Dissertations / Theses: 'Ciment à base de laitier'

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Petitpain, Marjorie. "Bétons à faible impact environnemental pour l’industrie du béton : accélération du durcissement de bétons à base de liants ternaires." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10160/document.

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Abstract:

La présente étude s’inscrit dans le programme d’actions de l’Industrie du béton ; elle a pour but de rechercher des solutions innovantes de béton à faible impact environnemental qui permettent l’obtention de performances techniques et économiques au moins équivalentes à celles des bétons traditionnels. Pour répondre à cet enjeu, l’étude de liants ternaires constitués de ciment Portland CEM I, laitier de haut fourneau et addition calcaire a été réalisée en optimisant les moyens disponibles en préfabrication pour accélérer leur durcissement : emploi d’un traitement thermique, utilisation d’activateurs chimiques et optimisation de la compacité du mélange. Le traitement thermique s’avère être le plus puissant levier d’action. Les solutions développées (matériau et procédé) permettent d’obtenir un bilan économico-environnemental meilleur que celui d’un béton témoin dont le liant est uniquement composé de ciment Portland CEM I
This study is part of the action program of the french concrete industry; it aims finding innovative solutions of concrete with low environmental impact, which allow to get technical and economic performances at least equivalent to those of the traditional concretes. To answer this issue, the study of ternary binders, made of Portland cement CEM I, blast furnace slag and limestone addition, was realized by optimizing the means that are available in precast industry to accelerate their hardening: use of a thermal treatment, use of chemical activators and optimization of the mixture’s compactness. Thermal treatment proves to be the most powerful lever of action. The developed solutions (material and process) obtain a much better economic-environmental balance compared to a control concrete whose binder is composed of Portland cement CEM I

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Darquennes, Aveline. "Comportement au jeune âge de bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau en condition de déformations libre et restreinte." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2009. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210239.

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Abstract:

A l’heure actuelle où la préservation de notre environnement est primordiale, les constructions en béton font intervenir de plus en plus des ciments comprenant des ajouts minéraux, tels que le laitier, les cendres volantes… En effet, la production des ciments composés permet de réduire le dégagement des gaz à effets de serre et de réutiliser des déchets industriels. Les bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau (CEM III) sont également largement utilisés suite à leur bonne résistance aux réactions alcali-silices, à la diffusion des chlorures et aux attaques sulfatiques… Cependant, certains ouvrages construits avec ce type matériau ont présenté au jeune âge des problèmes de fissuration liés à la restriction de leurs déformations différées, telles que le retrait endogène, thermique et de dessiccation. Suite à cette observation, des essais préliminaires ont été réalisés au laboratoire du service BATir de l’Université Libre de Bruxelles. Ils ont mis en avant plusieurs caractéristiques du comportement de ces matériaux :

1. Lors du suivi du retrait restreint à l’aide de l’essai à l’anneau en condition de dessiccation, le béton formulé à base de ciment au laitier de haut-fourneau a fissuré bien avant le béton formulé à base de ciment Portland.

2. Le retrait total en condition libre du béton formulé à base de ciment au laitier de haut-fourneau est nettement supérieur à celui du béton formulé à base de ciment Portland. Cette différence de comportement est principalement due à l’accroissement rapide et plus élevé du retrait endogène des bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau.

Au vu de ces résultats expérimentaux, il a semblé intéressant de déterminer quel était l’impact de la déformation endogène des bétons formulés à base de ciments au laitier de haut-fourneau (CEM III) sur leur sensibilité à la fissuration. Afin de répondre à cette question, les déformations différées (retrait endogène, fluage propre en compression et en traction) au jeune âge de trois compositions de béton avec différentes teneurs en laitier (0, 42 et 71%) ont été étudiées expérimentalement en conditions libre et restreinte. Cependant, le suivi du retrait endogène libre et restreint a nécessité le développement de plusieurs dispositifs expérimentaux limitant au maximum les artefacts de mesure, tels que la TSTM (Temperature Stress Testing Machine). De plus, l’interprétation de ces résultats expérimentaux a également nécessité une caractérisation du comportement de ces matériaux à l’échelle macro- et microscopique.

Finalement, cette étude a montré que malgré une déformation endogène plus élevée, les bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau fissurent après le béton formulé à base de ciment Portland. Ce comportement est dû à :

-l’impact du laitier sur la réaction d’hydratation du matériau cimentaire ;

-la présence d’une expansion de la matrice cimentaire des bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau au jeune âge qui retarde l’apparition des contraintes de traction au sein du matériau ;

-la plus grande capacité de ces matériaux cimentaires à relaxer les contraintes de traction/

Today, the use of concretes with mineral additions (fly ash, slag) for civil engineering structures is spreading worldwide. Indeed, the production of blended cements is more respectful of the environment than the production of Portland cement, because it allows reducing greenhouse gas emissions and using industrial wastes. Slag cement concretes are also largely used for their good resistance to alkali-silica reactions, sulphate attacks and chloride diffusion. However, some of constructions built with slag cement concretes have exhibited cracking at early age due to their restrained deformations, such as thermal, autogenous and drying shrinkage. Following these observations, a preliminary experimental study was realized in the laboratory of BATir Department at ULB. It revealed several characteristics of the behaviour of slag cement concretes:

1. The study of restrained deformations under drying conditions by means of ring tests showed that the slag cement concretes seem more prone to crack than the Portland cement concretes;

2. The total free shrinkage for slag cement concrete is clearly larger than for Portland cement concrete. This difference of behaviour is mainly due to the fast and large increase in the autogenous deformation of the slag cement concrete.

Following these experimental results, the effect of the autogenous deformation on the cracking sensibility of slag cement concretes seemed interesting to investigate. Their deformations (autogenous deformation, compressive and tensile basic creep) have been studied at early age for three concretes characterized by different slag contents (0, 42 and 71%) under free and restrained conditions. For monitoring free and restrained autogenous deformations, several test rigs aimed at limiting artefacts were designed, like the TSTM (Temperature Stress Testing Machine). Moreover, the behaviour of these concretes was also characterized by a study at a macro- and microstructure scale.

Finally, this study shows that the slag cement concretes under sealed and fully restrained conditions crack later than the Portland cement concrete, despite the fact that they are characterized by the largest autogenous deformation. This behaviour is due to:

- the slag effect on the hydration reaction of cementitious material;

- the cement matrix expansion of the slag cement concretes at early age which delays the occurrence of tensile stresses inside the material;

- the largest capacity of this concrete to relax tensile stresses.

Doctorat en Sciences de l'ingénieur
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Kiiashko, Artur. "Amélioration des propriétés rhéologiques et à jeune âge des laitiers alcali-activés au carbonate de sodium." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN033.

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Abstract:

Aujourd'hui, les problèmes environnementaux sont plus graves que jamais. Des mesures urgentes devraient être prises dans tous les domaines de l'activité humaine, y compris la construction. L'un des principaux contributeurs à l'impact négatif de cette industrie sur l'environnement est la fabrication du ciment Portland ordinaire (OPC) nécessaire à la production de béton et d’autres matériaux cimentaire. Malgré son importance, il présente un inconvénient important: sa production est accompagnée par de grandes quantités de gaz à effet de serre. Ils représentent 5 à 8% des émissions mondiales totales de CO2. Des matériaux cimentaires plus écologiques sont maintenant nécessaires.Des réductions significatives de l’impact sur l’environnement ne peuvent être obtenues que par l’utilisation de liants de nouvelle génération dont la fabrication ne nécessite pas beaucoup de processus et de traitements supplémentaires. L'une d'elles consiste à utiliser des déchets industriels comme liants (différentes laitiers, cendres volantes, cendres de biomasse, etc.). De cette manière, il y a non seulement une réduction de l'impact de processus tels que l'extraction minière ou la calcination, mais également le recyclage des déchets (un principe de l'économie circulaire).Une possibilité consiste à utiliser du laitier de haut fourneau (GGBS) comme base pour ce ciment de nouvelle génération. En raison de sa réactivité relativement faible avec l'eau, des suppléments (également appelés activateurs) doivent être utilisés pour favoriser le processus d'hydratation. Le carbonate de sodium (Na2CO3) est l’un des activateurs les plus prometteurs et en même temps les moins étudiés. Un tel ciment alkali-activé présente des propriétés mécaniques et de durabilité élevées, ainsi qu'une empreinte CO2 très faible. Parmi les principaux problèmes qui entravent son utilisation à l'échelle industrielle, on peut mentionner une évolution de la résistance lente à jeune âge et de rhéologie médiocre.L'objectif de la présente thèse est de développer une nouvelle conception du liant à base de laitier activé par Na2CO3, qui répondrait à toutes les exigences modernes du secteur de la construction, en particulier les propriétés rhéologiques et le développement de la résistance à jeune âge. Ce liant doit toujours répondre à au moins trois critères principaux: faible impact environnemental, faibles risques de danger dans les applications sur le terrain et être économiquement compétitif à l'échelle industrielle.Dans le présent travail, l’influence de différents paramètres tels que le rapport eau/liant, la concentration de Na2CO3, la finesse du laitier et les conditions de durcissement sur les propriétés du mélange à jeune âge et à long terme a été étudiée. Sur la base des résultats du processus d’hydratation, les additifs à base de phosphonate qui permettent de contrôler efficacement la rhéologie de tels liants ont été testé avec succès. Ils permettent non seulement de contrôler le temps de prise, mais fournissent également un effet plastifiant.En ce qui concerne l’amélioration des propriétés de résistance au jeune âge, différentes méthodes ont été utilisées. L’utilisation d’un traitement thermique ou d’une augmentation de la finesse du GGBS s’est avérée efficace. L’exploration des causes d’une longue période d’induction a montré que l’accélération pouvait également être obtenue par l’ajout d’une source de calcium à cinétique de dissolution contrôlée. En conséquence, le liant est devenu plus réactif et plus robuste à certains facteurs (concentration d’activateur, rapport eau/liant, conditions de durcissement, etc.). Pour compenser l'empreinte carbone supplémentaire de la source de calcium ajoutée, le liant a été dilué avec succès par le calcaire sans aucune dégradation des propriétés à un certain pourcentage de dilution
Today, environmental problems are more acute than ever. Urgent measures should be taken in all spheres of human activity including construction and civil engineering. One of the major contributors of negative environmental impacts from this industry is the manufacturing of ordinary Portland cement (OPC) required for concrete and other cementitious materials production. Although its importance to economical development, it has a significant drawback - its production is accompanied by the emission of large quantities of greenhouse gases. They account for 5-8% of total world CO2 emissions. More environmentally friendly cementitious materials are now required.Significant reductions of the environmental impact can be achieved only through the use of new-generation binders whose manufacture does not require a lot of additional processes and treatments. One route is through the use of industrial wastes as binders (different slags, fly ash, biomass bottom ash, etc.). In this way there is not only a reduction in the impact of processes such as mining or calcination, but also the recycling of waste materials (circular economy principle).One possibility is to use ground granulated blast furnace slag (GGBS) as the basis for such a new generation cement. Due to its rather low reactivity with water, additional supplements (also called activators) should be used to promote the hydration process. One of the most promising, and at the same time least studied, activators is sodium carbonate (Na2CO3). Such alkali-activated cements present high mechanical and durability properties, as well as a very low CO2 footprint. Among the main problems hindering its industrial scale adoption are their poor rheology and too slow strength gain within the first days of hardening.The objective of the present thesis is to develop a new binder based on Na2CO3 activated GGBS that would meet all the modern requirements of the construction industry, in particular regarding the rheological properties and early age strength development. In addition this binder should always respond to at least three main criteria: low environmental impact, low health and safety concerns in field applications, and be economically competitive at industrial scale.In the present work, the influence of different parameters like water/binder ratio, Na2CO3 concentration, slag fineness and curing conditions on both early age and long term properties of the mixture were studied. Based on the results of the hydration process analysis, phosphonate based additives that allow for the effective control of the rheology of such binders were successfully tested. They not only allow control over the setting time, but also provide a plasticizing effect.Regarding the improvement of early age strength properties, various methods have been used. The use of heat treatment or an increase of GGBS fineness turned out to be efficient. Exploring the causes of the long induction period has shown that acceleration can also be achieved by the addition of a calcium source with controlled dissolution kinetics. As a result, the binder became more reactive and robust against certain factors (activator concentration, Water/Binder ratio, curing conditions, etc.). To compensate for the additional carbon footprint from the added calcium source, the binder was successfully diluted by limestone without any degradation of the properties below some dilution percentages

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Michel, Marie. "Accélération de ciment au laitier par du ciment sulfo-alumineux." Lyon, INSA, 2008. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2008ISAL0115/these.pdf.

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Abstract:

L'emploi d'additions minérales comme le laitier de haut-fourneau dans les ciments permet de réduire de façon conséquente leur impact sur l'environnement. Le développement industriel des ciments au laitier est freiné par des performances mécaniques médiocres et un fort retrait de dessiccation. La présente étude traite de l'accélération de deux ciments au laitier : un CEM III A et un ciment au laitier constitué de 83,5% de laitier de haut-fourneau et de 15,5% d'anhydrite. L'accélération est obtenue par substitution partielle du ciment au laitier par du ciment sulfo-alumineux grâce à la formation d'ettringite qui confère au mortier une montée en résistance rapide et limite le retrait de dessiccation. La présence du clinker Portland dans les ciments au laitier entraîne une prise et un durcissement rapides du mortier liés à l'activation de la yeelimite, constituant principal du clinker sulfo-alumineux, par la portlandite issue de l'hydratation des silicates de calcium. Pour pallier un faible maintien de maniabilité, des retardateurs de prise sont utilisés mais ces derniers ont tendance à altérer les performances mécaniques à moyen terme. Si la présence du clinker Portland dans les premiers instants a un effet négatif, elle permet à plus long terme une activation calcique du laitier et de ce fait une montée en résistance importante. Le taux de chaque constituant (ciment au laitier, ciment sulfo-alumineux et ciment Portland) puis le dosage en sulfate de calcium sont optimisés par l'évaluation des performances mécaniques. Le suivi d'hydratation est réalisé sur pâte pure par diffraction des rayons X (DRX) et thermoanalyse différentielle et thermogravimétrique (ATD-ATG)
The use of supplementary cementing materials such as blast furnace slag, in cements contributes to reduce their environmental impact. The industrial development of slag cements is slowed down by their limited early-age mechanical performances and high drying shrinkage. The present study deals with the acceleration of two slag cements: a slag cement CEM III A and a slag cement containing 83,5% blast furnace slag and 15,5% anhydrite. The acceleration results of the partial replacement of slag cement by calcium sulfoaluminate cement. The hydration of calcium sulfoaluminate cement yields ettringite which allows the cement to develop high early strength. Furthermore, drying shrinkage is limited. The presence of Portland clinker in the slag cements is responsible of quick setting time and quick hardening of the mortar due to the activation of yeelimite, the main component of calcium sulfoaluminate clinker, by portlandite yielded by the hydration of calcium silicate phases. To compensate the limited time of workability, some setting time retarders are introduced but they reduce the medium-term mechanical performances. The presence of Portland clinker has detrimental effect at early age, but increases the medium-term activation of slag and therefore leads to an important improvement of strength. The content of each component (slag cement, calcium sulfoaluminate cement and Portland clinker, and calcium sulphate) is optimized by the evaluation of mechanical performances. To follow the process of hydration of binders, XRD and DTA-TGA analyses have been carried out on cement pastes

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Martin, Isabelle. "Développement d'une matrice à base d'aluminate de calcium pour la cimentation de boues issues de la décontamination d'effluents actifs." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30186/document.

