Influence de la pâte de ciment adhérente sur les propriétés des granulats recyclés et des...

Influence de la pâte de ciment adhérente sur les

propriétés des granulats recyclés et des mortiers

Sébastien REMOND, Zengfeng ZHAO, Denis DAMIDOT, Weiya XU

Colloque "Bâtiments et ouvrages en béton" Université de Cergy-Pontoise - 27 mai 2014

Colloque "Bâtiments et ouvrages en béton" - 27 Mai 2014 2/19

1. Introduction: 1. Introduction: Contexte et enjeuxContexte et enjeux

Valorisation des granulats de béton recycléRéglementation fixant à 70% la valorisation des déchets de construction et déconstruction d’ici à 2020 (Ordonnance 12/2010)

Utilisation en techniques routières (pas/peu en tant que granulats pour bétons)

Diminution des quantités de déchets de démolition à mettre en centre de stockage

Préservation des ressources naturelles

Caractérisation des GRInfluence sur les propriétés des bétons


1. Introduction: 1. Introduction: composition des granulats recycléscomposition des granulats recyclés

Deux phases : granulats naturels (GN) pâte de ciment durcie adhérente aux GN

Pâte de ciment adhérente

Granulat naturel

Teneur en pâte de ciment adhérente des GR Difficile à mesurer

Influencée par: composition du béton, méthode de concassage, taille des particules, conditions de conservation…

Les propriétés des GR dépendent : des propriétés des 2 phases des proportions des 2 phases (TPC)


1. Introduction: 1. Introduction: ObjectifsObjectifs

2.Cette méthode simple permet-elle de mieux déterminer les propriétés d’usage des granulats recyclés pour la formulation des bétons?

1.Peut-on mesurer avec une méthode simple la teneur en pâte de ciment des granulats recyclés?

3.Quelle est l’influence des sables recyclés sur les propriétés des mortiers?


1. Introduction: 1. Introduction: 3 types des GR utilisés3 types des GR utilisés

Pour répondre à ces questions nous avons utilisé 2 types de GR:

GR fabriquésau laboratoire

3 GR industriels de différentes origines

3 bétons d’origine de composition

maîtrisée

Colas1Colas2

PN Recybéton


2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR

Q1: Peut-on mesurer

simplement la teneur en pâte de ciment des GR?

Q2: Peut-on améliorer la mesure des

propriétés d’usage des GR?

Q3: Quelle est l’influence des GR sur les propriétés

des mortiers?



Granulat naturel

Quartz, Dolomite, CalciteNon solubles dans l’acide salicylique

C2S, C3S, Ca(OH)2, C-S-H, EttringiteSolubles dans l’acide salicylique

2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GRMise au point d’une méthode de mesureMise au point d’une méthode de mesure

Phases solubles et insolubles dans l’acide salicylique

Non solubles dans l’acide salicyliqueC4AF, AFm CEM I

Calcite, Laitiers… CEM II, III

GN

Pâte de ciment

Pâte de CEM I blanc: FSAS=96%Pâte de CEM II gris: FSAS=63%


Granulats naturels de Tournai (calcaire)

Ciment Portland CEM I 52.5 (ciment blanc)

Compositions des bétons initiauxType de bétons OC1 OC2 OC3

Gravillon (kg) 1138.3 1040.7 1018.9

Sable (kg) 756.4 691.5 677.0

Ciment (kg) 298.8 375.7 474.8

Eau efficace (kg) 179.3 225.4 189.9

Eau absorbée (kg) 17.2 15.7 15.4

Eau totale (kg) 196.5 241.1 205.3

Gravillon/Sable 1.505 1.505 1.505

Rapport Eau/Cimenteff 0.6 0.6 0.4

Volume de pâte de ciment (dm3) 278 350 347

Masse Vol. béton frais (kg/m3) 2390 2349 2376

Affaissement (cm) 5.8 20.3 5.6

Rc28 (MPa) 41.1 40.8 51.0

2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GRFabrication des GR de laboratoireFabrication des GR de laboratoire


Granulats recyclés fabriqués au laboratoire:

Réalisation des bétons initiaux (28 jours et 90 jours de cure en immersion)

Séparation des différentes fractions granulaires des GR (0/5mm)

Quatre fractions:

0/0,63mm 0,63/1,25mm 1,25/2,5mm 2,5/5mm

2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GRFabrication des GR de laboratoireFabrication des GR de laboratoire

Concassage (concasseur de laboratoire à mâchoire, ouverture 10mm)

puis séchage à 105°C


2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GRFSAS des granulats recyclés non carbonatésFSAS des granulats recyclés non carbonatés

05

1015202530354045

0 1 2 3 4

FSA

S (%

)

Taille moyenne de particule (mm)

RCA-OC1-28

RCA-OC1-90

RCA-OC2-28

RCA-OC2-90

RCA-OC3-28

RCA-OC3-90



Q1: Peut-on mesurer





des mortiers?


