’il existe deux principales familles de pores dans leremblai étudié. La première famille (beaucoup moins importante que l’autre cependant) consiste en despores ayant un diamètre moyen compris entre 123 et 125 µm, alors que la deuxième, et la plus importantedes familles, est constituée de pores ayant un diamètre moyen beaucoup plus petit et qui est compris entre0,2 et 1,2 µm.

0

5

10

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0.0010.1101000

Pore diameter (µm)

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1st cycle Hg intrusion

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1st cycle Hg intrusion

2nd cycle Hg intrusion

Incremental porosity curves(b)

Figure 9. Courbes typiques d’essais porosimétriques sur un remblai en pâte ayant curé 28 jours (tiré de Belemet al., 2001)

Il est intéressant de comparer ces résultats avec ceux obtenus sur des rejets de concentrateur sans liant(Figure 10). La porosité totale des deux échantillons est semblable, mais la distribution de la taille despores est différente. On peut voir clairement que la cimentation a pour effet de réduire la taille des pores.De plus, les essais ont montré une grande différence en termes de porosité piégée. En effet, on retrouveune porosité piégée de 2 % pour les rejets miniers sans ciment, alors que l’on obtient une valeur de 33 %pour le remblai ayant un temps de curage de 28 jours. Ces différences importantes en termes demicrostructure entre le rejet sans liant et le remblai avec liant affectent de façon significative lespropriétés du remblai.


0

5

10

15

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35

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0.0010.1101000

Pore diameter (µm)

Cum

ulat

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Hg

intru

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28 days curing time(a)

0

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)

Tailings

Cemented pastebackfill

28 days curing time(b)

Figure 10. Courbes d’essais porosimétriques réalisés sur un rejet minier sans ciment et un remblai en pâteavec liant (temps de curage de 28 jours; tirée de Belem et al., 2001)

1.3 Évolution de la conductivité hydraulique saturée

La Figure 11 montre l’évolution de la conductivité hydraulique saturée (ksat) du remblai en pâte étudié enfonction du temps de curage. Les tests ont été réalisés à l’intérieur de perméamètres à paroi rigide, qui ontété placés dans une chambre humide pour la période de curage. Les tests ont été réalisés selon la normeASTM (D 5084-90) pour le cas particulier des essais à charge variable. On remarque, sur la Figure 11,que ksat diminue rapidement avec le temps de curage en raison du changement de la microstructure duremblai. À l’intérieur d’une période de 7 jours, on observe une chute de ksat de plus d’un ordre degrandeur (de 10-5 cm/s à 10-6 cm/s). Après 10 jours, les valeurs de ksat se stabilisent à environ 10-8 cm/s.

0E+00

1E-06

2E-06

3E-06

4E-06

5E-06

6E-06

7E-06

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1E-05

0 4 8 12 16 20 24 28

Curing time, days

Perm

eabi

lity

coef

ficie

nt k

, cm

/s

Best fit line

À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-2002Figure 11. Évolution de la conductivité hydraulique saturée du remblai en pâte en fonction du temps de

curage (tiré de Belem et al., 2001).

1.4 Propriétés de rétention d’eau

Les propriétés de rétention d’eau d’un sol correspondent à sa capacité à retenir l’eau dans des conditionsde succion (pression négative). En théorie, plus la succion sera élevée, plus le matériau aura tendance à sedrainer (teneurs en eau plus faibles). Comme les remblais en pâte doivent garder leur eau et qu’ils sontdans des chantiers où l’on retrouve des conditions de pression négative, il est important de connaître leurspropriétés de rétention d’eau. Afin d’étudier le comportement hydrique des remblais en condition desuccion, des essais en laboratoire ont été réalisés. Ces essais consistent à mettre un échantillon de remblaidans une cellule où la pression peut être contrôlée. On augmente ensuite la pression jusqu’à ce que ledrainage débute de façon significative. Cette pression correspond alors, pour un temps de drainage donné,au paramètre appelé pression à l’entrée d’air (ψa ou AEV). Ce paramètre exprime la pression qu’il fautexercer pour débuter le drainage d’un échantillon. Dans un sol ordinaire, cette valeur est une constante.Cependant, pour les remblais en pâte, cette valeur change dans le temps, selon l’évolution de lamicrostructure du remblai.

