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?

Chimie d’hydratation

Hydratation

phasesanhydres

+ dissolution précipitation

eau

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-]

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

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

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

Modèle « gel C S H »Modèle – « gel C-S-H »

eau absorbée dansles pores du gel

l’eau inter-feuillet

pore du gelp g

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

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

solu

tion

pério

de

décé

léra

t

réac

tion

lent

eco

ntin

ue

d’ad

diss de

3 hrs3 hrs 10 hrs

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

Porosité capillairePorosité capillaire

20% Porosité 10% Porosité 5% Porosité20% Porosité 10% Porosité 5% Porosité

1 day 10 μm1 day μ

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

C3A C AC3A C3A+

eau

réaction rapidegrandes plaquesgrandes plaques

d’hydrates

rigidificationprise flash« prise flash »

« flash set »

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)

10 min

24 heures

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.

Résumé de l’hydratation

NAT

EStio

n et

n ra

pide

odui

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atio

nde

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MIN

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hydr

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sfo

rma du «

bl R trè Fo raC

-S vit ré

(C-S di

m ca cde

s

TAUX DERÉACTION 2% 15% 30%

~10 h~3 h~10 m ~24 hRÉACTION

nitia

le

réactionl tile

ur

rapide

Réactionlente:

i d tisolu

tion

i ralentie,diffusion à travers

de couchesd’hydrates

chal

rapidepptn des hydrates

induction

diss

d hydrates

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SILI

CD

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prod Sl

reac ra

Form o

C-S

-H Slo

cont

ifo

rmo

C-S

-H

1μm 1μm 10 μm

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

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

The basicsIncreasing solid volume, replaces water

Transformation from fluid paste to solidTransformation from fluid paste to solid

Cement grainwater

hydrates

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?

Structure PhysiqueStructure Physiqued’une pâte de cimentd une pâte de ciment

Importance de la structureImportance de la structure physique:physique:

• Résistance mécanique• Comportement vis-à-vis de l’eau;• Durabilité• Durabilité

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,

%

Contraction"le Chatelier"

t=0 t=t1t=0 t=t1

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

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%

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

Changement d’échelle: ÷10 000

lesPPorescapillaires

frais40 μm

durci

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

État de l’eau

ches

sées

nter

-et

s»

~5 c

ouc

orga

nis

l’eau « libre »

l’eau

«i

feui

lle

10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5

nm μm

11%RH 40-50%RH 40-50%RH

( )( ) ( )HRLn1cosT2

RTMR lpK ⋅β⋅σ⋅⋅⋅ρ−= ( )HRLnRT

0.1 µmµ

99 % RH

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

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

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?