Coefficient d’absorption d’eau mesuré selon la norme EN 1097-6 et Méthode IFSTTAR N°78

Protocole de la norme EN 1097-6 Protocole de la Méthode IFSTTAR (Modifiée)

1) Saturation de l’échantillon 24h dans l’eau

2) Séchage progressif sous un courant d'air chaud pour l'état saturé surface sèche (SSS)

3) Séchage en étuve à 105°C

1) Saturation de l’échantillon 24h dans l’eau

2) Séchage sur papier absorbant pour l’état SSS

3) Séchage en étuve à 105°C

3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GR3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GRMesure de l’absorption d’eauMesure de l’absorption d’eau


0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4

Abs

orpti

on d

'eau

(W%

)

Taille moyenne de particule (mm)

RCA-OC1-28 W% ENRCA-OC1-28 W% IFRCA-OC2-28 W% ENRCA-OC2-28 W% IFRCA-OC3-28 W% ENRCA-OC3-28 W% IF

Coefficient d’absorption d’eau mesuré selon la norme EN 1097-6 et Méthode IFSTTAR

3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GR3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GRAbsorption d’eauAbsorption d’eau

Gros écart pour la fraction fine (0/0.63mm)

W IFSTTAR > W EN1097-6

Valeurs proches pour les fractions grossières (0.63/5mm)


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

10 20 30 40 50

Abs

orpti

on d

'eau

(%)

FSAS (%)

RCA-OC1-90

RCA-OC2-90

RCA-OC3-90

RCA-OC3-90 0-0.63mm EN RCA-OC3-90 0-0.63mm IFLinéaire (RCA-OC3-90)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

10 20 30 40 50

Abs

orpti

on d

'eau

(%)

FSAS (%)

RCA-OC1-90

RCA-OC2-90

RCA-OC3-90

RCA-OC3-90 0-0.63mm EN RCA-OC3-90 0-0.63mm IFLinéaire (RCA-OC3-90)

GNGNPCGR WAWAWATPCWA

Hypothèse: Les propriétés de la pâte de ciment sont les mêmes dans toutes les fractions granulaires

FSAS/TPC=Constante

3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GR3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GRVariation de l’absorption d’eau avec FSASVariation de l’absorption d’eau avec FSAS

Absorption d’eau extrapolée


Granulat naturel



Q1: Peut-on mesurer





des mortiers?


4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: 4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Influence de l’état de saturation des GRInfluence de l’état de saturation des GR

Granulats naturels de Tournai (calcaire)

Ciment Portland CEM I 52.5 (ciment blanc)

Granulats recyclés: RCA-Colas1(recomposés)

Absorption d’eau: 7.5% (calculé avec la méthode précédente)

0.50Mortier avec granulats saturés : CM-0.5-S ou RM

-0.55-S 0.60

0.50Mortier avec granulats secs : CM-0.5-D ou RM -0.55-D

0.60S et D: mêmes compositions (mêmes quantités d’eau totale)


0

20

40

60

80

100

0 30 60 90 120 150

Aff

aiss

emen

t (m

m)

Temps (mins)

CM-0.5-D

RM-0.5-D

RM-0.55-D

RM-0.6-D

Affaissement de RM-D toujours supérieur à RM-S

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: 4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Influence de l’état de saturation des GR (Série I)Influence de l’état de saturation des GR (Série I)

0

20

40

60

80

100

0 30 60 90 120 150

Aff

aiss

emen

t (m

m)

Temps (mins)

CM-0.5-S

CM-0.5-D

RM-0.5-S

RM-0.5-D

RM-0.55-S

RM-0.55-D

RM-0.6-S

RM-0.6-D

Pente de RM-D plus importante que celle de RM-S


30

40

50

60

70

80

0.45 0.50 0.55 0.60 0.65

R C (M

Pa)

E/C

CM-0.5-D

CM-0.50-S

RM-D

RM-S

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: 4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Influence de l’état de saturation des GR (Série I)Influence de l’état de saturation des GR (Série I)

