Formulation et durabilité des bétons de géopolymères … · Plan de présentation Contexte et présentation du sujet de thèse Formulation des géopolymères à base de métakaolin

1 Raphaëlle Pouhet - Septembre

2012

Laboratoire

Matériaux et Durabilité des Constructions

INSA - Université Paul Sabatier - Toulouse - France

135, Avenue de Rangueil 31077 Toulouse Cedex 4 France - http://www-lmdc.insa-toulouse.fr

Formulation et durabilité des

bétons de géopolymères à base

de métakaolin pour une

application en préfabrication

10 octobre 2012

Raphaëlle Pouhet

Encadrant: Martin Cyr

Plan de présentation

Contexte et présentation du sujet de thèse

Formulation des géopolymères à base de

métakaolin industriel

Mise en œuvre de béton de géopolymère

Étude de durabilité

2 Raphaëlle Pouhet - 10 octobre 2012

Contexte et présentation du sujet

Thèse CIFRE

3

Contexte • Formulation • Application aux bétons • Durabilité

Depuis avril 2012

Raphaëlle Pouhet - 10 octobre 2012

• Siège Social : Toulouse

• Spécialisée dans la fabrication de

planchers en béton précontraint

et de produits en béton pressés

• 20 sites de production

Désir d’innovation: Produit à base de liant alternatif

Contexte et présentation du sujet

Objectif de la thèse :

o Formulation: Établir une formulation performante pour

une préparation industrielle de béton de géopolymère

à base de métakaolin.

o Durabilité: Étudier les propriétés physico-chimique et

mécanique dans le temps des géopolymères, afin

d’évaluer leur durabilité.

4



Formulation: Importance des proportions molaires

5

P. Duxson et al. / Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 269 (2005) 47–58

Bibliographie sur la

formulation des

géopolymères

Formulation des géopolymères Contexte • Formulation • Application aux bétons • Durabilité


Réseau neuronal artificiel

6

A. Kamalloo et al. / Archive of SID (2010)

3 < < 4,5

0,8 < < 1,5

10 < < 16

SiO2/Al2O3

Na2O/Al2O3

H2O/Na2O



Métakaolin flash (Argéco développement)

7

Silicate de sodium (Gaches Chimie)

Hydroxyde de

sodium

+ +

=

Pâte de géopolymère

≈ 50 MPa

Géopolymère formulé au LMDC



Études de formulation réalisé

8

Formulation optimale SiO2/Al2O3 = 3,6

Na2O/Al2O3 = 0,9

H2O/Na2O = 14,5 …

Al2O3 :3,6 SiO2 :0,9 Na2O :13 H2O



Formulation de bétons – Peu d’études sur ce sujet

– Cendres volantes pauvres en calcium (CaO = 2,1% en masse)

9

B. Joseph, G. Mathew / Scientia Iranica, Transactions A: Civil Engineering (2012))

Application aux bétons de géopolymère Contexte • Formulation • Application aux bétons • Durabilité


10 10

Études de durcissement:



Études réalisée sur

béton/mortier

3 jours = 90% RC finale

11 11

Béton de géopolymère: Plan d’expérience

o Rapport liant/granulats : 0,2; 0,3; 0,4

o Rapport H2O/Na2O: 14,5; 17; 20



Granulat siliceux: 0 – 12mm

Vibration

Etude mécanique sur

cube 10x10x10cm

Cure: 24h, 100%HR

Casse à 7jours

12 12

Béton de géopolymère: Plan d’expérience



→ RC en fonction du rapport e/c dans les béton de ciment

13 13



→ La résistance de la pâte fixe la résistance du béton

Cinq sujets d’étude sur la durabilité :

14

thèmes

Gel / Dégel

Attaques sulfatiques

Carbonatation

Réaction alcali-granulat

Perméabilité aux chlorures

publications trouvée

6

6

16

4

9

Avec métakaolin

0

1

0

0

4

Étude de la durabilité

Bibliographie sur la

durabilité des

géopolymères



La succession de températures négatives et

positives au cours du temps induit:

• Microfissures internes

• Écaillage

Techniques de mesure utilisés dans la

littérature:

– Variation de la résistance mécanique

– Mesure de la perte de masse

– Variation du module dynamique

15

Gel / Dégel



16

Gel / Dégel

Škvára F et al (Ceramics − Silikáty 49 (3) 195-204 (2005)):

Mortier de géopolymères à base de cendre volante

Mortier de géopolymère à base de

cendre volante (4x4x16cm) après 150

cycles de gel/dégel



17

Gel / Dégel

Y. Fu et al (Construction and Building Materials 25 (2011) 3144–3148)

Mortier de géopolymères à base de laitier après 300 cycles:

90% du module d‘élasticité dynamique conservé

perte de masse inférieure à 1%

couches superficielles des dégâts de gel-dégel très minces structure très compacte



18

Gel / Dégel

Littérature: Bonne durabilité des géopolymères

face aux cycles de gel/dégel

Raphaël Bucher, rapport de stage M2R, LMDC

Toulouse, 2011



Etude préliminaire réalisée

au LMDC, sur une matrice non

optimisée et sans air entrainé

19

Réaction alcali-granulat = RAG

– Réaction entre les alcalins (ciment) et la silice des granulats

– Production d'un gel expansif

– Fissurations


3 conditions

doivent être

remplies pour

déclencher la

pathologie.

Michaël DIERKENS, Principales agressions et attaques du béton, CETE de LYON, 2011



Cendres volantes (CaO = 3,21%): – Expansion négligeable du géopolymère

20

I. García-Lodeiro et al. / Cement and

Concrete Research 37 (2007) 175–183

20


OPC1 (90ème jours)

FA1 (90ème jours)



21 21

I. García-Lodeiro et al. /

Cement and

Concrete

Research 37 (2007) 175–183

21


16 jours 90 jours

4 – géopolymère

5 – zéolites

6 – produit de RAG avec une morphologie type “rosette”



Réaction de carbonatation:

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

Quelle réaction dans une matrice de géopolymère ?

22

Laitier → CaO ≈ 45% Cendre volante → CaO ≈ 2-5% Mk → CaO ≈ 1%

Carbonatation



23

Cendre volante → Formation de bicarbonate de sodium

Carbonatation



Conditions accélérées

pH < 10

24

Carbonatation

S.A. Bernal et al. / Cement and Concrete

Research 42 (2012) 1317–1326

Condition normale pH > 10

Le test accéléré est-il

représentatif de la réaction

naturelle ?

CNTP



25 25 25

Carbonatation



Première étude de

durabilité

Analyse DRX sur pâte de géopolymère

26

Objectifs des études à venir:

Choix des bétons pour l’étude de durabilité en

fonction des applications visées

Adaptation des tests de durabilité à la matrice

géopolymériques

Apporter une contribution à la compréhension

des mécanismes de dégradation

26

Perspectives Contexte • Formulation • Application aux bétons • Durabilité


27

27

Conclusion

Bibliographie

• Peu d’études appliquées à la construction pour les

géopolymères à base de métakaolin

• Manque d’information sur les bétons de

géopolymère, et leur durabilité.

Travaux de thèses • Résultats sur mortier et béton encourageant

• Porosité élevée

• Durabilité…



Merci de votre attention

28 Raphaëlle Pouhet - 10 octobre 2012

Documents

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