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Abstract:

L'industrie nucléaire est une industrie génératrice de déchets, dont certains sont radioactifs. Ces déchets radioactifs ont des formes et des origines diverses, allant de la paire de gant de manutention faiblement contaminés, à la suspension aqueuse de produits de fissions hautement radioactifs. Dans ce travail, un type de déchet bien particulier a été étudié ; des boues issues de la décontamination d'effluents liquides radioactifs, possédant entre autres les trois particularités suivantes ; * Etre moyennement radioactif, selon les critères de l'ANDRA. * Etre composé d'une forte teneur en eau de constitution (ne pouvant être retirée par simple évaporation) ; * Etre composé d'un sorbant (PPFeNi) dont la stabilité chimique n'est pas assurée pour un pH supérieur à 11. Ces particularités font qu'un enrobage dans une matrice minérale forte consommatrice d'eau, et bas-pH (pH < 11) est envisageable. Le choix c'est alors porté sur le développement d'une matrice ettringitique réalisée à partir d'un mélange de Ciment d'Aluminate de Calcium (CAC) et de sulfate de calcium. Dans un premier temps, la stabilité du sorbant du césium utilisé dans cette étude a été testée dans différents environnements de pH (2 à 14) et de température. Pour cela des analyses chimiques de solution ainsi que des caractérisations du composé par diffraction de rayons X, FTIR et microscopie électronique à balayage-EDS ont permis de fixer les bornes de stabilité que la formulation ettringitique doit avoir. Puis une étude microstructurale (nature et morphologie des produits) de mélanges ettringitiques binaires CAC/sulfate de calcium type hémihydrate et/ou anhydrite a été effectuée afin de caractériser la stabilité de l'ettringite, hydrate fort consommateur d'eau. Les propriétés bas-pH ont été vérifiées notamment par analyse chimique de solutions porales. Certaines limites de ces systèmes concernant le dégagement de chaleur et la possible formation de systèmes expansifs ont été mises en évidence. L'effet de l'augmentation du rapport eau/liant, responsable d'un effet de dilution et permettant de réduire les deux effets précédents, a été également regardé pour ces systèmes binaires. Afin de réduire la chaleur dégagée à court terme tout en permettant le développement de l'hydratation à long terme de systèmes ettringitiques, ces systèmes binaires ont été substitués par des additions minérales à hydraulicité latente type laitier de haut fourneau. Une étude microstructurale de la réactivité du laitier et de la modification de l'assemblage ettringitique a montré une réactivité modérée de ce dernier à jeune âge conformément aux attentes. Pour favoriser sa réactivité à long terme par activation alcaline/sulfatique différentes proportions de sulfate de calcium à dissolution plus lente ont été testés. Les caractéristiques microstructurales de ces systèmes ternaires en présence de différentes teneurs en eau intrinsèquement liée à la nature de type boue du déchet a été étudiée. Enfin, les différentes informations sur l'effet des paramètres de formulation obtenues ont débouché sur la mise en place de tests sur des formulations contenant un déchet simulé inerte et enrichi en chlorures. Des essais systématiques de fluidité, de résistances mécaniques et pour certains d'entre eux d'expansion et de dégagement de chaleur doivent permettre d'identifier une série de mélanges adaptés au test à l'échelle de prototype industriel pour la cimentation de boues
Nuclear industry generated waste including radioactive wastes, which have different forms and origins. The wastes produced by reprocessing of nuclear fuel are characterized by important water content, by high pH and temperature sensitivity. The cementation in ettringite systems might be a promising solution to solidify radioactive wastes. Mixtures of Calcium Aluminate Cement (CAC) and calcium sulfate are planned to be used, instead of Ordinary Portland Cement (OPC), to form a significant amount of ettringite able to catch water molecules when forming. Moreover, due to the low pH of CAC-based matrices, the latter have a good compatibility with the compounds used to stabilize active elements. Initially, the stability of the sorbent of cesium used in this study was tested in different pH environments (2 to 14) and temperature. Chemical analysis and different microstructural characterizations like X-ray diffraction, FTIR and SEM-EDS have allowed to set stability limits of ettringite systems. Then microstructural study on binary systems composed by mixture of CAC/calcium sulfate (hemihydrate and/or anhydrite) was realized to characterize ettringite stability during the time of hydration. Low pH properties were checked by chemical pore solutions analysis. However, the heat generated by hydration and the possible formation of expansive systems require an increase of e/s ratio and additional components like Ground Granulated Furnace Slag (GGBS). These two parameters were studied subsequently. Microstructural study of GGBS reactivity and the modification of ettringite assemblage were showed that GGBS act as filler at early time of hydration. To promote the GGBS reactivity at long term of hydration by alkaline and sulfate activation, different nature of calcium sulfate was used. Then the microstructural characteristic of this ternary system in presence of different e/s ratio was studied. Finally, different information on the effect of formulation parameters obtained led to the development of tests on formulations containing an inert simulated waste and enriched in chlorides. Systematic tests of fluidity, mechanical strength and for some expansion and heat generation should identify a series of mixtures adapted to test prototype to industrial scale for cementing wastes

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Saric-Coric, Mladenka. "Interactions superplastifiant-laiter dans les ciments au laitier : propriétés du béton." Sherbrooke : Université de Sherbrooke, 2002.

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Salesses, Bernard. "Durabilité des matrices ciment Portland - laitier de haut-fourneau activées par des chlorures." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30297.

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Abstract:

Les laitiers de haut-fourneaux (LHF) sont utilisés dans les ciments notamment en raison de l'amélioration globale de la durabilité qu'ils confèrent aux matériaux de construction. Cependant, les liants à forte teneur en laitiers présentent une hydratation plus lente et donc un développement de résistances mécaniques moins rapide que les ciments portland (CP). Des solutions existent pour accélérer le durcissement des liants à base de LHF, notamment l'emploi d'activants chimiques à base de chlorures. Les effets de l'activation des systèmes CP/LHF sur les développements de résistances mécaniques sont abordés dans la littérature, mais leur durabilité est assez peu étudiée. Cette thèse a donc pour but d'évaluer les conséquences de l'utilisation d'activants chlorés sur la durabilité des liants contenant 50% de LHF. D'abord, une analyse des indicateurs de durabilité permet de voir comment l'activant modifie les propriétés de transfert du matériau durci ainsi que sur la structuration du réseau poreux. Cela permet de vérifier que l'activation à jeune âge n'hypothèque pas la durabilité des bétons avec laitier à long terme. Ensuite, une étude de l'état de corrosion des aciers dans ces mélanges est entreprise afin d'évaluer l'impact des activants chlorés, reconnus pour créer de la corrosion dans le béton armé. Des essais électrochimiques couplés à de l'observation directe ainsi qu'une étude microstructurale sur le devenir des chlorures au sein de la matrice cimentaire est effectuée. La faculté des mélanges à base de laitier à fixer les chlorures dans les hydrates est notamment étudiée. Enfin, le comportement des chlorures fixés est analysé, dans le cas où la carbonatation viendrait déstabiliser les hydrates. L'impact d'un relargage éventuel de chlorures est évalué à l'aide d'un modèle couplé carbonatation/diffusion des chlorures
Ground granulated blast-furnace slags (GGBS) are used in cements in particular because of the overall improvement in the durability of building materials. However, binders with a high content of GGBS have a slower hydration and thus a development of mechanical strength slower than Portland cements (PC). Solutions exist to accelerate the hardening of GGBS-based binders, including the use of chemical activators based on chlorides. The effects of activation on the mechanical strength developments of PC/GGBS blends are discussed in the literature, but the durability of these systems is not very developed. This thesis aims to evaluate the consequences of the use of chlorides activators on the durability of binders containing 50% of GGBS. Firstly, an analysis of the durability indicators shows how the activator modifies the transfer properties of the hardened material as well as the structuring of the porous network. This allows to verify that the activation at early age does not decrease the long-term durability of concretes with GGBS. Then, a study of the corrosion state of steels in these blends is realized to evaluate the impact of chlorides activators, known to initiate corrosion in reinforced concrete. Electrochemical tests coupled with direct observation as well as a microstructural study on how interact chlorides in the cement matrix are carried out. The ability of GGBS-based blends to bind chlorides in hydrates is studied in particular. Finally, the behavior of binded chlorides is analyzed, in the case where the carbonation would destabilize the hydrates. The impact of a possible release of chlorides is evaluated using a coupled model carbonation / chloride diffusion

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Khokhar, Muhammad Irfan Ahmad. "Optimisation of concrete mix design with high content of mineral additions : effect on microstructure, hydration and shrinkahe." Ecole centrale de Nantes, 2010. http://www.theses.fr/2010ECDN0048.

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Abstract:

Le ciment utilisé dans la construction est issu de la décarbonatation du calcaire à très haute température, impliquant une émission considérable de CO2. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR EcoBéton piloté par le GeM, Ecole Centrale de Nantes et dont le but est de montrer la faisabilité d’une substitution massive du ciment par des additions minérales telles que les laitiers de hauts-fourneaux, des cendres volantes et des fillers calcaires. Cette substitution implique généralement une diminution de la résistance en compression au jeune âge. Pour résoudre ce problème, une méthode d’optimisation de la formulation des bétons utilisant la relation de Bolomey a été proposée. Au vu des bons résultats obtenus sur mortiers, une série d’essais sur bétons contenant différents taux de substitution a alors été réalisée dans le but de valider la méthode d’optimisation. Pour répondre aux exigences des constructeurs sur les performances des bétons au jeune âge qui conditionnent leur durabilité, une étude expérimentale complète a été réalisée. Des tests standards de mesure des propriétés mécaniques (compression, traction, prise) ont d’abord permis de valider le choix des formulations avec des additions minérales sur la base d’une équivalence de performances. Ensuite, les travaux se sont focalisés sur le processus d’hydratation des écobétons dans le but d’expliquer les évolutions des propriétés mécaniques. Une méthode de mesure par ultrasons de la prise à différentes températures (10°C, 20°C et 30°C) a montré que le laitier et les cendres volantes retardent la prise du béton, alors que les fillers calcaires peuvent avoir un effet accélérateur. Les études calorimétriques sur mortiers et bétons ont permis de calculer les énergies d’activation des différents mélanges et d’observer une baisse de la chaleur d’hydratation des bétons avec additions ce qui est bénéfique pour les ouvrages massifs. Les observations au microscope électronique à balayage et les analyses thermiques ont de plus apporté quelques informations riches sur le processus d’hydratation. Il a été observé que les produits hydratés, quelque soit les formulations, sont les mêmes à long terme, mais leur temps de formation et leur volume sont différents. La dernière partie de la thèse a été consacrée à l’étude des principaux types de retrait. Dans un premier temps, les déformations mesurées sur béton frais ont été corrélées à l’hydratation, à la dépression capillaire et à l’évolution de la porosité. Les résultats ont permis de mettre en évidence que l’utilisation des additions minérales a un effet sur le retrait plastique, mais son impact n’est pas proportionnel à la quantité d’additions. La substitution du ciment par les additions semble avoir un effet prononcé sur la cinétique sans influencer l’amplitude à long terme. L’étude du retrait empêché à l’anneau en conditions de séchage a montré que les bétons contenant des laitiers semblent être plus sujets à la fissuration à long terme que les bétons formulés avec du ciment Portland
The cement being used in the construction industry is the result of a chemical process linked to the decarbonation of limestone conducted at high temperature and results in a significant release of CO2. This thesis is part of the project EcoBéton (Green concrete) funded by the French National Research Agency (ANR), with a purpose to show the feasibility of high substitution of cement by mineral additions such as blast furnaces slag, fly ash and limestone fillers. Generally for high percentages of replacements, the early age strength is lower than Portland cement concrete. To cope with this problem, an optimisation method for mix design of concrete using Bolomey’s law has been proposed. Following the encouraging results obtained from mortar, a series of tests on concretes with different substitution percentages were carried out to validate the optimisation method. To meet the requirements of the construction industry related to performance of concrete at early age, which determine their durability, a complete experimental study was carried out. Standard tests for the characterization of the mechanical properties (compressive strength, tensile strength, and setting) allowed to validate the choice of mix design on the basis of equivalent performance. We focused on the hydration process to understand the evolution of the mechanical properties. Setting time measurement by ultrasound device at different temperatures (10°C, 20°C and 30°C) showed that ground granulated blast furnace slag (GGBFS) and fly ash delayed the setting process, while use of limestone filler may accelerate this process. Calorimetric studies over mortars and concretes made possible to calculate the activation energy of the different mixtures and a decrease in heat of hydration of concretes with mineral additions was observed which is beneficial for use in mega projects of concrete. Scanning Electron Microscopy observations and thermal analysis have given enough information about the hydration process. It was observed that the hydration products are similar for different concrete mixtures, but the time of their appearance and quantity in the cement matrix varies for each concrete mix. Last part of the thesis was dedicated to the study of main types of shrinkage. First of all, deformations measured were correlated to hydration, capillary depression and porosity evolution. Results allowed concluding that the use of mineral additions has an actual effect on the plastic shrinkage behaviour, but its impact is not proportional to the percentage of additions. Substitution of cement by the additions seems to have a marked influence on the kinetics of the shrinkage without any effect on its long term amplitude. The study of restrained shrinkage under drying conditions by means of ring tests showed that concretes with high percentage of slag addition seem more prone to cracking than the Portland cement concretes

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Lognot, Isabelle. "Etude de l'hydratation de laitier de hauts fourneaux et de ses produits en présence de différents activants. Applications aux coulis d'injection." Dijon, 1996. http://www.theses.fr/1996DIJOS011.

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Abstract:

Le laitier granule de hauts fourneaux est un sous-produit de l'élaboration de la fonte composé d'oxydes de calcium, silicium, aluminium et magnésium sous forme vitreuse. Il est utilisé dans l'industrie cimentière en mélange avec le ciment portland. Dans le cas où le laitier constitue la totalité du liant, il doit nécessairement être activé pour développer des propriétés hydrauliques. Les travaux relatifs à la réactivité de ce type de systèmes sont peu nombreux et sujets à contreverses en particulier en ce qui concerne l'identification et les caractéristiques des produits formes. Dans le cadre de ce travail, l'activation du laitier a été étudiée par des solutions alcalines peu concentrées. L'évolution du système a été essentiellement analysée à partir de l'étude des concentrations ioniques en solution, de l'analyse thermogravimétrique des produits et de leurs caractéristiques structurales déterminées par spectroscopie infrarouge. Lors de l'activation alcaline il se forme des hydrosilicates de calcium hydrates incorporant d'autant plus d'aluminates que la solution est plus basique et de l'aluminate de calcium hydrate. L'identification des produits formes a pu être menée à bien grâce à la synthèse des produits purs susceptibles de se former dans les différentes conditions. La caractérisation de ces références a conduit à: préciser la structure des aluminates de magnésium hydrate ; ils ont une structure en feuillet dans laquelle les ions al#3#+ et mg#2#+ se répartissent de façon statistique dans les différents sites, montrer que les aluminates de calcium et de magnésium hydrate sont des composes définis et non des solutions solides d'aluminate de calcium hydrate et d'aluminate de magnésium hydrate, déterminer dans quels sites se localisaient les ions al#3#+ dans les silicates de calcium hydrate suivant la concentration en hydroxyde

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Bertron, Alexandra. "Durabilité des matériaux cimentaires soumis aux acides organiques : cas particulier des effluents d'élevage." Toulouse, INSA, 2004. http://www.theses.fr/2004ISAT0030.