Amélioration de l’ITZ dans le cas des granulats secs


5. Conclusions et perspectives5. Conclusions et perspectives

FSAS diminue quasi linéairement quand la taille moyenne des classes granulaires augmente

Méthode simple pour l’estimation de la teneur en pâte de ciment des GR basée sur la dissolution dans l’acide salicylique

L’absorption d’eau de la fraction 0/0.63mm peut être déterminée précisément par extrapolation de la relation WA=f(FSAS)

Mesure de la FSAS permet d’améliorer la connaissance des propriétés d’usage des GR

Amélioration de l’ouvrabilité et de l’ITZ avec des granulats secsImportance de la cinétique d’absorption

Etude de l’influence de l’état de saturation sur les propriétés des mortiers à l’état frais et durci


Merci pour votre

attention


Coefficient d’absorption d’eau mesuré selon la norme EN 1097-6 et Méthode IFSTTAR pour la fraction (0/0.63mm)

Microscopie optique de la fraction 0/0.63mm de RCA-OC1-28 à l'état SSS par la méthode IFSTTAR

Fraction 0/0.63mm état SSS norme

3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GR3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GRAbsorption d’eauAbsorption d’eau

Fraction 0.63/1.25mm état SSS norme

Cohésion de particules fines et anguleuses

Taille de l’agglomérat (3mm >> 0.63mm)

3mm

2mm

la méthode IFSTTAR surestime l’absorption d’eau pour la fraction 0/0.63mm.

la normesous-estime l’absorption

d’eau.


4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: 4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Influence de taux de substitution (Séries II)Influence de taux de substitution (Séries II)

y = -0.0033x + 0.9797R² = 0.9186

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

0 20 40 60 80 100

Rési

stan

ce re

lativ

e

Taux de substitution (%)

Rc relative (E/C=0.5)

Rc relative (E/C=0.6)

Linéaire (moyenne)

Relation de Bolomey

5.0

effcc E

CGR

Hypothèse :

XGXGGX 1000 1

XG

G

R

R

c

Xc

11

0

100

0,

, Si C/Eeff est constant alors :

On trouve G0,moy=0.72 et G100,moy=0.47 XR

R

c

Xc 035.010,

,


4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: 4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Influence de la fraction granulaire (Séries II et III)Influence de la fraction granulaire (Séries II et III)

y = -0.0039x + 1.0039R² = 0.9703

y = -0.0026x + 0.9554R² = 0.922

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 20 40 60 80 100 120

Rési

stan

ce à

la co

mpr

essi

on re

lativ

e


RM-0.5 Series II RM-0.6 Series II

Linéaire (RM-0.5 Series II) Linéaire (RM-0.6 Series II)

y = -0.0039x + 1.0039R² = 0.9703

y = -0.0026x + 0.9554R² = 0.922

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 20 40 60 80 100 120

Rési

stan

ce à

la co

mpr

essi

on re

lativ

e


RM-0.5 Series II RM-0.5 Series III



y = -0.0039x + 1.0039R² = 0.9703

y = -0.0026x + 0.9554R² = 0.922

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 20 40 60 80 100 120

Rési

stan

ce à

la co

mpr

essi

on re

lativ

e





0.63/1.25

2.5/5

0/0.63

1.25/2.5

Plus pénalisante


Un système plus simple d’ITZ

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: 4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Microstructure de l’ITZMicrostructure de l’ITZ

Un grain de pâte de ciment blanc durci (90jours, fraction 2.5/5mm)

Deux états de saturation (saturé et sec)

Noyé dans une matrice de nouvelle pâte de ciment gris

28 jours en immersion

Séchage à 105°C

Poli et prêt pour MEB

L’observation de l’interface pâte-granulat (ITZ) sur les mortiers de GR est difficile

Saturé Sec

Fe

Pas de Fe

Fe

Pas de Fe




Fe Nouvelle pâte

Fe Nouvelle pâte

Nouvelle pâte

Ancienne pâte

Anciennepâte

Nouvelle pâte

Saturé

Sec




Nouvelle pâte ITZ

Ancienne pâte

Nouvelle pâte

Anciennepâte

Nouvelle pâte

Ancieene pâte

Nouvelle pâte

Ancieenepâte

Saturé

Sec



Un système plus simple de l’ITZ

Nouvelle pâte ITZ

Ancienne pâte

80 µm

20 µm

Anciennepâte

ITZ

Nouvelle pâte

Anciennepâte

Nouvelle pâteNouvelle

pâte

Ancieenepâte

5 µm

10 µm

Saturé

Sec

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