Les principaux résultats sont présentés à la Figure 12. On remarque que la valeur de ψa, juste après lafabrication du mélange, est d’environ 6,5 m d’eau de succion. Après 2 jours de curage, la valeur de ψa aaugmenté de façon significative à environ 20 à 30 m d’eau. Enfin, la valeur de la pression à l’entrée d’airsemble vouloir se stabiliser après 15 jours à environ 50 m d’eau. Ces résultats montrent clairement l’effetdu curage sur les propriétés de rétention d’eau du remblai et expliquent pourquoi les degrés de saturationdans les chantiers remblayés sont élevés, et ce, malgré les succions élevées que l’on devraitthéoriquement retrouver.

0

5

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Curing time, days

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val

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Best fit line

Extrapolated line

Figure 12. Évolution de la pression à l’entrée d’air du remblai en pâte étudié en fonction du temps de curage(tiré de Belem et al., 2001)

À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-20024. Effet des conditions de curage

Comme nous venons de le voir dans les sections 2 et 3, le remblai en pâte est un matériau complexe, enpleine évolution depuis sa fabrication à l'usine de remblai, son transport souterrain à travers le réseau depipelines, sa mise en place dans les chantiers jusqu'à son durcissement à court, moyen et long termes.Malgré toutes les connaissances déjà acquises sur le remblai cimenté, de nombreuses interrogationssubsistent encore au niveau des conditions de développement de la résistance mécanique des remblais. Laproblématique étant que pour une même recette de remblai donné, on observe généralement unedifférence de résistance mécanique entre le remblai coulé dans les cylindres en plastique et les carottesforées in situ. Le plus souvent, la résistance mécanique des carottes de remblai est supérieure (parfois d'unfacteur proche de 2) à celle des cylindres de remblai. Dans cette section de l’article, on présente desrésultats préliminaires de tests visant à comprendre les mécanismes des phénomènes en place.

4.1 Hypothèses de travail

De manière intuitive, on peut penser que les facteurs pouvant jouer sur les conditions de développementde la résistance mécanique du remblai en pâte en chantier sont :

1. Le tassement de la pâte au cours de sa mise en place (attribuable à ses propriétés rhéologiques), quipeut entraîner une diminution de l’indice des vides, et donc, une augmentation de la résistance;

2. L’expulsion par drainage ou percolation d’une partie de l’eau ajoutée lors du malaxage et du transportqui peut entraîner la formation rapide et massive d’hydrates et, par conséquent, une amélioration de larésistance mécanique du remblai;

3. La combinaison de ces deux phénomènes (tassement et drainage);4. La convergence des murs et le confinement du remblai qui peuvent entraîner sa consolidation, et

donc, l’augmentation de sa résistance.

Afin de comprendre les mécanismes de phénomènes en présence, , un dispositif a été imaginé pourétudier l’influence de l’application d’une charge externe à une couche de remblai déjà en place aussi bienen condition non-drainée que drainée. Ce qui revient à étudier les conditions de développement derésistance du remblai cimenté au cours d’un remblayage en plusieurs séquences différées.

4.2 Plan expérimental

Deux rejets miniers M1-LRD et M2-LVT ont été échantillonnés à la sortie des usines de traitement dedeux mines abitibiennes. L’échantillon de rejet M1 contient environ 60 % de sulfures et celui du rejet M2contient environ 30 % de sulfures. Pour les deux types de rejet, les sulfures sont essentiellement de lapyrite. Les minéraux de la gangue représentent essentiellement des silicates et des aluminosilicates.

En ce qui concerne le remblai en pâte, trois types d’agent de cimentation ont été utilisés : des cimentsPortland CP10 et CP50 et des laitiers de haut-fourneau (LHF). L’agent liant utilisé pour la fabrication duremblai M1 est fait d’un mélange CP10 et de CP50 dans un rapport 50:50, tandis que le liant utilisé pourle remblai M2 est fait d’un mélange de CP10 et de LHF dans un rapport 20:80. Une proportion de 5 %(par rapport à la masse totale de rejet sec) de chaque liant a été utilisée dans les deux recettes de mélange.L'eau ajoutée lors du malaxage était une eau fraîche pour le rejet M1 et une eau issue du procédé detraitement pour le rejet M2. Le rapport eau/ciment (w/c) était de 8.