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Abstract:

Ces dernières décennies, la concentration des exploitations agricoles dans certaines zones de l’Europe a engendré des problèmes environnementaux liés à la production d’effluents tels que les lisiers ou les jus d’ensilage. Ceux-ci sont aujourd’hui stockés dans des ouvrages de rétention étanches souvent réalisés en béton. Or, ces effluents contiennent des bactéries et des acides organiques, provoquant une attaque chimique sévère du béton, le pH des jus d’ensilage étant de 4 et celui des lisiers étant compris entre 6 et 8. Ce travail a pour vocations principales l’analyse des mécanismes de dégradation des matrices cimentaires par les acides organiques des effluents et la détermination des paramètres de composition des liants favorisant leur durabilité. A cette fin, des essais de lixiviation, immersion et semi-immersion de pâtes et/ou mortiers de liants ordinaires et spéciaux ont été mis en œuvre. Dans un premier temps, des solutions d’acides organiques, aux pH de 4 et/ou 6, simulaient la partie acide des lisiers. Les modifications physico-chimiques et microstructurales de la matrice ont été analysées par porosimétrie, microsonde électronique, DRX, ATD/DTG, RMN 29Si et 27Al, MEB. En outre, une analyse comparative de différents liants (ciments Portland ordinaire, au laitier, alumineux…) a été réalisée. Dans un second temps, les éprouvettes ont été immergées dans des effluents réels afin d’identifier l’effet spécifique des bactéries dans la dégradation. Ce travail a montré que les acides organiques des effluents provoquent une attaque comparable à celle des acides forts, limitant la durabilité des liants ordinaires, le ciment alumineux offrant des performances légèrement supérieures. Dans les lisiers, la respiration des bactéries provoque la carbonatation de la matrice
In many countries, highly concentrated farming areas are the place of environmental problems linked with the production of manure such as silage effluents or liquid manure. Hence, manure need to be stored in water-tight silos often made of concrete. But, these products contain both organic acids and micro-organisms and constitute a chemically severe environment toward the concrete of agricultural structures since the pH of silage effluent is of 4 and the pH of liquid manure is between 6 and 8. This work aimed at analysing the alteration mechanisms of cement based matrixes by manure’ organic acids, as well as breaking down the binders’ composition parameters favouring the durability. Tests such as leaching, immersion and semi-immersion of pastes and/or mortars made with ordinary and special cements were implemented. Mixes of manure organic acids at pH of 4 and/or 6 were first used in order to simulate the acidic part of liquid manure. Physical and chemical changes as well as modifications in the microstructure of the cement pastes were analysed by porosimetry, electron microprobe, XRD, ATD/DTG, NMR 29Si and 27Al, SEM… Moreover, a comparative study was lead on different binders (ordinary Portland cement, slag cement, aluminous cement…). Then, specimens were immersed in real effluents in order to identify the role of the bacteria in the alteration. It was shown that the attack by manure organic acids may be compared to the one of strong acids. Ordinary binders have equivalent behaviour and aluminous cement offer slightly better performances. In liquid manure, the bacteria’ respiration provokes the carbonation of the matrix

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Van, Rompaey Gilles. "Etude de la réactivité des ciments riches en laitier, à basse température et à temps court, sans ajout chloruré." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2006. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210780.

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Abstract:

Le ciment Portland est de loin le liant hydraulique le plus connu et utilisé depuis de très nombreuses années tant dans le secteur de la construction civile qu’au niveau du stockage des déchets (barrières ouvragées ou matériau de confinement). Le processus industriel qui donne naissance au clinker, constituant de base du ciment Portland, n’a pas subi de modifications depuis des décennies.

Par ailleurs, au cours de ces dernières années, certaines considérations telles que le réchauffement climatique et le développement durable ont mis à mal les industries qui émettent des gaz à effets de serre et qui sont grosses consommatrices d’énergie.

Or, la production de ciment Portland n’est pas uniquement consommatrice de calcaires, d’argiles, de marnes et de combustibles fossiles, elle produit et libère ces gaz à effets de serre tels que le dioxyde de carbone (CO2) et l’hémioxyde nitreux (N2O). Le dioxyde de soufre (SO2), l’acide chlorhydrique (HCl) ainsi que d’autres oxydes d’azote (NOx) sont également émis lors du processus de fabrication du clinker. Le secteur des matériaux de construction contribue de façon importante aux émissions de CO2, le principal responsable du réchauffement climatique.

La problématique majeure de l’industrie cimentière provient d’un simple processus chimique de transformation :la décarbonatation du calcaire ou de la craie, débutant vers 550°C, qui forme de la chaux (CaO) et qui libère du dioxyde de carbone selon la réaction suivante :

CaCO3 =\
Doctorat en sciences, Spécialisation géologie
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Crépault, Étienne. "Rhéologie des bétons frais à base de ciment d’aluminates de calcium." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/28262/28262.pdf.

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Abstract:

L’objet de ce projet est l’étude de la rhéologie des bétons frais à base de ciment d’aluminate de calcium, soit: le LBC et le Ciment Fondu. L’utilisation de ce type de liant hydraulique présente un intérêt substantiel dans le domaine des bétons, tant pour les ouvrages structuraux que pour les réparations en béton. La motivation derrière cette recherche est de mieux comprendre le comportement rhéologique de ce type de béton et ainsi faciliter et élargir leur utilisation dans le domaine du génie civil. Le projet de recherche s’attarde sur différents paramètres spécifiques tels que l’influence du type d’adjuvant, de leurs dosages et de leurs combinaisons, ainsi que l’effet du type de malaxage employé et de sa durée. Pour répondre aux objectifs, la recherche est divisée en deux phases. Une première phase, où les adjuvants sont évalués individuellement, a permis de lancer la seconde, plus complexe, où des conditions de malaxage réalistes, camion toupie et bétonnière mobile, et une combinaison d'adjuvants complète sont mises à l’épreuve. Des résultats forts intéressants ont été obtenus dans cette deuxième phase. L’utilisation d’un superplastifiant en combinaison avec un accélérateur de prise simule l’usage d’une bétonnière mobile. Il est possible d'obtenir, de cette combinaison, de compenser le retard de prise occasionné par le superplastifiant en dosant convenablement l’accélérateur de prise, tout en conservant des propriétés rhéologiques adéquates pour une bonne mise en place. En plus, l’utilisation d’un superplastifiant en combinaison à un retardateur de prise, simulant les conditions de transport dans une bétonnière conventionnelle, a permis de retarder et contrôler le début de la prise. Au point de vue de l’évolution rhéologique, cette combinaison est très efficace lors d’un transport prolongé. Il est possible de retarder la prise en conservant des propriétés rhéologiques adéquates. Pour finir, l’utilisation d’un activateur de prise dans un mélange ayant subi un malaxage prolongé, adjuvanté de superplastifiant et de retardateur de prise, s’est révélée très efficace pour obtenir une durée pratique d’utilisation visée en chantier.
The purpose of this project is to study the rheology of fresh concrete made from calcium aluminates cement, namely: the LBC and Ciment Fondu. Using this type of hydraulic binder has a substantial interest in the field of concrete, both for structural works and concrete repair. The motivation behind this research is to better understand the rheological behaviour of this type of concrete and thus facilitate and expand their use in the field of civil engineering. The research project focuses on specific parameters such as the influence of type of admixture, their dosages and combinations as well, type of the mixing and it duration. In order to meet the objectives, the research is divided in two phases. A first phase, where the admixtures are individually evaluated, was necessary to launch the second and more complex phase, where realistic mixing conditions have been used. Very interesting results were obtained in this second phase. First, superplasticizers in combination with set accelerators were used to simulate a mobile concrete mixer. It is possible with this combination to compensate the set delay caused by the superplasticizer by using an appropriate dosage of set accelerator, while maintaining adequate rheological properties. Secondly, the use of a superplasticizer with a set retarder, simulating the transportation in a ready-mix truck showed promising results in delaying and controlling the setting time. In terms of rheological evolution, this combination is very effective during a prolonged transport; It is possible to delay the setting time while maintaining adequate rheological properties. The use of an activator added to a mixture which has undergone prolonged mixing and including superplasticizer and set retarder was found very effective in obtaining a practical opentime, or “pot life” for a construction site.

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Crépault, Étienne, and Étienne Crépault. "Rhéologie des bétons frais à base de ciment d’aluminates de calcium." Master's thesis, Université Laval, 2012. http://hdl.handle.net/20.500.11794/23358.

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Abstract:

L’objet de ce projet est l’étude de la rhéologie des bétons frais à base de ciment d’aluminate de calcium, soit: le LBC et le Ciment Fondu. L’utilisation de ce type de liant hydraulique présente un intérêt substantiel dans le domaine des bétons, tant pour les ouvrages structuraux que pour les réparations en béton. La motivation derrière cette recherche est de mieux comprendre le comportement rhéologique de ce type de béton et ainsi faciliter et élargir leur utilisation dans le domaine du génie civil. Le projet de recherche s’attarde sur différents paramètres spécifiques tels que l’influence du type d’adjuvant, de leurs dosages et de leurs combinaisons, ainsi que l’effet du type de malaxage employé et de sa durée. Pour répondre aux objectifs, la recherche est divisée en deux phases. Une première phase, où les adjuvants sont évalués individuellement, a permis de lancer la seconde, plus complexe, où des conditions de malaxage réalistes, camion toupie et bétonnière mobile, et une combinaison d'adjuvants complète sont mises à l’épreuve. Des résultats forts intéressants ont été obtenus dans cette deuxième phase. L’utilisation d’un superplastifiant en combinaison avec un accélérateur de prise simule l’usage d’une bétonnière mobile. Il est possible d'obtenir, de cette combinaison, de compenser le retard de prise occasionné par le superplastifiant en dosant convenablement l’accélérateur de prise, tout en conservant des propriétés rhéologiques adéquates pour une bonne mise en place. En plus, l’utilisation d’un superplastifiant en combinaison à un retardateur de prise, simulant les conditions de transport dans une bétonnière conventionnelle, a permis de retarder et contrôler le début de la prise. Au point de vue de l’évolution rhéologique, cette combinaison est très efficace lors d’un transport prolongé. Il est possible de retarder la prise en conservant des propriétés rhéologiques adéquates. Pour finir, l’utilisation d’un activateur de prise dans un mélange ayant subi un malaxage prolongé, adjuvanté de superplastifiant et de retardateur de prise, s’est révélée très efficace pour obtenir une durée pratique d’utilisation visée en chantier.
L’objet de ce projet est l’étude de la rhéologie des bétons frais à base de ciment d’aluminate de calcium, soit: le LBC et le Ciment Fondu. L’utilisation de ce type de liant hydraulique présente un intérêt substantiel dans le domaine des bétons, tant pour les ouvrages structuraux que pour les réparations en béton. La motivation derrière cette recherche est de mieux comprendre le comportement rhéologique de ce type de béton et ainsi faciliter et élargir leur utilisation dans le domaine du génie civil. Le projet de recherche s’attarde sur différents paramètres spécifiques tels que l’influence du type d’adjuvant, de leurs dosages et de leurs combinaisons, ainsi que l’effet du type de malaxage employé et de sa durée. Pour répondre aux objectifs, la recherche est divisée en deux phases. Une première phase, où les adjuvants sont évalués individuellement, a permis de lancer la seconde, plus complexe, où des conditions de malaxage réalistes, camion toupie et bétonnière mobile, et une combinaison d'adjuvants complète sont mises à l’épreuve. Des résultats forts intéressants ont été obtenus dans cette deuxième phase. L’utilisation d’un superplastifiant en combinaison avec un accélérateur de prise simule l’usage d’une bétonnière mobile. Il est possible d'obtenir, de cette combinaison, de compenser le retard de prise occasionné par le superplastifiant en dosant convenablement l’accélérateur de prise, tout en conservant des propriétés rhéologiques adéquates pour une bonne mise en place. En plus, l’utilisation d’un superplastifiant en combinaison à un retardateur de prise, simulant les conditions de transport dans une bétonnière conventionnelle, a permis de retarder et contrôler le début de la prise. Au point de vue de l’évolution rhéologique, cette combinaison est très efficace lors d’un transport prolongé. Il est possible de retarder la prise en conservant des propriétés rhéologiques adéquates. Pour finir, l’utilisation d’un activateur de prise dans un mélange ayant subi un malaxage prolongé, adjuvanté de superplastifiant et de retardateur de prise, s’est révélée très efficace pour obtenir une durée pratique d’utilisation visée en chantier.
The purpose of this project is to study the rheology of fresh concrete made from calcium aluminates cement, namely: the LBC and Ciment Fondu. Using this type of hydraulic binder has a substantial interest in the field of concrete, both for structural works and concrete repair. The motivation behind this research is to better understand the rheological behaviour of this type of concrete and thus facilitate and expand their use in the field of civil engineering. The research project focuses on specific parameters such as the influence of type of admixture, their dosages and combinations as well, type of the mixing and it duration. In order to meet the objectives, the research is divided in two phases. A first phase, where the admixtures are individually evaluated, was necessary to launch the second and more complex phase, where realistic mixing conditions have been used. Very interesting results were obtained in this second phase. First, superplasticizers in combination with set accelerators were used to simulate a mobile concrete mixer. It is possible with this combination to compensate the set delay caused by the superplasticizer by using an appropriate dosage of set accelerator, while maintaining adequate rheological properties. Secondly, the use of a superplasticizer with a set retarder, simulating the transportation in a ready-mix truck showed promising results in delaying and controlling the setting time. In terms of rheological evolution, this combination is very effective during a prolonged transport; It is possible to delay the setting time while maintaining adequate rheological properties. The use of an activator added to a mixture which has undergone prolonged mixing and including superplasticizer and set retarder was found very effective in obtaining a practical opentime, or “pot life” for a construction site.
The purpose of this project is to study the rheology of fresh concrete made from calcium aluminates cement, namely: the LBC and Ciment Fondu. Using this type of hydraulic binder has a substantial interest in the field of concrete, both for structural works and concrete repair. The motivation behind this research is to better understand the rheological behaviour of this type of concrete and thus facilitate and expand their use in the field of civil engineering. The research project focuses on specific parameters such as the influence of type of admixture, their dosages and combinations as well, type of the mixing and it duration. In order to meet the objectives, the research is divided in two phases. A first phase, where the admixtures are individually evaluated, was necessary to launch the second and more complex phase, where realistic mixing conditions have been used. Very interesting results were obtained in this second phase. First, superplasticizers in combination with set accelerators were used to simulate a mobile concrete mixer. It is possible with this combination to compensate the set delay caused by the superplasticizer by using an appropriate dosage of set accelerator, while maintaining adequate rheological properties. Secondly, the use of a superplasticizer with a set retarder, simulating the transportation in a ready-mix truck showed promising results in delaying and controlling the setting time. In terms of rheological evolution, this combination is very effective during a prolonged transport; It is possible to delay the setting time while maintaining adequate rheological properties. The use of an activator added to a mixture which has undergone prolonged mixing and including superplasticizer and set retarder was found very effective in obtaining a practical opentime, or “pot life” for a construction site.

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Aubrun, Céline. "Contribution à l'élaboration d'un ciment osseux acrylique amidonné à base d'HEMA." Thesis, Artois, 2016. http://www.theses.fr/2016ARTO0206/document.

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Abstract:

Les ciments acryliques osseux sont une solution courante pour traiter des lacunes osseuses. L'incorporation de charges permet d'en améliorer les propriétés, ainsi l'amidon pour la dégradabilité, associé à l’acétate de cellulose pour les propriétés mécaniques, et les phosphocalciques pour ces dernières et la bioactivité. Très souvent, le polymère est le polyméthacrylate de méthyle et l'amidon, celui issu du maïs. La majorité des études les concernent. Celle-ci porte donc sur des formulations classiques mais à base de 2-hydroxyéthylméthacrylate, incorporant un amidon de waxy-maïs, maïs, amylomaïs, blé, pois ou pomme de terre, avec ou sans enzyme (α-amylase). L’HEMA apporte sa capacité à s’hydrater et les amidons à se dégrader. Temps et température maximale de prise ont été étudiés en fonction de la formulation, de même, le taux d'hydratation du ciment et sa perte de masse en fonction du temps d'immersion dans un fluide biologique. Les propriétés mécaniques ont été approchées à travers des essais de traction et de compression. La radio-opacité a été prise en compte. Paramètres de prise et taux d'hydratation (d'où un gonflement in situ favorable au comblement d'une lacune) se sont révélés peu influencés par l’origine botanique de l'amidon ou la présence de l'enzyme, contrairement à la dégradabilité. Le gonflement, néfaste si trop important, a été contrôlé grâce à une pré-saturation en eau, la perte des propriétés mécaniques après immersion en découlant l'étant par ajout de plâtre. Le dioxyde de zirconium s’est révélé le radio-opacifiant le plus approprié. L’ensemble des résultats a conduit à formuler deux ciments optimisés en fonction de la dégradabilité recherchée
Acrylic cements are a current solution to deal with osseous gaps. The incorporation of fillers allows improving the properties, so starch for the degradability, associated with cellulose acetate for the mechanical properties, and calcium phosphates for the latter and the bioactivity. Very often, the polymer is polymethyl methacrylate and the starch is issued from corn. So the majority of the studies concern them. Thus this one concerns classic formulations but with 2-hydroxyethylmethacrylate, incorporating starch from waxy-maïs, corn, amylomais, wheat, pea or potato, with or without enzyme (α - amylase). HEMA brings its capacity to hydrate and starches to degrade. Setting time and maximal temperature were studied according to the formulation, also, the water uptake of the cement and its weight loss according to the immersion time in a biological fluid. The mechanical properties were approached through tensile and compression tests. The radio-opacity was taken into account. Curing parameters and water uptake (leading to in situ swelling favourable to the filling of a gap) were little influenced by the botanical origin of starch or by the presence of enzyme, contrary to the degradability. The swelling, negative if too important, was monitored through a pre-saturation by water and the resulting loss of the mechanical properties after immersion through addition of plaster. The zirconia was the most appropriate radio-opacifier. The results led to formulate two cements optimized according to the desired degradability

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Lafond, Emilie. "Etude chimique et dimensionnelle de résines échangeuses d'ions cationiques en milieu cimentaire." Thesis, Dijon, 2013. http://www.theses.fr/2013DIJOS066/document.