Afin d'atteindre l’objectif principal fixé, un dispositif expérimental a été spécialement conçu à l'URSTMet fabriqué par l'entreprise abitibienne PlastiquesIIndustriels G+ inc. afin de permettre le curage duremblai en pâte soumis à une charge externe simulant une couche de remblai. La Figure 13a est une

À paraître - Colloque contrôle de terrain AMQ-2002représentation schématique de ce dispositif. Deux types de dispositif ont été utilisés : l'un à fond perforé(D) – pour le suivi du drainage – et l'autre à fond non perforé (ND). Des moules témoins (perforés et nonperforés) ont été prévus pour chacun de ces deux types de dispositif afin de déterminer l'influence de lacharge sur le développement de la résistance mécanique du remblai.

Loading mass

Mass guidance stem

“Piston” stopper

Paste backfill

PVC mould

Mould strengtheningsheath

Device supportsheath

Loading mass

Mass guidance stem


Paste backfill

PVC mould



Loading mass

Mass guidance stem


Paste backfill

PVC mould



(a) Schéma du dispositif de curage sous charge (b) Échantillons en chambre humide

Figure 13. Dispositifs de curage sous charge. (a) schéma et (b) chambre humide (tiré de Belem et al. 2002)

Les cylindres en PVC des dispositifs sont d’abord remplis jusqu’à une hauteur de 30 cm avant que troischarges de 10 lbs ou 45 N (Test-1), 20 lbs ou 89 N (Test-2) et 50 lbs = 223 N (Test-3) leur soientappliquées. Avec un poids volumique γ = 24 kN/m3, on en déduit que la hauteur de remblai simulée h =0,23 m pour le Test-1, h = 0,47 m pour le Test-2 et h = 1,18 m pour le Test-3. La hauteur totale de remblaisimulée est de 2,18 m (soit à peine la hauteur d’un bouchon de remblai). L’ensemble des dispositifs estensuite conservé dans une chambre humide (Figure 13b).

Dès les premières minutes après la mise en place du remblai dans les cylindres, le drainage du remblai estmesuré en collectant l’eau qui s’élimine soit par la gravité (témoins) ou par l’effet de la charge appliquée.Après un temps de curage de 28 jours, les dispositifs sont démantelés afin de récupérer les éprouvettes deremblai intact pour des essais de compression uniaxiale et des mesures de surface spécifique. Ce dernierparamètre nous donnera indirectement des renseignements sur l’évolution de la microstructure, puisqu’ilquantifie le degré de finesse de la matrice de remblai.

4.3 Résultats des mesures du drainage

Les mesures de drainage du remblai en pâte ont été effectuées en collectant l'eau drainée à un intervallede temps de 30 minutes. La durée totale du suivi du drainage était de 21 h pour le remblai M1 et de 5jours pour le remblai M2. La Figure 14 présente les courbes d'évolution du volume cumulé d'eaurécupérée en fonction du temps écoulé depuis le début de l'essai. Cette figure montre que la quantité d'eaurécupérée augmente graduellement avec le temps, mais qu’elle semble se stabiliser après 21 h de tempsécoulé (temps caractéristique tc). On pourrait donc penser qu'une fois le chantier remblayé, le drainagedevient très faible, voire inexistant, après un jour (24 h) de cure pour ces deux types de remblai en pâte. Ils’en suit donc que la capacité de drainage du remblai en pâte est directement reliée à la distributiongranulométrique du rejet initial.


0

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0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Time elapsed from the beginning of drainage, t (min)

Cum

ulat

ed v

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(cm

3 )

Backfill sample M2-LVT

Backfill sample M1-LRD

Extrapolated line

Plateau ?

tcCharacteristic time

��

5 days

24 hrs

0

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0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Time elapsed from the beginning of drainage, t (min)

Cum

ulat

ed v

olum

e of

col

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(cm

3 )

Backfill sample M2-LVT

Backfill sample M1-LRD

Extrapolated line

Plateau ?

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��

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5 days

24 hrs

Figure 14. Comparaison des courbes de drainage des deux types de remblai étudiés (tiré de Belem et al. 2002)

L'analyse géochimique de l'eau drainée du remblai en pâte a montré que le pH était encore basique après3 heures, attestant ainsi de la présence de Ca (et donc du ciment) dans cette eau drainée. À partir del’analyse ICP de l’eau drainée, un petit calcul nous a montré qu'il y avait seulement une perte de 0,12 %de ciment anhydre dans un cylindre de remblai en pâte. Ce qui voudrait dire que, pour ces types deremblai, le drainage entraîne une faible quantité de ciment.

4.4 Effet de la charge appliquée sur la résistance mécanique

La Figure 15 présente les courbes de variation de la résistance à la compression uniaxiale (UCS) duremblai en pâte en fonction de la charge appliquée. La première observation majeure est que la résistanceUCS du remblai drainé est toujours supérieure à celle du remblai non drainé (ce qui corrobore denombreuses observations). Mais on constate surtout que UCS du remblai drainé augmente avecl'augmentation de la charge tandis que UCS du remblai non drainé diminue avec l'augmentation de lacharge. Par rapport à la résistance UCS des éprouvettes témoins (charge nulle), on constate que l'ajoutd'une faible charge (10 lbs) entraînerait une diminution de la résistance UCS des éprouvettes drainées et,au contraire, une augmentation de UCS des éprouvettes non drainées.


600

700

800

900

1000

1100

1200

0 2 6 10 14 18 22 26 30

Applied load pressure (kPa)

Com

pres

sive

str

engt

h, U

CS

(kPa

) Drained backfill sample M1 (D-test)

Undrained backfill sample M1 (U-test)

600

700

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900

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1200

0 2 6 10 14 18 22 26 30

Applied load pressure (kPa)

Com

pres

sive

str

engt

h, U

CS

(kPa

) Drained backfill sample M1 (D-test)

Undrained backfill sample M1 (U-test)

Figure 15. Variation de la résistance en compression (UCS) en fonction de la charge appliquée (tiré deBelem et al. 2002)

D’après ces résultats préliminaires obtenus pour une durée de cure de 28 jours, on peut dire (en excluantles éprouvettes témoins) que, dans le cas du remblai drainé, l'application d'une charge entraînerait plus dedrainage et favoriserait un gain de résistance mécanique du remblai. Par contre, dans le cas du remblainon drainé, l'application d'une charge génèrerait une pression interstitielle, qui provoquerait par la suite labrisure des liens de cimentation, entraînant ainsi une baisse de la résistance mécanique. Des travaux sepoursuivent afin de valider ces conclusions.

5. Conclusions

Cet article est le résultat de différents travaux réalisés à l’URSTM-UQAT au cours des dernières années.À tour de rôle, les auteurs s’attardent à l’influence, à la résistance mécanique, à la nature et aupourcentage de ciment dans des remblais en pâte dont le résidu de concentrateur présente des proportionsvariables en sulfure.

À la section 2, différents liants et différentes eaux de gâchage ont été utilisés pour la fabrication dedifférentes recettes de remblai en pâte contenant des résidus miniers issus de mines canadiennes. Lesmélanges résultants ont été suivis durant le temps pour évaluer le développement de la résistance, et ce,en leur faisant subir des tests en compression uniaxiale à différentes échéances. Le remblai à base d’unrésidu très sulfureux (32 % soufre) présente de très mauvaises performances avec des ciments à base delaitier de haut-fourneau (LHF ou scories) jusqu’à une période de curage de 180 jours au moins.Cependant, un mélange de ciment Portland CP10 (ordinaire) et CP50 (résistant aux sulfates) dans uneproportion de 50:50 permet d’atteindre de bonnes résistances mécaniques pour ce même résidu sulfureux.Pour les autres types de résidus utilisés (moyennemnt à faiblement sulfureux), ce sont les ciments à basede laitier de haut-fourneau qui fournissent les meilleures résultats, les autres ciments à base de cimentPortland ou de cendre volante (CV) donnent également des résultats satisfaisants.