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Abstract:

Les résines échangeuses d’ions (REI) sont largement utilisées dans l’industrie nucléaire pour décontaminer certains effluents radioactifs. Après utilisation, elles sont généralement enrobées dans des matériaux cimentaires. Cependant, leur cimentation est compliquée par la forte expansion de certains enrobés de résines. L’origine de cette expansion reste mal connue, de même que les conditions qui la favorisent. Au cours de ce travail, les interactions entre des résines échangeuses d’ions cationiques sous forme Na+ ou Ca2+ et du silicate tricalcique (C3S), du ciment Portland (CEM I) ou du ciment au laitier (CEM III/C) ont été étudiées au jeune âge afin d’améliorer la compréhension de cette instabilité dimensionnelle.Les résultats montrent que lors de l’hydratation d’une pâte de C3S ou de CEM I incorporant des REI sous forme Na+, celles-ci subissent transitoirement une phase d’expansion par suite de la diminution de la pression osmotique de la solution interstitielle. Cette expansion de faible amplitude qui se produit juste après la prise est suffisante pour dégrader l’enrobé par ailleurs fragilisé par un ensemble de processus : faible degré d’avancement de l’hydratation, précipitation de C-S-H moins cohésifs car fortement enrichis en sodium, microstructure hétérogène avec des zones de forte porosité et la précipitation de gros cristaux de portlandite facilement clivables à l’interface REI/matrice.Cette expansion peut être empêchée en réalisant un prétraitement calcique des résines ou en les enrobant avec un ciment au laitier dont la cinétique d’hydratation est plus lente que celle du ciment Portland
Ion exchange resins (IERs) are widely used by the nuclear industry to decontaminate radioactive effluents. After use they are usually encapsulated in cementitious materials. However, the solidified waste forms can exhibit a strong expansion, possibly leading to cracking. Its origin is not well understood as well as the conditions when it occurs.In this work, the interactions between cationic resins in the Na+ or Ca2+ form and tricalcium silicate (C3S), Portland cement (CEM I) or Blastfurnace slag cement (CEM III/C) are investigated at an early age in order to gain a better understanding of the expansion process.The results show that during the hydration of a paste of C3S or CEM I containing IERs in the Na+ form, the resins exhibit a transient expansion of small magnitude due to the decrease in the osmotic pressure of the interstitial solution. This expansion, which occurs just after cement setting, is sufficient to damage the material which is poorly consolidated for several reasons: small hydration degree, precipitation of less cohesive sodium bearing C-S-H, heterogeneous microstructure with highly porous zones and lastly clivable crystals of portlandite at the interface between resins and paste.This expansion can be prevented by performing a calcium pretreatment of the resins or by using a CEM III/C cement with a slower rate of hydration than that of Portland cement

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Houze, Clément. "Étude de la valorisation des laitiers de l'industrie sidérurgique et de production des alliages silico manganèse." Thesis, Paris Est, 2013. http://www.theses.fr/2013PEST1115/document.

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Abstract:

Les industries sidérurgiques et du manganèse génèrent des quantités de laitiers très importantes qui ne sont aujourd'hui peu ou pas valorisées pour la formulation de liants hydrauliques dans le domaine des matériaux de construction. Si le laitier de haut fourneau moulu est bien intégré dans la filière des matériaux de construction, le laitier de convertisseur est majoritairement utilisé sous forme de granulats et le laitier de silicomanganèse granulé n'est aujourd'hui pas valorisé dans cette filière. Les sociétés ArcelorMittal, Ecocem et Eramet produisent ou exploitent ces laitiers, très différents de par leurs origines et leurs compositions, et cherchent à développer des filières de valorisation pour ce type de coproduit. Des études ont déjà montré que le laitier de convertisseur et le laitier de silicomanganèse peuvent être intégrés au sein de matrices cimentaires en remplacement partiel du ciment, mais peu de données sont disponibles sur la connaissance des mécanismes d'hydratation de ces systèmes cimentaires à base de laitier, sur la durabilité de tels systèmes et sur l'impact environnemental que peut impliquer l'utilisation de ces laitiers. Nos travaux de recherche ont porté, sur la caractérisation des laitiers étudiés, en particulier sur la granulométrie, la chimie et la microstructure, puis sur leur réactivité. Les résultats ont montré que le laitier de silicomanganèse peut être comparable au laitier de haut fourneau du point de vue de son hydraulicité latente mais qu'il présente une chimie différente avec notamment une teneur en chaux moindre et une faible part de résidu inerte (10%). Le laitier de convertisseur, qui présente une partie inerte (23%) constituée de composés riches en fer, est fortement basique compte tenu de la présence de chaux et de portlandite et présente un comportement hydraulique. La formulation de systèmes cimentaires binaires (ciment/laitier) a permis de montrer que le laitier de silicomanganèse ajouté à du ciment Portland forme, comme le laitier de haut fourneau, des hydrates (silicates de calcium hydratés) qui participent au développement des résistances mécaniques, similaires. Le laitier de silicomanganèse peut donc être un bon matériau de remplacement du ciment pour la formulation de liants hydrauliques dans le domaine des matériaux de construction. Le laitier de convertisseur présente une plus faible activité hydraulique que les autres laitiers et participe peu au développement de la résistance mécanique des systèmes cimentaires. Cependant, sa forte basicité en fait un bon activateur des laitiers hydrauliques latents. Des systèmes ternaires (laitier de convertisseur/ciment/laitier hydraulique latent) ont donc été réalisés et ont permis de montrer la capacité du laitier de convertisseur à activer le laitier de haut fourneau ou le laitier de silicomanganèse. Ces systèmes cimentaires, composés au minimum de 80 % de laitiers, présentent des performances mécaniques intéressantes pour le domaine des liants hydrauliques routiers. En complément de l'aspect formulation, une étude environnementale a été menée et a permis de montrer que les laitiers ne présentent pas de risque vis-à-vis du relargage de polluants lors de leur utilisation comme composants de matériaux hydrauliques routiers
The steelmaking and manganese industries produce large amount of slag which are little upgraded today for the formulation of hydraulic binder in the field of civil engineering. The ground blast furnace slag (GGBFS) is integrated in the building materials industry but the converter steel slag (BOF slag) is mainly used as aggregates and the silicomanganese slag (LSiMn) is co granulated slag is now not upgraded in this sector. The companies ArcelorMittal, Eramet and Ecocem produces or exploit these slags, which are very different (origins and compositions), and want to develop the valorisation of these byproduct in the field of materials for building construction. Some studies have already shown that the steel slag and the silicomanganese slag can be integrated into cement matrix as component for cement industry. But few data exist about mechanism of hydration of these slags in cement systems, the sustainability of such systems and the environmental impact which involve the use of these slags. Our research concerns first the characterization of our slags, particularly the particle size distribution, the chemical composition and microstructure, and their reactivity. The results showed that the silicomanganese slag can be comparable with the ground granulated blast furnace slag because of their latent hydraulic behaviour but he has a different chemistry composition with lower calcium content and a little part of inert (10%). The steel slag, which has 23% of inert portion (compounds rich in iron) is very basic due to the presence of lime and portlandite and has a hydraulic behaviour. The formulation of binary systems cement (cement / slag) shown that the silicomanganese slag added to Portland cement forms, like blast furnace slag, hydrates (hydrated calcium silicates) which participate in the development of compressive strength. Then, the utilization of silicomanganese slag can be a good alternative for the formulation of hydraulic binders in the field of building materials. The steel slag has a little activity than other hydraulic slags cited and has a little participation for the development of the compressive strength. However, its high alkalinity makes it a good activator of latent hydraulic slags. Ternary cementitious systems (cement/steel slag/slag with latent hydraulic behaviour) have been prepared and show the ability of converter slag to activate the blast furnace and silicomanganese slags. These cementitious systems, composed of at least 80% of slags, have good mechanical properties for hydraulic road binders. In addition to these works, an environmental study was conducted for the slags and the cementitious matrix. The results show that the low leaching of pollutant allows the utilization of our slag as hydraulic road materials

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Mejdoubi, Elmiloud. "Elaboration et étude physico-chimique d'un ciment à base de phosphate de calcium." Toulouse, INPT, 1993. http://www.theses.fr/1993INPT042G.

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Abstract:

Ce travail decrit la preparation d'un ciment hydraulique a usage chirurgical ou odontologique a partir d'un melange solide: phosphate monocalcique ca(h#2po#4)#2, h#2o, phosphate tricalcique ca#3(po#4)#2, et phosphate tetracalcique ca#4p#2o#9 qui apres gachage, evolue vers une hydroxyapatite ca#1#0(po#4)#6(oh)#2. Dans une premiere partie sont determines les differents facteurs qui influent sur la vitesse de prise: adjuvants dans le liquide (glycerophosphate, khpo#4, nh#4oh, h#3po#4, etc. . . ), pre-humidification du melange solide, rapport solide/solution, rapports massiques entre constituants solides, temperature,. . . Dans la seconde partie, l'influence sur la vitesse de prise de ces differents facteurs est examinee precisement au moyen d'un plan experimental de type composite centre. L'equation du modele a ete etablie et le degre d'influence de chaque facteur defini. Le domaine optimal correspondant a un temps de prise convenable (15-40 minutes) est defini. A partir des cinetiques de prise, et du suivi par diffraction des rayons x, spectrometrie infrarouge et microscopie electronique a balayage, les reactions intermediaires conduisant au phenomene de prise et au durcissement sont mises en evidence. Les premiers tests in vitro montrent la parfaite tolerance de ce ciment

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Murgier, Sylvain. "Etude par Résonance Magnétique Nucléaire de différents noyaux d'un liant à base de laitier de haut fourneau : application industrielle." Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066243.

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Kuryatnyk, Tetyana Pera Jean Derevianko Viktor. "Insensibilisation à l'eau des mélanges à base de sulfate de calcium par ajout de clinker sulfo-alumineux." Villeurbanne : Doc'INSA, 2007. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?&id=kuryatnyk.

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Kuryatnyk, Tetyana. "Insensibilisation à l'eau des mélanges à base de sulfate de calcium par ajout de clinker sulfo-alumineux." Lyon, INSA, 2007. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2007ISAL0062/these.pdf.

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Abstract:

Les liants sulfatiques sont des liants économiques mais dont le développement est gêné du fait de leur sensibilité à l'eau. La capacité du clinker sulfo-alumineux à rendre stable à l'eau des mélanges à base de sulfate de calcium ainsi que l'influence de la nature du sulfate de calcium sur les propriétés mécaniques et la microstructure du matériau ont été étudiées. L'insensibilisation à l'eau des mélanges à base de sulfate de calcium a été réalisée par ajout de 30, 50 et 70% de clinker sulfo-alumineux. La présente étude concerne la comparaison des mélanges contenant : gypse naturel et gypse recristallisé ; gypse naturel et β hémi hydrate ; gypse recristallisé et β hémi hydrate. L'étude de l'hydratation des mélanges à base de sulfate de calcium contenant 30, 50 et 70% de clinker sulfo-alumineux a été menée à diverses échéances au moyen de la DRX, ATD - ATG, et de la spectroscopie IR. Il a été montré qu'il se forme de l'ettringite et de la gibbsite quels que soient le rapport sulfate de calcium - clinker sulfo-alumineux ou la nature du sulfate de calcium. Les principaux facteurs déterminant la microstructure et donc les propriétés physiques et la durabilité du matériau ont été retenus : rapport E / S, conditions de conservation (eau ou à l'air), pourcentage de clinker sulfo-alumineux ajouté, nature de sulfate de calcium. A partir de cette étude, il est devenu possible de déterminer la quantité minimale (30%) de clinker sulfo-alumineux assurant la stabilité à l'eau des mélanges. Cependant, il est apparu que les mélanges contenant les deux gypses (naturel ou recristallisé) possèdent une structure cimentaire identique, celle du liant à base d'hémi hydrate est un cas particulier
Binders based on calcium sulfate are cheap but vulnerable in water due to their high solubility. The capacity of calcium sulfo-aluminate clinker to stabilize calcium sulfate based binders as well as the influence of the nature of calcium sulfate on the mechanical properties and microstructure of such materials were investigated. Waterproofing of gypsum based binders was carried out by addition of 30, 50 and 70 % of calcium sulfo-aluminate clinker. The present study compares the bihaviour of pastes containing respectively natural gypsum, recristallized gypsum, and β hemi-hydrate. The study of the hydration of calcium sulfate based binders containing 30, 50 and 70 % of calcium sulfo-aluminate clinker has been carried out by means of XRD, DTA, and IR spectrometry. It was pointed out that ettringite and gibbsite are the main hydrates that formed regardless of the calcium sulfate to calcium sulfo-aluminate clinker ratio or the nature of calcium sulfate. The main factors determining the microstructure and thus the physical properties and the durability of material were the following : W / C ratio, conditions of curing (water or in air), percentage of added calcium sulfo-aluminate clinker, and nature of calcium sulfate. From this study, it became possible to determine the minimal quantity (30 %) of calcium sulfo-aluminate clinker ensuring the stability in water of the different mixtures

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Steger, Laurent. "Etude de l'accélération des ciments à haute teneur en laitier de haut-fourneaux par du chlorure de calcium." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30333.

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Abstract:

Les laitiers de hauts fourneaux sont un coproduit de l'industrie métallurgique, utilisés dans les ciments composés (CEM II & III) en substitution partielle du clinker portland et reconnus notamment pour leurs avantages en termes d'abaissement de chaleur d'hydratation, d'augmentation des performances de durabilité et de réduction du bilan carbone des bétons. Bien qu'atteignant des performances mécaniques ultimes comparables voire supérieures au ciment portland (CEM I), les liants proposant de forts taux de laitier voient le développement de leur résistance mécanique fortement ralenti. Ce phénomène s'explique par une réactivité plus faible du laitier qui nécessite des conditions "d'activation" pour réagir correctement. Il existe divers additifs ayant pour effet d'accélérer le durcissement des ciments, parmi lesquels le chlorure de calcium montre les meilleures performances. Les effets du chlorure de calcium sont particulièrement importants durant les premiers jours de l'hydratation. Cependant, leur usage est fortement règlementé en raison de l'effet corrosif du chlore sur les aciers du béton armé. Les objectifs de la thèse visent à étudier les mécanismes d'action du chlorure de calcium sur les matrices ciment-laitier durant les premiers jours d'hydratation. Un panel de techniques expérimentales a été utilisé pour identifier spécifiquement l'action des chlorures sur le laitier et le ciment. Des couplages DRX-Analyse d'Images MEB et RMN montrent que le chlorure de calcium entraîne une précipitation accélérée de portlandite et d'ettringite, issus de l'augmentation du taux de réaction du clinker. Le démarrage de la réaction du laitier s'opère après environ 12 heures, et n'est pas impacté par le chlorure de calcium. En revanche, le taux de réaction du laitier augmente en présence de l'accélérateur. On observe la formation rapide, importante et exclusive de Sels de Friedel en présence de chlorure, en remplacement des AFm sulfatés et/ou carbonatés. L'augmentation du taux de réaction des phases anhydres entraîne la précipitation de C-S-H supplémentaire. Cette formation de Sels de Friedel et de C-S-H provoquent un remplissage plus rapide de la porosité et l'augmentation des performances mécaniques
Blast furnace slags are a co-product of the metallurgical industry, used in composite cements (CEM II & III) as a partial substitution for Portland clinker and recognized in particular for their advantages in terms of lowering the heat of hydration, increased durability performance and reduced carbon footprint of concrete. Although achieving ultimate mechanical performance comparable to or better than Portland cement (CEM I), binders offering high levels of slag see the development of their mechanical strength greatly slowed down. This phenomenon is explained by a lower reactivity of the slag which requires "activation" conditions to react properly. There are various additives that accelerate the hardening of cements, among which calcium chloride shows the best performance. The effects of calcium chloride are particularly important during the first days of hydration. However, their use is strongly regulated because of the corrosive effect of chlorine on steels of reinforced concrete. The objectives of the thesis are to study the mechanisms of action of calcium chloride on cement-slag binders during the first days of hydration. A panel of experimental techniques has been used to specifically identify the action of chlorides on slag and cement. Coupled results from XRD-NMR SEM experiments show that calcium chloride causes an accelerated precipitation of portlandite and ettringite, resulting from the increase in the reaction rate of clinker. The start of the slag reaction takes place after about 12 hours, and is not impacted by the calcium chloride. On the other hand, the reaction rate of the slag increases in the presence of the accelerator. The rapid, significant and exclusive formation of Friedel salts in the presence of chloride is observed, replacing sulphated and / or carbonated AFm. Increasing the reaction rate of the anhydrous phases results in the precipitation of additional C-S-H. This formation of Friedel salts and C-S-H causes a faster filling of the porosity and the increase of the mechanical performances

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Hasnaoui, Abdelaziz. "Optimisation d'un géopolymère à base de laitier et de metakaolin pour la rélisation d'un béton de structure." Thesis, Cergy-Pontoise, 2019. http://www.theses.fr/2019CERG1019.

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Abstract:

Ce travail concerne le comportement des bétons géopolymères formulés à base de laitier et de métakaolin en utilisant une solution de silicate de sodium comme activateur. La première partie de l’étude s’attache à l’optimisation de la formulation du ciment géopolymère. Pour atteindre cet objectif, un mortier Portland de référence et vingt-quatre mortiers géopolymères ont été développés en faisant varier le rapport massique Laitier/Métakaolin (25/75, 50/50, 75/25) et le rapport molaire SiO2/Na2O, noté RM, des solutions alcalines (RM compris entre 1,0 et 2,0). Les mortiers ont été caractérisés à l’état frais (ouvrabilité et temps de prise) ainsi qu’à l’état durci en termes de résistances mécaniques à la flexion et à la compression, module d’élasticité dynamique et porosité. Les résultats ont montré que le liant géopolymère composé de 50/50 Laitier/Métakaolin avec un rapport molaire RM de 1,8 permet d’obtenir un mortier plus résistant que le mortier de référence tout en assurant une bonne ouvrabilité et une excellente stabilité à l’efflorescence. La deuxième partie du travail porte sur l’étude des performances des bétons géopolymères synthétisés avec le liant optimisé dans la première partie de la thèse. De plus, l’effet des conditions de cure ainsi que l’influence de l’incorporation des granulats recyclés sur les performances de ces bétons ont été évalués. En effet, trois modalités de cure ont été choisies, 20°C et 50% HR, 20°C et 90% HR ainsi qu’une immersion totale dans l’eau à 20°C. Quant à la valorisation des granulats recyclés, trois taux de substitution volumique ont été sélectionnés, à savoir 10, 30 et 50%. Pour tous les matériaux, les propriétés à l’état frais et les performances physiques et mécaniques à l’état durci ont été étudiées. Les résultats obtenus montrent que le durcissement dans un environnement de faible humidité relative conduit à l’obtention de faibles performances physiques et mécaniques en comparaison avec le durcissement à une humidité relative élevée et en immersion totale dans l’eau. En ce qui concerne la valorisation des granulats recyclés, il a été montré que leur introduction induit une diminution de la résistance à la compression et à la traction. En revanche, à des faibles taux de substitution (inférieure à 30%), des performances rhéologiques et mécaniques acceptables sont obtenues.Les résultats expérimentaux du présent travail ainsi qu’un nombre considérable des résultats rapportés dans la littérature ont permis d’évaluer la fiabilité des équations empiriques développées pour la prédiction des propriétés mécaniques des bétons Portland. Pour la prédiction de la résistance à la traction des bétons géopolymères, l’équation proposée pour les bétons Portland reste applicable. Par contre, une nouvelle équation a été proposée pour la prédiction du module d’élasticité
This work concerns the behavior of slag and metakaolin based geopolymer concrete formulated using a sodium silicate solution as activator. The first part of the study focuses on the optimization of the geopolymer cement. To achieve this objective, a reference Portland mortar and twenty-four geopolymer ones were developed by varying the Slag/Metakaolin weight ratio (25/75, 50/50, 75/25) and the molar ratio SiO2/Na2O, RM, of the alkaline solutions (RM between 1.0 and 2.0). The mortars were characterized in the fresh state (workability and setting time) as well as in the hardened state in terms of flexural and compressive strengths, modulus of elasticity and porosity. The results showed that the geopolymer binder composed of 50/50 Slag/Metakaolin with a molar ratio RM of 1.8 allows obtaining a more resistant mortar than the reference one while ensuring a good workability and an excellent stability against efflorescence.The second part of the work deals with the behavior of geopolymer concrete, synthesized with the binder optimized in the first part of the thesis. In addition, the effect of curing conditions and the influence of recycled aggregates incorporation on the performance of these concrete were evaluated. Indeed, three curing methods were chosen, 20°C and 50% RH, 20°C and 90% RH and a total immersion in water at 20°C. For recycled aggregates valorization, three volumetric substitution ratios were selected: 10, 30 and 50%. For all materials, the properties in the fresh state and the physical and mechanical properties in the hardened state were studied. As regards the influence of recycled aggregates, it has been shown that their introduction induces a decrease in compressive and tensile strengths. However, at low substitution ratios (less than 30%), acceptable rheological and mechanical performances are obtained.The obtained results show that curing in a low relative humidity leads to poor physical and mechanical performance compared to hardening at high relative humidity and total immersion in waterThe experimental results of this work as well as a considerable number of results reported in the literature allowed to evaluate the reliability of the empirical equations developed for the prediction of the mechanical properties of Portland concrete. For the prediction of the tensile strength of geopolymer concrete, the proposed equation for Portland concrete remains applicable. Nevertheless, a new equation has been proposed for the prediction of the elastic modulus

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Boutouil, Mohamed. "Traitement des vases de dragage par solidification/stabilisation à base de ciment et additifs." Le Havre, 1998. http://www.theses.fr/1998LEHA0010.

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Abstract:

La rareté des sites de dépôts terrestres et maritimes se conjuguant aux préoccupations environnementales, incitent à davantage de recherches concernant le traitement des vases de dragage. Le travail expose dans la présente thèse est relatif la technique de traitement de solidification/stabilisation à base de ciment et additifs. Celle-ci, de par ses fonctions de solidification de la structure de la vase et d'immobilisation des polluants métalliques, constitue une alternative de traitement et de valorisation. Tout en présentant la technique de solidification/stabilisation à base de ciment, la synthèse bibliographique s'intéresse a la caractérisation des matériaux de base, à savoir les vases de dragage et les ciments, aux protocoles d'essais appliques aux composites vase-ciment ainsi qu'à leurs performances physico-mécaniques et environnementales. L'étude expérimentale commence par la mise au point d'une méthodologie expérimentale appliquée au traitement des vases par le ciment. L'amélioration des caractéristiques physico-mécaniques de vases de dragage par solidification est ensuite examinée en fonction de plusieurs facteurs : teneurs en eau initiales, type de ciment, dosage en ciment, conditions et durées de stockage. La résistance a la compression associée à des mesures de porosité, de vitesse des ultrasons et des teneurs en eau après solidification, constituent les indicateurs de performances des vases solidifiées. La dernière partie de ce travail expérimental utilise la méthodologie des plans d'expériences dans l'étude de solidification/stabilisation en fonction de plusieurs facteurs (type de ciment, type de vase, chaux, cendres volantes). L'analyse statistique du plan d'expérience adopte a permis de dégager les paramètres prédominants vis-à-vis de la résistance a la compression avant et après immersion dans l'eau. La lixiviation des métaux lourds est également abordée dans ce travail expérimental.

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Mary-Dippe, Christine. "Determination des superplastifiants et des plastifiants dans les materiaux a base de ciment durcis." Paris 6, 1997. http://www.theses.fr/1997PA066458.

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Abstract:

L'augmentation des performances des materiaux a base de ciment provient en partie de l'emploi d'adjuvants et, en particulier, de superplastifiants et de plastifiants tels que le copolymere formaldehyde-naphtalene sulfonate (pns), le copolymere formaldehyde-melamine sulfonate (ms) et le lignosulfonate (lg). Le controle de ces materiaux necessite une methode de determination de l'adjuvant dont la mise au point est l'objectif de cette etude. La principale methode d'analyse est la chromatographie en phase liquide avec une detection par spectrometrie uv. L'adjuvant est extrait du materiau par dissolution de ce dernier dans l'acide orthophosphorique. Les solutions d'extraction sont analysees par chromatographie de partage a polarite de phases inversee avec une colonne de type de styrene-divinylbenzene et un gradient d'elution forme par le melange d'une solution d'acide orthophosphorique et d'acetonitrile. Cette methode permet d'identifier et de quantifier le pns et le lg dans les pates de ciment, les mortiers et les betons. L'analyse d'echantillons ages de 1 mois a 2 ans montre que le pns est stable dans ces materiaux alors que le lg evolue lentement. Toutefois, la degradation du lg n'affecte que tres faiblement la determination du dosage en adjuvant. La principale limitation est l'adsorption de l'adjuvant sur le residu insoluble. Ce phenomene etant difficilement previsible, l'analyse d'un echantillon inconnu requiert un etalonnage avec des eprouvettes etalons (meme composition et doses variables d'adjuvant). La chromatographie d'exclusion sterique en phase aqueuse et la pyrolyse couplee a la chromatographie en phase gazeuse peuvent aussi etre utilisees pour repondre au probleme avec un pns et un lg. Quant a la ms, elle s'hydrolyse en milieu basique. Pour evaluer son dosage dans les materiaux, il faut avoir recours a la determination de la teneur en azote selon la methode de kjeldahl, qui presente l'interet d'etre independante de l'age de l'echantillon.

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Younsi, Akli, and Akli Younsi. "Carbonatation de bétons à forts taux de substitution du ciment par des additions minérales." Phd thesis, Université de La Rochelle, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00717844.

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Abstract:

Le ciment est la principale source des impacts sur l'environnement de l'utilisation du matériau béton. Afin d'optimiser ce dernier d'un point de vue environnemental, il est nécessaire de réduire son dosage en ciment. Cela peut être entrepris en remplaçant une partie du ciment par des additions minérales lors de sa fabrication.Ces travaux de thèse visent à étudier les phénomènes physico-chimiques ayant lieu lors du processus de carbonatation de bétons à forts taux de remplacement du ciment par des additions minérales ainsi que leur résistance à ce type d'attaque.Une campagne expérimentale a été menée sur des bétons de référence préparés à base de ciments courants et sur des Écobétons préparés en substituant une partie du ciment par des cendres volantes ou du laitier de haut-fourneau. Les différentes études menées portent sur la durabilité des Écobétons vis-à-vis de la carbonatation, sur l'équivalence de performances des Écobétons avec celles des bétons de référence, et sur les paramètres de composition et de microstructure contrôlant la cinétique de carbonatation. La carbonatation a été étudiée en conditions accélérées et naturelles. Les résultats montrent que les Écobétons à forts taux de substitution du ciment par des cendres (50 %) ou du laitier (75 %) pourraient remplacer, dans certains cas, les bétons conformes à la norme en vigueur.En complément à l'étude expérimentale, des simulations numériques du couplage hydratation/séchage ont été menées en vue de déterminer l'effet du séchage sur les propriétés contrôlant la cinétique de carbonatation accélérée des bétons étudiés (la porosité, la quantité de Portlandite et le degré de saturation en eau liquide). Les résultats montrent que la cinétique de séchage augmente avec le taux de substitution du ciment par des additions. Ils remettent aussi en cause la pertinence du préconditionnement des échantillons lors de l'essai de carbonatation accélérée mené selon la norme française XP P 18-458 actuellement en vigueur.

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Karam, Reine. "Valorisation de sédiments marins non calcinés dans un liant alcali-activé à base de Laitier de Haut-Fourneau." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0052.

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Abstract:

Dans un monde qui s’oriente de plus en plus vers le développement durable, les matériaux alcali-activés (AAM) à base de co-produits industriels comme le laitier granulé de hauts fourneaux moulu (GGBFS), sont apparus comme étant de nouveaux types de liants pour diverses applications dans le domaine du Génie Civil. Les AAM sont d’une grande importance puisqu’ils présentent une résistance mécanique élevée et une bonne résistance aux attaques chimiques.D’autre part, les sédiments marins dragués peuvent également être utilisés comme précurseurs de tels liants. En Europe, de grands volumes de sédiments sont dragués annuellement dans les ports mais l’évolution de la réglementation va tendre à restreindre leur immersion en mer.La valorisation d’une partie de ces sédiments en tant que matières premières entrant dans la composition de liants contribuerait à limiter leur stockage et leur donnerait de la valeur ajoutée.Notre étude est orientée alors vers la réalisation d’un liant minéral alcali-activé, basé sur l'activation du GGBFS, incorporant la fraction fine de sédiments marins de dragage non calcinés.Le premier objectif de ce travail est d’étudier l’effet de l’incorporation des sédiments sur l’activation alcaline et le second est de déterminer les constituants des sédiments qui sont à la base de la perturbation de la cinétique d'activation alcaline. Une approche par analyses multi-échelles macro et microstructurales a été réalisée pour caractériser les matériaux bruts et formulés et mettre en lumière les facteurs d'influence
In a world that is increasingly oriented towards sustainable development, alkali-activated materials (AAM) based on industrial by-products such as granulated ground blast furnace slag (GGBFS), have emerged as new types of binders for various applications in the field of civil engineering. AAMs are of great importance because they have high mechanical strength and good resistance to chemical attack.On the other hand, dredged marine sediments can also be used as precursors of such binders. In Europe, large volumes of sediment are dredged annually in ports, but changes in regulations will tend to restrict their disposal at sea.The recovery of part of these sediments as raw materials for binders would help to limit their storage and give them added value.Our study is then oriented towards the production of an alkali-activated mineral binder, based on the activation of GGBFS, incorporating the fine fraction of un-calcined marine dredged sediments.The first objective of this work is to study the effect of sediment incorporation on alkaline activation and the second is to determine the sediment constituents that are at the basis of the disturbance of alkaline activation kinetics. A multi-scale macro and microstructural analysis approach was used to characterize the raw and formulated materials and highlight the influencing factors

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Jacquemot, François. "Accélération du durcissement des liants à base de laitier de haut fourneau pour les produits préfabriqués en béton." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10123/document.