Les différentes eaux de gâchage testées affectent grandement les processus d’hydratation selon le type deliant et suivant la durée de curage. Les ciments à base de laitier de haut-fourneau offrent des résistancesmécaniques moindres en présence de sulfates solubles contrairement aux ciments Portland.


Ces résultats démontrent clairement l’inefficacité du choix d’une recette de remblai en pâte sans uneoptimisation préalable prenant en compte tous les paramètres évoqués. La chimie des liants, ainsi quecelle de l’eau de gâchage, affecte la formation des phases hydratées primaires et secondaires durant ledurcissement des remblais en pâte. La cohésion de la matrice cimentaire dépend directement de la naturedes précipités qui se forment. Ceci met en évidence la complexité des remblais en pâte pour lesquels ledéveloppement de la résistance est tributaire des caractéristiques des trois composantes principales, soitl’eau, le ciment et le résidu.

La formation de minéraux secondaires, qui entraînent la cohésion du remblai en pâte, modifie lamicrostructure de la matrice de remblai et, par le fait même, les propriétés hydro-géotechniques duremblai. Les travaux portant sur cet aspect ont montré, pour la recette étudiée, que la conductivitéhydraulique saturée du remblai chute rapidement à des valeurs très faibles (10-8 cm/s), tandis que lacapacité de rétention d’eau augmente de façon significative (ψa > 50 m d’eau) après 15 jours de drainage.Ces observations impliquent que l’on ne peut pas traiter le remblai en pâte comme un matériau ayant despropriétés hydro-géotechniques fixes, mais plutôt comme un matériau évolutif. D’autres travaux sontprésentement en cours afin de relier l’évolution de la microstructure avec les composantes d’un remblaien pâte donné (le type de résidu, la qualité et la quantité d’eau ainsi que le type et la quantité de liant).Dans l’optique d’une utilisation du remblai en pâte en surface, ces aspects reliés à l’évolution despropriétés hydro-géotechniques sont encore plus importants.

Enfin, nos travaux ont également montré que l’application d’une charge avait une influence sensible sur ledéveloppement de résistance mécanique du remblai en pâte en condition drainée et non drainée.L’application d’une charge entraîne une légère augmentation de la résistance mécanique lorsque leremblai est drainé, mais une faible diminution de la résistance mécanique lorsque le remblai n’est pasdrainé. Le drainage entraîne un faible lessivage du ciment anhydre. Des travaux sont en cours pourapprofondir cet aspect.

6. Références

BELEM T., BENZAAZOUA, M., BUSSIÈRE B., DAGENAIS A.-M. (2002). Effects of settlement and drainageon strength development within mine paste backfill. Tailings and Mine Waste'02, 27-30 January 2002,Fort Collins, Colorado, Balkema : Rotterdam, pp.

BELEM T., BUSSIÈRE B., BENZAAZOUA M. (2001). The effect of microstructural evolution on the physicalproperties of paste backfill. Tailings and Mine Waste'01, January 16-19, Fort Collins, Colorado,Balkema : Rotterdam, pp. 365-374.

BELEM T., BENZAAZOUA M., BUSSIÈRE B. (2000). Mechanical behaviour of cemented paste backfill. InProc. Can. Geotech. Soc. Conf. "Geotechnical Engineering at the dawn of the third millennium", 15-18 oct., Montréal, (1), 373–380.

BENZAAZOUA M., OUELLET J., SERVANT S., NEWMAN Ph., VERBURG R. (1999). Cementitious backfillwith high sulfur content: Physical, chemical and mineralogical characterization. Cem. Concr. Res. 29,pp. 719-725.

BENZAAZOUA M., BELEM T., JOLETTE D. (2000). Investigation de la stabilité chimique et son impact surla résistance mécanique des remblais cimentés. Rapport final IRSST, 196 p.

BENZAAZOUA, M., BELEM, T. and BUSSIÈRE, B. (2002). Chemical factors that influence on theperformance of mine sulphidic paste backfill. Cement and Concrete Research. Accepted on December12, 2001.

Documents

Évolution des propriétés des remblais en pâte : … · propriétés des remblais variaient en fonction de différents paramètres tels que les caractéristiques physiques, chimiques