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Abstract:

Les travaux rapportés dans ce mémoire de thèse visent à proposer des solutions industriellement viables pour accélérer le durcissement du laitier granulé moulu de haut fourneau dans les produits en béton à travers une synergie entre l’activation chimique et thermique. Ces solutions doivent également être à la fois durables et environnementalement bénéfiques. Plus précisément, il s’agit d’obtenir sur des bétons incluant une forte teneur en laitier de haut fourneau, des résistances à court terme équivalentes à celles obtenues sur des bétons à base de ciment Portland de type CEM I 52,5, en se plaçant dans des conditions représentatives de celles de l’industrie de la préfabrication. L’objectif de résistance à la compression a donc été fixé à 23,4 MPa à 8 heures après traitement thermique à 65 °C. L’activation par voie chimique des laitiers seuls ou en présence de ciment Portland a été l’objet principal des travaux expérimentaux menés sur mortier. Sous couvert de valider leur durabilité, les solutions développées sont en plusieurs points plus avantageuses que la référence à base de ciment Portland de type CEM I 52,5
The reported study aims to propose industrially viable solutions in order to accelerate the hardening of ground granulated blast furnace slag in precast concrete products thanks to both chemical and thermal activations. These solutions also have to be durable and environmentally friendly at the same time. More precisely, concrete with high content of slag should reach equivalent short term performance to CEM I 52.5 Portland cement based concrete, when placed in representative conditions of precast concrete industry. An objective of compressive strength was fixed at 23.4 MPa at 8 hours after thermal treatment at 65 °C. Thus, chemical activation of slag only or blended with Portland cement has been the main subject of the experimental works carried out on mortars in order to reach the objective previously defined. On condition that their durability is validated, the solutions that have been developed are by several aspects more advantageous than the CEM I 52.5 Portland cement based reference

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Fantozzi-Merle, Catherine Barna Radu Brauer Christine de. "Etude de matériaux à base de liant hydraulique contenant des polluants organiques modèles propriétés structurales et de transfert /." Villeurbanne : Doc'INSA, 2005. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=fantozzi-merle.

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Fantozzi-Merle, Catherine. "Etude de matériaux à base de liant hydraulique contenant des polluants organiques modèles : propriétés structurales et de transfert." Lyon, INSA, 2003. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2003ISAL0038/these.pdf.

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Abstract:

Notre travail vise à évaluer l'impact de l'incorporation de polluants organiques modèles sur les propriétés physico-chimiques d'une matrice cimentaire et à étudier sur le long terme, le relargage de ces polluants et de certains cations minéraux de la matrice en scénario de lixiviation. La première partie est consacrée à la caractérisation des propriétés structurales des matériaux par RX, IR, MEB, porosimétrie, à l'évaluation de leurs performances mécaniques et à l'étude de l'influence des polluants sur la prise, suivie par calorimétrie. La méthodologie d'évaluation du transfert de polluants développée en seconde partie, repose sur des tests de lixiviation dont certains ont été adaptés pour prendre en compte la spécificité des polluants organiques. L'objectif est de dégager les propriétés physico-chimiques et les tests de lixiviation les plus pertinents pour évaluer l'applicabilité du procédé de Stabilisation/Solidification par liant hydraulique à des déchets contenant une fraction de polluants organiques
Our research aims to assess how the incorporation of organic pollutants will affect the physicochemical properties of a cement matrix, and to carry out a long term study of the resulting binders and their leaching behavior. The characterization of the materials includes a structural study using XRD, IR, SEM, porosimetry, a determination of their mechanical performances and a calorimetric investigation into the effects of pollutants on the hydration behavior of the material. The assessment methodology to investigate the long-term release of organic pollutants is based on leaching tests. Some of these have been adapted to take into account the specificity of organics. The objective is to point out relevant physicochemical properties and to propose a pertinent leaching tests to evaluate the Stabilization/Solidification process that is applied to wastes which contain organic pollutants

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Le, Chatelier Henry. "Recherches expérimentales sur la constitution des ciments hydrauliques." Paris : Bibliothèque universitaire Pierre et Marie Curie (BUPMC), 2009. http://jubil.upmc.fr/sdx/pl/toc.xsp?id=TH_000320_001&fmt=upmc&idtoc=TH_000320_001-pleadetoc&base=fa.

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Kowalczyk, Kathy. "Polycondensation de l'acide diamidophosphorique : application à la formulation d'un nouveau ciment par réaction acide-base." Compiègne, 1992. http://www.theses.fr/1992COMPD453.

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Abstract:

Nous présentons une étude de la réactivité de l'acide diamidophosphorique et de son dérivé de condensation vis-à-vis de l'oxyde de magnésium. L'acide diamidophosphorique est un composé qui en solide présente des liaisons hydrogène entre les groupements P-OH et P-NH2. Cette structure solide favorise une évolution dans le temps de cet acide vers les espèces thermodynamiquement les plus stables. Cette évolution très lente à temperature ambiante se caractérise par l'apparition d'ammonium. Une étude de la cinétique de condensation de cet acide nous a permis de caractériser les espèces thermodynamiquement les plus stables : le trimétaphosphimate d'ammonium; le diamido 1,2 imidodiphosphate d'ammonium. L'énergie d'activation globale de cette réaction de condensation est de 120 kJ/mole. Ces espèces stables ont alors été utilisées pour la préparation d'un ciment phosphaté par réaction acide-base. Grâce à un plan d'expérience, nous avons déterminé la formulation confèrent au ciment une résistance mécanique élevée : 30% d'acide diamidophosphorique condensé, 10% d'eau, 60% d'oxyde de magnésium. La résistance mécanique ainsi obtenue est de 27 MPa. La réaction de prise de ce ciment a alors été étudiée. On obtient un mécanisme de prise avec comme étape principale l'hydrolyse du trimétaphosphimate d'ammonium.

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Benazzouk, Amar. "Contribution à la valorisation de déchets de caoutchouc : composites cimentaires à base de caoutchouc compact et cellulaire." Amiens, 2002. http://www.theses.fr/2002AMIE0214.

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Conte, Théau. "Impact des nano-particules sur le comportement au jeune âge et à l’état frais des matériaux à base de ciment." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLN024/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse rentre dans le cadre de la problématique générale, en plein développement actuellement, concernant l’exploitation des nanotechnologies pour le développement d’écomatériaux, dont les propriétés sont significativement améliorées et élargies. A cause de leur surface spécifique particulièrement élevée, l’ajout d’une infime quantité (de l’ordre du % par rapport au ciment) de particules nanométriques à une formulation d’un matériau cimentaire peut entrainer des modifications significatives des propriétés du produit. Ces modifications peuvent intervenir à tout niveau de maturation du matériau en impactant les propriétés correspondantes : état frais (rhéologie), jeune âge (cinétique de prise, retrait, fissuration) et état durci (propriétés mécaniques, thermiques et durabilité).Le principal travail de cette thèse a consisté à étudier l’impact de nano particules isotropes (nano silice) et anisotropes (nano argile) sur la rhéologie des matériaux cimentaires à l’aide d’un nouveau protocole : la rhéologie oscillatoire aux grandes amplitudes. De plus, l’impact de celle-ci sur le processus d’hydratation des matériaux contenant de hauts dosages en laitier de haut fourneaux a aussi été étudié
This PhD gets in the larger topic of the use of nano-technology to develop eco-friendly materials whose properties are improved. Due to their very high specific surface, a very low quantity (only a few percent) of nano particles into a cement-based material can induce significant changes of materials properties. These changes can take place at every ages of materials such as fresh state (rheology), young age (kinetic of hydration, shrinkage) or long term (mechanical, thermal properties and durability). During this PhD, different types of nano particles are considered: isotropic (nano silica) or anisotropic (nano clay). The main objective is to consider the impact of nano particles on rheological properties considering a new rheological protocol: large amplitude oscillation shear (LAOS). Besides, interaction between nano particles and hydration products in the case of cement based material containing high dosage of slag is also considered. This study will help to understand how nano particles change material properties at fresh state and young age. Indeed, it is at these ages that materials properties are lower when cement is replaced by other material

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Labbani, Fayçal. "Contribution à l'étude d'un composite cimentaire à base de déchets de caoutchouc : influence des variations de températures sur son comportement mécanique." Amiens, 2006. http://www.theses.fr/2006AMIE0605.

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Abstract:

Le présent travail apporte une contribution sur le plan expérimental à l’étude du comportement d’un composite cimentaire à base de déchets de caoutchouc, issus de l’industrie automobile, sous l’effet des variations de température. Dans un premier temps, nous faisons une synthèse bibliographique sur les différentes filières de valorisation de ces déchets. Cette étude a montré qu’actuellement, aucune filière existante n’est capable de résorber l’énorme quantité de ces déchets. Afin de préserver l’environnement, la recherche de nouvelles voies de valorisation paraît nécessaire. Des études sur leur recyclage dans les matériaux de construction en les incorporant dans une matrice cimentaire, sous forme de granulats, ont été effectuées. Ces travaux ont montré la faisabilité d’association matrice cimentaire / granulats de caoutchouc ainsi que l’intérêt de ces inclusions dans l’amélioration de la déformabilité et du comportement thermo-hydrique de ces composites.

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Aranda, Berenger. "Réactivité et durabilité à base de sulfate de calcium et de liants minéraux classiques." Rennes, INSA, 2012. http://www.theses.fr/2012ISAR0001.

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Abstract:

Le Kerysten® est un liant à base de sulfate de calcium produit par calcination flash. Il possède la particularité d’être un mélange d’anhydrite γ (CaSO4) et d’hémihydrate (CaSO4. 0,5H2O) qui semblent se répartir dans un grain complexe qui confère au Kerysten® plusieurs états métastables et stables. L’étude de la prise du Kerysten® a montré qu’il possède une réactivité différente de celle d’un plâtre β commercial et des propriétés mécaniques supérieures, à taux de gâchage équivalent. Ces propriétés sont apportées par le grain complexe du Kerysten®. L’étude d’un mélange à base de 70% de Kerysten® et de 30% de ciment Portland a montré l’existence d’interactions au moment de la prise du liant composite. La prise du gypse est très rapide. L‘obtention d’un squelette de gypse ralentit l’hydratation des phases cimentaires dans le mélange. La précipitation de ces phases se fait alors dans les pores du mélange. Dans ce matériau, le Kerysten® apporte une bonne dureté au matériau aux très jeunes âges tandis que le ciment Portland fournit des résistances mécaniques relativement importantes. Nous avons observé les mêmes phénomènes lorsque nous avons réalisé des mortiers de mélanges avec des proportions de Kerysten® comprises entre 50% et 98%. En particulier, les formulations contenant des proportions en Kerysten® comprises entre 80% et 95% ont des résistances mécaniques, au moins, égales à celles du mortier contenant 100% de ciment Portland. La durabilité du mélange à base de 70% de Kerysten® et de 30% de ciment Portland a été testée dans des solutions d’acide chlorhydrique, d’acide sulfurique, de sulfate d’ammonium et d’eau. Ces attaques chimiques provoquent une dissolution importante de l’hydroxyde de calcium et des sulfates de calcium présents dans ces liants. Elles ont aussi engendré la formation de précipités pouvant contenir du carbonate de calcium ou du gypse associés à des silicates de calcium et des aluminates de calcium. Ces dégradations ont entrainé une chute importante des résistances en flexion 3 points des éprouvettes, mais les résistances en compression restent bonnes ainsi que les duretés. L’ajout de 30% de ciment Portland dans le Kerysten® permet d’améliorer la résistance du mélange face aux agressions chimiques. Cela permet aussi de tirer parti des avantages de chaque constituant du mélange pour résister à ces agressions
Kerysten® is a calcium sulfate binder product by “flash calcination”. The binder is originally made of γ-anhydrite (CaSO4) and hemihydrate (CaSO4. 0,5H2O). These two phases form a complex grain which leads to one stable state and two metastable states. To compare the settings of the Kerysten® and a plaster of Paris, we have synthesized both materials with the same quantity of water and the same quantity of retarding admixture. The Kerysten® reacts faster with water than the plaster of Paris. The mechanical properties of the Kerysten® are more important than these of the plaster of Paris. These differences are due to the complex grains of the Kerysten®. We have hydrated a mixture of 70% of Kerysten® and 30% of Portland cement. During the setting, gypsum skeleton has been formed first. This phase has delayed the hydration of the cementitious phases which have precipitated into the porous system. In this material, Kerysten® improves the hardness of the material at early stage and cementitious precipitates improve mechanical strengths. We have studied mortars made with different ratios of Kerysten® and Portland cement. Mortars with small quantities of Portland cement between 5% and 20% have mechanical strengths as important as these of a 100% Portland cement mortar. Prismatic specimens have been made of the mixture of 70% of Kerysten® and 30% of Portland cement. Their durability has been studied under different conditions of chemical attacks: prismatic specimens have been dept in water, in chloride acid, in sulfuric acid and in ammonia sulfate acid for a period of 92 days. Attacks have provoked an important dissolution of calcium hydroxide and calcium sulfate of the materials. Then, calcium carbonate and gypsum have precipitated in the solution. The precipitates contained also cimentitious phases fallen from the porous system. The degradations have caused a strong decrease of the 3-points flexural strengths, whereas the compressive strengths and the hardness have less decreased. An addition of 30% of Portland cement in the Kerysten® improves the chemical resistant of the material. Thanks to Kerysten®, cimentitious phases have been less dissolved. Thanks to Portland cement, strengths stayed good

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FRYDA, HERVE. "Piegeage du cesium dans des materiaux a base de ciment alumineux et de fumee de silice." Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066326.

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Abstract:

La cure d'une pate constituee de ciment alumineux, de fumee de silice et d'une solution aqueuse de cesium conduit au piegeage du cesium au sein d'une phase solide hydratee. Une premiere etape d'immobilisation du cesium intervient au debut de la cure, par adsorption au sein d'une phase amorphe microporeuse, riche en aluminium, entourant les particules de fumee de silice. La prolongation de la cure, alors que le ciment est deja hydrate, mene a la cristallisation d'une zeolite: la chabazite. Le cesium se retrouve alors immobilise dans le reseau de ce cristal. Un test de lixiviation severe prouve l'efficacite de cette immobilisation. La chabazite se forme egalement lorsqu'un melange ciment alumineux-fumee de silice, pre-hydrate sans cesium, est mis au contact d'une solution de cesium. La formation de la chabazite est favorisee par la stabilisation de sa structure cristalline par un cation alcalin de taille suffisante. Le cesium et le potassium sont efficaces, mais pas le sodium. Un traitement thermique a haute temperature (1350c) du melange ciment alumineux-fumee de silice hydrate en presence de cesium conduit a la formation d'une phase cesiee tres stable ; la pollucite. La volatilisation du cesium due au traitement thermique est faible et le piegeage du cesium par la pollucite est extremement efficace

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Villain, Géraldine. "Caractérisation de la prise de matériaux a base de ciment par propagation d'ondes acoustiques et ultrasonores." Lyon, INSA, 1997. http://www.theses.fr/1997ISAL0077.

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Abstract:

Ce travail est une étude du comportement des matériaux à base de ciment, pendant la prise, à l'aide d'essais de propagation d'ondes de compression et de cisaillement. Les matériaux testés, contenant des bulles en plus ou moins forte concentration, sont le béton cellulaire et le mortier. Ils sont présentés dans la première partie de ce mémoire. La deuxième partie est consacrée aux modélisations théoriques du comportement de ces matériaux hétérogènes en petites déformations. La première approche par homogénéisation périodique conduit à la loi de comportement viscoélastique compressible isotrope du matériau homogène macroscopiquement équivalent soumis à une sollicitation harmonique de grande longueur d'onde par rapport à la taille des hétérogénéités. La seconde approche par méthode auto cohérente complète la première en permettant d'obtenir une estimation des modules rhéologiques. La troisième partie présente le dispositif non destructif d'essai de propagation d'ondes basse fréquence de compression et de cisaillement ainsi que l'analyse des résultats expérimentaux. Nous étudions alors l'évolution des caractéristiques rhéologiques pendant la prise et 1' influence des paramètres de préparation et de formulation des matériaux. La quatrième partie concerne 1' étude du durcissement du béton cellulaire pendant son autoclavage. L'autoclave de laboratoire a été équipé d'un dispositif de propagation d’ondes ultrasonores. La mesure de la vitesse de l'onde permet de déterminer l'évolution mécanique du matériau ainsi que les influences des paramètres du palier d'autoclavage puis de la formulation
This thesis studies the behaviour of materials with cement pastes, by means of devices using compressional and shear waves. Materials tested, containing more or less bubbles, are aerated concrete and mortar. They are presented in the first part of this work. The second part deals with theoretical models of the behaviour of these heterogeneous materials under small strains. The first approach by periodic homogenization gives the viscoelastic, compressible, isotropic behaviour law of the homogeneous macroscopically equivalent material submitted to harmonic stress of large wave length compared with heterogeneities’ size. The second complementary approach by self-consistent method leads to an estimated value of each rheological macroscopic modulus. The third part describes the non-destructive device generating low frequency compressional and shear waves and presents analysis of experimental results. Then we study the evolving rheological characteristics during setting and the influence of preparation and formulation parameters. The forth part deals with the study of aerated concrete hardening during autoclaving process. The laboratory autoclave is equipped by ultrasonic transducers. Wave velocity measurement leads to the material mechanical evolution and the influences of autoclaving stage parameters, of formulation parameters

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Mohamadou, Bassirou. "Contribution à la caractérisation mécanique de composites à base de ciment renforcé par fibres de verre." Lyon 1, 1994. http://www.theses.fr/1994LYO10022.

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Abstract:

Le present travail concerne la caracterisation mecanique en traction, en compression, en cisaillement et en flexion des composites a matrice cimentaire renforcee par des fibres de verre (ccv). Les essais de flexion quatre points montrent d'une part que l'une des faces des eprouvettes est apparemment plus rigide que l'autre et d'autre part qu'il faut apporter une correction pour le calcul des modules secants du materiau. Les essais de traction ont montre qu'il n'y a pas de difference significative en terme de module secant et de limite elastique entre deux geometries d'eprouvettes prealablement definies. La rupture en compression n'a pas pu etre obtenue a cause d'une initiation de fissures sur les bords des eprouvettes. Une analyse par elements finis montre la limite de la flexion trois points comme moyen d'investigation de la resistance au cisaillement de ce materiau. La comparaison des resultats de la traction et de la flexion montre que l'effet de taille ne suffit pas a expliquer la difference entre la limite elastique en traction et en flexion. A partir des resultats de la flexion, les comportements de l'eprouvette en traction et compression sont construits pas a pas pour comparaison avec les essais directs. Inversement le comportement apparent de flexion est reconstruit a partir de la traction directe et d'une hypothese de reponse lineaire en compression. Les resultats montrent qu'il est impossible, pour ce materiau fragile, d'obtenir la loi de comportement en traction a partir des essais de flexion

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Le, Rouzic Mathieu. "Étude des propriétés physico-chimiques et mécaniques des matériaux cimentaires à base d’oxyde de magnésium." Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1082/document.

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Abstract:

Les ciments phosphomagnésiens sont des ciments inorganiques de la famille des ciments activés par des acides. Malgré le fait qu'ils soient connus depuis le début du XXème siècle, leur utilisation reste assez limitée dans le génie civil. Ces matériaux sont utilisés dans le cadre de réparation notamment pour des réparations routières qui nécessitent un développement rapide des résistances en compression. Plus récemment, ces ciments ont été utilisés pour des applications de stabilisation/solidification (S/S) des déchets et notamment de certains types de déchets chimiquement incompatibles avec le ciment Portland. Toutefois, les défis de mise en œuvre de ce type de ciment sont liés à la nature même de la réaction, très exothermique et très rapide. La phase liante de ces ciments, la k-struvite (MgKPO4.6H2O), est obtenue par un mélange de magnésie (MgO) et de dihydrophosphate de potassium (KH2PO4) en présence d'eau. MgO + KH2PO4 + 5H2O  MgKPO4.6H2OLes mécanismes qui régissent la prise de ce ciment sont encore mal connus et plusieurs théories, mettant en jeu ou non la formation de produits secondaires, ont été proposées. Nos travaux de recherche ont porté sur la compréhension des mécanismes de prise des ciments phosphomagnésiens ainsi que sur l'influence des paramètres de formulation sur les propriétés de ces ciments. L'étude a montré que la formation de la k-struvite passe par une réaction de précipitation-dissolution d'un produit intermédiaire, la newberyite (MgHPO4.3H2O). Les réactions de formation de ces deux produits sont contrôlées par le taux de sursaturation des espèces en solution et le pH du milieu réactionnel. L'étude met également en lumière la forte sensibilité de ces ciments à la quantité d'eau introduite. Avec un rapport E/C très faible comparativement à un ciment Portland (rapport E/C compris entre 0,1 et 0,25), une faible variation (0,02) entraine la ségrégation de la pâte de ciment et une hétérogénéité à la surface du matériau. Parmi les paramètres de formulation, le rapport molaire MgO/KH2PO4 (Mg/P) est le plus important. En effet, il influe sur la quasi-totalité des propriétés du ciment : résistance en compression, temps de prise, chaleur de réaction, fluidité de la pâte, …. L'utilisation de faibles rapports Mg/P entraine une mauvaise tenue à l'eau du ciment, la formation de cristaux à l'intérieur de la microstructure et visibles à la surface de l'échantillon (apparition d'une efflorescence) ainsi qu'un gonflement important de la pâte de ciment (pouvant aller jusqu'à la fissuration des échantillons). A l'issue de l'étude paramétrique une formulation d'une pâte a pu être définie. Des mesures de variations dimensionnelles, ainsi que des mesures de retrait chimique ont été effectuées, afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu pour induire les phénomènes de gonflement. En support, des analyses de la microstructure (MEB, DRX, ATG) ainsi que des essais de lixiviation viennent compléter la campagne expérimentale. Ces résultats viennent confirmer l'influence d'un rapport Mg/P faible sur le gonflement et la tenue à l'eau du ciment phosphomagnésien. Pour finir, une étude sur l'influence des divers ajouts, dans le but d'améliorer ses performances, a montré que les fillers inertes (sable siliceux ou cendres volantes) retardent le temps de prise et réduisent la chaleur d'hydratation
Magnesium phosphate cements are the most representative cements of the activated-by-acid cements family. Despite the fact that they are known since the early 20th century, their use in civil engineering is fairly limited. These materials are used for road repairs where the fast compressive strength development is an advantage. Recently they have also been used in wastes stabilization/solidification (S/S), especially with wastes incompatible with Portland cement. The challenges of the use of these cements are related to the nature of their formation reaction: fast, very exothermic, with a very short setting time (only a few minutes).The bonding phase, k-struvite (MgKPO4.6H2O), is obtained from magnesium oxide mixed in water with monopotassium phosphate (KH2PO4).MgO + KH2PO4 + 5H2O  MgKPO4.6H2OThe setting mechanisms are still poorly known and various theories, involving or not secondary product formation, have been suggested. Our researches have aimed to understand the setting mechanisms, as well as the influence of the formulation parameters on the properties of the magnesium phosphate cement. Results show that the formation of k-struvite involved a precipitation-dissolution reaction of an intermediate product, the newberyite (MgHPO4.3H2O). Formation reactions of these two products are controlled by the supersaturation rate and the pH of the solution. The study highlights the strong effect of water on the properties of fresh cement paste. With a low mass ratio e/c in comparison of Portland cement (ratio e/c between 0,1 and 0,25), a slight modification of the ratio (0,02) leads to a segregation and a surface heterogeneity of the cement paste. Among the formulation parameters, the molar ratio MgO/KH2PO4 (Mg/P) seems the most important parameter. Indeed, it impacts most of the properties of the magnesium phosphate cement (compressive strength, setting time, reaction heat, paste fluidity …). Low Mg/P ratios lead to poor water resistance, to crystals formation inside the microstructure that can be seen on the surface of the sample (an efflorescence appearance), and to important swelling of the paste, leading to the cracking of the samples. After the parametric study, a magnesium phosphate cement paste has been defined. Dimensional changes and chemical shrinkage measurement were conducted to understand the mechanisms involved in this swelling phenomenon. In support, microstructural analyses (SEM, XRD, TGA) and leaching tests complete the experimental campaign. The results confirm the influence of a low Mg/P ratio on cement swelling and water resistance. Finally, a study on various additions to the paste has been conducted, with the purpose of improving the cement paste performances. It shows that the addition of an inert filler (siliceous sand or fly ashes) has a retarding effect and reduced the reaction heat

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Younsi, Akli. "Carbonatation de bétons à forts taux de substitution du ciment par des additions minérales." Thesis, La Rochelle, 2011. http://www.theses.fr/2011LAROS342/document.

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Abstract:

Le ciment est la principale source des impacts sur l’environnement de l’utilisation du matériau béton. Afin d’optimiser ce dernier d’un point de vue environnemental, il est nécessaire de réduire son dosage en ciment. Cela peut être entrepris en remplaçant une partie du ciment par des additions minérales lors de sa fabrication.Ces travaux de thèse visent à étudier les phénomènes physico-chimiques ayant lieu lors du processus de carbonatation de bétons à forts taux de remplacement du ciment par des additions minérales ainsi que leur résistance à ce type d’attaque.Une campagne expérimentale a été menée sur des bétons de référence préparés à base de ciments courants et sur des Écobétons préparés en substituant une partie du ciment par des cendres volantes ou du laitier de haut-fourneau. Les différentes études menées portent sur la durabilité des Écobétons vis-à-vis de la carbonatation, sur l’équivalence de performances des Écobétons avec celles des bétons de référence, et sur les paramètres de composition et de microstructure contrôlant la cinétique de carbonatation. La carbonatation a été étudiée en conditions accélérées et naturelles. Les résultats montrent que les Écobétons à forts taux de substitution du ciment par des cendres (50 %) ou du laitier (75 %) pourraient remplacer, dans certains cas, les bétons conformes à la norme en vigueur.En complément à l’étude expérimentale, des simulations numériques du couplage hydratation/séchage ont été menées en vue de déterminer l’effet du séchage sur les propriétés contrôlant la cinétique de carbonatation accélérée des bétons étudiés (la porosité, la quantité de Portlandite et le degré de saturation en eau liquide). Les résultats montrent que la cinétique de séchage augmente avec le taux de substitution du ciment par des additions. Ils remettent aussi en cause la pertinence du préconditionnement des échantillons lors de l’essai de carbonatation accélérée mené selon la norme française XP P 18-458 actuellement en vigueur
Cement is the main source of environmental impacts of concrete use. It is thus recognized that the most pragmatic solution for minimizing environmental impacts of concrete is the reduction of the cement content. This could be achieved by replacing a part of cement by mineral additions such as fly ash or blast-furnace slag during concrete mixing.The present work aims at studying the physico-chemical phenomena occurring during the process of carbonation of concrete mixtures with high substitution rates of cement by mineral additions and their resistance against this type of attack.An experimental campaign was conducted on reference concrete mixtures prepared with common cements and on other concrete mixtures, called “Écobétons” (Green concretes), prepared by replacing a part of cement by fly ash or blast-furnace slag. The study focused on the Écobétons durability, especially their resistance against carbonation, on the equivalence of Écobétons performances with the reference mixtures performances and on the composition and microstructure parameters controlling the kinetics of carbonation. Carbonation has been studied in natural and accelerated conditions. The results show that Écobétons mixtures with high substitution rates of cement by fly ash (50 %) and blast-furnace slag (75 %) could replace, in some cases, concretes that are in accordance with the current standard.In addition to the experimental study, numerical simulations of the coupling between hydration and drying were conducted in order to determine the effect of drying on the properties controlling the accelerated carbonation kinetics of the studied concrete mixtures (porosity, Portlandite content and water saturation degree). The results show that the kinetics of drying increases with the degree of substitution of cement by mineral additions. They also question the relevance of the preconditioning of the samples during accelerated carbonation test conducted according to the French standard XP P 18-458

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Attari, Allel. "Caractéristiques physiques et processus de migration de l'eau dans les matériaux à base de gypse et de minéraux argileux." Lyon, INSA, 1989. http://www.theses.fr/1989ISAL0094.

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Abstract:

Les plâtres sont, après consolidation, des matériaux essentiellement macroporeux (r > 1000 Å) donc constituent des milieux dans lesquels l'eau liquide peut facilement migrer. L'objectif du travail a été d'essayer de remédier à cet inconvénient en incorporant au plâtre avant consolidation des solides finement divisés; minéraux argileux de différents types (Kaolinite, Montmorillonite, Mica muscovite, Talc, Sépiolite et Attapulgite) ou liants particuliers constitués d'un minéral argileux thermiquement activé (Métakaolinite) additionné ou non d'hydroxyde de calcium ou de ciment portland artificiel. Le travail a permis de montrer que l'addition de certains des solides divisés précités ne modifiait pas sensiblement la cinétique d'hydratation (étude par calorimétrie isotherme) ni les résistances mécaniques (compression pure et traction par flexion) dans la mesure ou leur teneur n'excède pas 10% en masse dans le plâtre de départ. Mais tous abaissent la distribution des rayons de pores et, excepté le mélange "métakaolin-chaux", la vitesse de migration de l'eau dans le matériau à des degrés plus ou moins divers. Les résultats concernant ce dernier point ont été obtenus à l'aide d'un montage original permettant l'étude de la migration de l'eau sous charge vrujable. Une modélisation théorique du phénomène, basée sur une loi de Darcy modifiée, et prenant en compte les valeurs expérimentales des coefficients de perméabilité, des distributions des rayons de pores et de la porosité totale ouverte des matériaux, a pu être proposée. Ce travail a permis de définir sans ambiguïté le choix des ajouts répondant au problème posé
After hardening, β hemihydrate plasters are essentially macroporus materials (r>1000Å), then constitute media into which liquid water can easily migrate. The aim of the present work was to remedy such an inconvenient by incorporating into the material, before hardening; finely divided solids such as mineral clays (kaolinite, montmorillonite, muscovite, talc, sepioloite and attapulgite) or a thermally activated mineral clay (meta-kaolinite) added or not to calcium hydroxide or ordinary Portland cement. The research as allowed to point out that certain precited solids idi not sensitively modify either hydratation kinetics (investigation by isothermal calorimetry) nor both compressive and flexural strength, when the content of additive solids does not exceed 10% in weight in plaster. But all added solids decrease both the pore size distribution and , except for metakaolinite-lime addition, the water migration rate into the material. He results concerning the last point have been obtained by using an original experimental set allowing the study of water migration on variable hydraulic charge. A theoretical modelling of the phenomenon implying to take into account experimental values of permeability coefficient, pore size distribution and total open porosity of the material, has been proposed. The present work has allowed to define without any ambiguity, the choice of solid additives able to resolve the set problem

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Soro, Julien. "Elaboration par coulage en bande et caractérisation de composites fibreux à matrice à base de ciment alumineux." Limoges, 2005. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/277b6612-aad6-4cc7-b012-240bd5893755/blobholder:0/2005LIMO0003.pdf.

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Abstract:

Pour des applications « grand public », correspondant à des besoins en matériaux susceptibles de présenter des performances thermomécaniques intéressantes à des températures de l’ordre de 1200°C, un programme de recherche a été entrepris pour appliquer la technique de coulage en bande à des matériaux de grande diffusion : les ciments alumineux (SECAR 71 – Lafarge-Alumitnates). L'objectif est de fabriquer des matériaux composites à matrice minérale de faible coût, renforcée avec des fibres en configuration 1D ou 2D à plis croisés, pouvant être utilisés en atmosphère oxydante. Les résultats obtenus montrent qu’il est possible de réaliser, par la technique de coulage en bande, des composites à matrice à liaison hydraulique renforcée par des fibres céramiques, présentant un comportement non fragile et conservant un bon niveau de résistance à la rupture après déshydratation
For "large public" utilisation, corresponding to materials with good thermo-mechanical properties at temperatures about 1200°C, a research program was undertaken to apply the tape casting method in to great diffusion materials such as aluminous cements (SECAR 71 – Lafarge-Alumitnates). The object is to manufacture composite materials with low cost mineral matrix reinforced with fibres in 1D or 2D configuration, which can be used in oxidizing atmosphere. The results we have obtained, show that it is possible to make by tape casting, composites with hydraulic binder matrix reinforced by ceramic fibres, presenting a non-fragile behaviour and preserving a good level of rupture strength after dehydration

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Jacquart, Sylvaine. "Substitut osseux injectable, antibactérien et résorbable : études physico-chimiques et biologiques d'un ciment composite à base d'apatite." Thesis, Toulouse, INPT, 2013. http://www.theses.fr/2013INPT0079/document.

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Abstract:

Ce travail porte sur la recherche et le développement d'un matériau de substitution osseuse permettant une implantation par chirurgie mini invasive, limitant les infections post-opératoires et dont la résorbabilité serait adaptée à la cinétique de régénération osseuse. Nous nous sommes intéressés à un ciment à base de carbonate et de phosphate de calcium (CaCO3 – CaP) dont la réaction de prise conduit à la formation d'une apatite nanocristalline analogue au minéral osseux. Dans une première partie la cinétique de prise et le produit de réaction ont été caractérisés par différentes techniques, notamment la diffraction des RX et les spectroscopies FTIR et RMN du solide. Un sel d'argent – Ag3PO4 ou AgNO3, choisis pour leurs propriétés antibactériennes – a été ensuite introduit dans la formulation. Son effet sur la cinétique de la réaction chimique de prise a été mis en évidence par traitement des spectres FTIR et RMN et un mécanisme réactionnel original impliquant les ions argent et nitrate dans la formation de l'apatite a été proposé. L'ajout d'un polysaccharide, la carboxyméthylcellulose (CMC), dans la phase solide du ciment a montré une très nette amélioration de l'injectabilité de la pâte, avec la disparition du phénomène de séparation des phases qui limite généralement l'injectabilité des ciments minéraux. La résistance à la compression et le module élastique des ciments composites ont été par ailleurs augmentés, parallèlement à une diminution de leur porosité. Différentes études in vitro en présence de cellules ou de bactéries ont enfin été réalisées et ont mis en évidence respectivement la cytocompatibilité des différentes compositions de ciments étudiées et le caractère antibactérien de ces matériaux à partir d'une certaine concentration en argent. L'implantation in vivo de compositions choisies a présenté des résultats très prometteurs quant à la résorbabilité d'un ciment composite CaCO3 - CaP/CMC/Ag et à la néoformation osseuse
The present work concerns research and development of a material for bone substitution, enabling implantation through a mini-invasive surgery, limiting post-operative infections and whose resorbability is adapted to bone regeneration kinetics. This study focused on a calcium carbonate and phosphate based cement, whose setting reaction leads to the formation of a nanocrystalline apatite, similar to bone mineral. First, the setting kinetics and the reaction products were characterised using different techniques, especially X-ray diffraction and FTIR and solid-state NMR spectroscopies. A silver salt – Ag3PO4 or AgNO3, chosen for their antibacterial properties – was then introduced in the formulation. Its effect on the setting reaction kinetics was revealed by data processing of FTIR and NMR spectra and an original reaction mechanism which involves silver and nitrates in the formation of apatite was proposed. The addition of a polysaccharide, carboxymethylcellulose (CMC), in the solid phase of the cement showed a clear improvement of the injectability of the paste, preventing the occurrence of filter-pressing phenomenon, often limiting the injectability of mineral cements. The resistance to compressive strength and elastic modulus of the composite cement were also improved together with a decrease in their porosity. Different in vitro studies were carried out in the presence of cells or bacteria and demonstrated the cytocompatibility of different cement compositions and their antibacterial properties starting at a certain silver concentration, respectively. In vivo implantation of selected compositions showed promising results concerning resorbability of a composite CaCO3 - CaP/CMC/Ag cement and the associated bone neoformation

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Kedziora, Charlotte. "Propriétés d’usage et mécanismes d’hydratation du système ternaire [Ciment Alumineux – Sulfate de Calcium – Laitier de Haut Fourneau] à haute teneur en sulfate de calcium : De l’approche expérimentale à la modélisation." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0047/document.

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Abstract:

L’étude menée s’attache à évaluer le potentiel d’activation du laitier de haut fourneau dans un liant ternaire constitué de ciment alumineux, de sulfate de calcium et de laitier. Dans ce système ternaire, le constituant majoritaire est le sulfate de calcium. Le potentiel d’un tel système n’est pas encore connu mais cette étude vise à renseigner sur les principaux avantages et limites d’utilisation. D’un point de vue des propriétés d’usage de ce liant, la prise, le durcissement rapide et la montée des résistances sont assurés par le liant ettringitique. Ensuite, et uniquement si la dessiccation est évitée, le laitier de haut fourneau réagit et dans ce cas, l’apport du laitier dans de tels systèmes est double. Il contribue à l’augmentation des performances mécaniques à moyen et long terme et à limiter l’expansion sous eau. D’un point de vue de la compréhension des mécanismes d’hydratation, une démarche expérimentale originale est mise en place et dévoile le potentiel du laitier. Elle est basée sur la comparaison des performances obtenues avec différentes cures. Le potentiel d’hydratation du laitier est amplifié lorsque le système subit un séchage puis une réhydratation. Cependant, les techniques utilisées (diffraction des rayons X et calorimétrie différentielle à balayage) ne sont pas adaptées au suivi et à la quantification de laitier consommé. Ainsi, la compréhension de l’hydratation s’appuie sur des techniques dites indirectes. Une semi-quantification par diffraction des rayons X est réalisée pour le suivi et l’évaluation de la mayénite, le sulfate de calcium (anhydre ou dihydraté), la syngénite et l’ettringite, l’analyse thermogravimétrique permet de mesurer le degré d’hydratation du système, et la porosimétrie mercure informe sur les changements microstructuraux. La plus grosse difficulté dans ces travaux a porté sur le suivi et la quantification des phases amorphes (anhydres ou hydratées), telles que le laitier, les gels de C-S-H et d’AH3, et c’est pour cette raison qu’une approche par modélisation a été mise en place afin d’identifier le rôle de chaque constituant du système ternaire [Ciment Alumineux – Sulfate de Calcium – Laitier] et particulièrement du laitier lors de l’essai de réhydratation. L’approche par modélisation permet de mieux identifier les phénomènes chimiques et physiques ayant lieu lors de l’hydratation du liant. Elle est utilisée pour expliquer les observations macroscopiques (comme les performances mécaniques) et aide à déterminer les cinétique d’hydratation dans le milieu poreux. Le modèle utilisé n’est pas encore parfaitement au point mais il a permis d’identifier les différentes séquences d’hydratation (à savoir que le liant ettringitique réagit dans les premiers instants et qu’ensuite, l’hydratation de l’anhydrite entraine la formation de gypse et l’hydratation du laitier est effective à long terme) et de confirmer que la réaction du laitier est lente
The potential of activation of a Ground Granulated Blast Furnace Slag has been evaluated into a ternary system comprising of a Calcium Sulfate as major component and a Calcium Aluminate Cement. This system is not well known and the main goal of this study is to determine its main advantages and limitations. From the usage properties point of view, fast setting and initial strengths are governed by the ettringitic binder. Then, and only if the dehydration is avoided, slag reacts. In this case, slag contributes to the increase of mechanical performances at medium and long terms and to limit the expansion under water. From an understanding point of view, the original experimental approach reveals the potential of the slag. It is based on a comparison of performances with different types of curing methods. The potential of hydration of the slag is amplified when the system is dehydrated during a few days and then rehydrated. However, slag contribution is complex to establish because analytical methods to follow-up slag consumption (such as X-ray Diffraction and Differential Scanning Calorimetry analysis) are not well adapted. So, to understand the hydration mechanisms, indirect approaches are used. Semi-quantitative methods by X-ray Diffraction to follow-up the mayenite, calcium sulfate, syngenite and ettringite, ThermoGravimetric Analysis to measure degree of hydration and Mercury Intrusion Porosimetry to identify microstructural changes have been carried. The most important difficulty concerns the identification and quantification of amorphous phases such as slag, C-S-H and AH3. That is why a modelling approach is necessary to understand the role of each compound in the ternary mixture and in particular the obvious contribution of slag during rehydration test. This modelling approach increases knowledge of the physical and chemical phenomena in this ternary binder. It is useful to explain the observed macroscopic properties such as strength and helps to determine the kinetics of hydration in porous environment. Even if this model is still under development, it has allowed identifying the sequences of hydration (ettringitic binder reacts at very initial time, then anhydrite transforms into gypsum and slag reacts at long term) and confirms therefore that the reaction of slag is slow

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Tahar, Zine-el-abidine. "Optimisation des caractéristiques rhéologiques, mécaniques et thermiques des bétons à base de granulats recyclés avec différents couples ciment/adjuvant." Thesis, Cergy-Pontoise, 2016. http://www.theses.fr/2016CERG0841.

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Abstract:

Devant le besoin croissant de ressources en matériaux de construction ainsi que les exigences en terme de préservation de l’environnement dans une vision de développement durable, il est devenu nécessaire d'étudier toutes les possibilités de réutilisation et de valorisation des déchets et des sous-produits industriels, notamment dans le domaine de la construction et des travaux publics.Les mortiers et bétons confectionnés à partir de granulats recyclés ont fait l’objet de nombreuses études. Toutefois, aucune règle générale n’a encore été dégagée pour quantifier l’influence de telles substitutions sur leurs propriétés rhéologiques et mécaniques. L’élargissement de l’utilisation des bétons comportant des granulats recyclés, dont les propriétés physico-chimiques sont différentes des bétons à base de granulats naturels, est inévitablement cautionné par une maitrise accrue, d’une part, de leurs propriétés mécaniques et d’autre part, de leur mise en œuvre.L’objectif de ce travail est de quantifier l’influence de la nature et du dosage des gravillons et du sable recyclé sur les propriétés rhéologiques et mécaniques.Pour y parvenir, une campagne d’essais a été menée sur des bétons confectionnés avec différents taux de substitutions (sur le sable et les granulats) et avec différents couples ciments/adjuvants. En ce qui concerne les propriétés rhéologiques, les paramètres mesurés sont les suivants : le seuil de cisaillement, la viscosité plastique, l’ouvrabilité, la teneur en air et la masse volumique. De plus, afin de suivre l’évolution de ces propriétés dans le temps les essais ont été réalisés à différents âges (à la sortie du malaxeur, 30 minutes, 60 minutes et 90 minutes après la fin du malaxage). En ce qui concerne les propriétés mécaniques, des essais de compressions ont été effectués à 1 jour, 7 jours et 28 jours. Les propriétés des bétons ainsi confectionnés ont été comparées à un béton témoin.Les résultats montrent que les propriétés des bétons et des MBE (Mortier de Béton Equivalent) à base de granulats recyclés dépendent du couple ciment/adjuvant et du dosage de substitution en granulats recyclés. Cela signifie qu'il existe effectivement une influence du granulat recyclé sur la compatibilité (équilibre physico-chimique) du couple ciment/adjuvant. Cette influence est plus remarquable sur le sable que sur les gravillons. Les résultats montrent aussi que pour des bétons à base de granulats recyclés, plus le pourcentage de substitution est élevé et plus le seuil de cisaillement et la viscosité plastique augmentent, la résistance à la compression, quant à elle, diminue.Mots clés : béton, gravillons recyclés, sable recyclé, rhéologie, maniabilité
With the growing need of building material resources and requirements in terms of environmental protection in a vision of sustainable development, it has become necessary to explore all possibilities for the reuse and recycling of and industrial waste products, especially in the field of construction and public works.Mortars and concrete made from recycled aggregates were the subject of numerous studies. However, no general rule has been identified to quantify the influence of such substitutions on their rheological and mechanical properties. Expanding the use of concrete containing recycled aggregates whose physicochemical properties are different from concrete with natural aggregates, is inevitably backed by increased mastery, on the one hand, of their mechanical properties, and secondly their implementation.The objective of this work is to quantify the influence of the nature and dosage of recycled gravel and sand on the rheological and mechanical properties.To do so, a test campaign was conducted on concrete made with different percentages of substitutions (on the sand and aggregates) and with different combination cements / admixtures. Regarding the rheological properties, the measured parameters are: shear threshold, plastic viscosity, workability, air content and density. Furthermore, in order to follow the evolution of these quantities in the time the tests were carried out at different ages (at the outlet of the mixer, 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes after the end of mixing). Regarding the mechanical properties, compression tests were performed at 1 day, 7 days and 28 days. The properties of these concretes were compared to a control concrete.The results show that the properties of recycled concrete aggregates and ECM (Equivalent Concrete Mortar) depend on the couple cement / admixture and the level of substitution on recycled aggregates. This means that there is indeed an influence of recycled aggregate on the compatibility (phisico-chemical equilibrium) of the couple cement / admixture. This influence is most notable on the sand than on gravel. The results also show that for concrete based on recycled aggregate, the higher the percentage of substitution increases, the higher the yield stress and plastic viscosity and the lower the resistance to compression.Keywords: concrete, recycled aggregates, recycled sand, rheology, workability

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Tran, Xuan Vinh. "Effet d'un nouveau ciment de restauration à base de silicate tricalcique sur la réparation pulpo-dentinaire : Etude In Vivo." Thesis, Paris 5, 2013. http://www.theses.fr/2013PA05T005.

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Abstract:

L’introduction du coiffage pulpaire dans les thérapeutiques dentaires a permis d’exploiter le potentiel de régénération de la pulpe dentaire. Le but de ce travail a été d’évaluer l’effet sur la réparation pulpo-dentinaire d’un nouveau ciment de restauration à base de silicate tricalcique dont nous avions préalablement étudié les propriétés mécaniques innovantes. Pour cela, un modèle d’effraction pulpaire sur la molaire de rat a été utilisé. Une comparaison a été réalisée entre plusieurs agents de coiffage: l’hydroxyde de calcium (Ca(OH)2), le MTA (mineraltrioxydeaggregate) et le nouveau ciment à base de silicate tricalcique. Le processus de réparation a ensuite été évalué à plusieurs temps d’un point de vue histologique,immunohistochimique et histomorphométrique. De plus, une analyse en Microscopie électronique à balayage (MEB) et une analyse par dispersion des rayons X (EDX) ont permis de qualifier l’interface entre le nouveau ciment et la dentine. Aux temps précoces, nos résultats montrent que le ciment testé et MTA induisent prolifération cellulaire et formation de foyers de minéralisation fortement marquées par l’anticorps anti-ostéopontine. A quinze jours, un pont dentinaire de réparation formé par des cellules de type odontoblastique esthomogène et dense pour le groupe des silicates tricalciques alors qu’un pont poreux est observé pour le groupe Ca (OH)2. Après un mois, le pont dentinaire est plus structuré dans les trois groupes. Dans le groupe Ca (OH)2, il est en continuité avec la dentine primaire mais apparait encore hétérogène avec des inclusions cellulaires. Dans les groupes des ciments silicates tricalciques, le pont dentinaire présente une structure tubulaire et est immunopositif pour des marqueurs caractéristiques de la dentine telle la dentinsialoproteine. L’analyse par MEB montre une bonne qualité de l’interface ciment évalué-dentine attestant ainsi de l’étanchéité de l’obturation. Ces résultats suggèrent que le ciment évalué offre un environnement optimal pour la cicatrisation de la pulpe, comparable à celle obtenue avec le MTA, le ciment de référence. Avec les limitations inhérentes à l’expérimentation animale, ce ciment de restauration biocompatible dont nous avons montré la qualité des propriétés mécaniques peut également être utilisé comme agent de coiffage pulpaire direct
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Marchand, Baptiste. "Performance et durabilité de traitements de puits de stockage de gaz à base de coulis de géopolymères." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2019. http://www.theses.fr/2019ECLI0021.

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Abstract:

L’utilisation des géopolymères sous forme de coulis est investiguée dans le contexte des venues de solides dans les puits de stockage de gaz naturel. Il s’agit à la fois de consolider le massif de stockage, sans impacter significativement ses capacités de production de gaz. Les venues de solides sont, actuellement, prévenues par des solutions chimiques qui ont une efficacité limitée dans le temps et en présence d’eau.Nous avons mis au point un sable compacté (analogue au grès des réservoirs), et adapté une formulation de géopolymère (métakaolin activé au silicate de soude) de référence (1 Al2O3, 3,6 SiO2, 1 Na2O, 11 H2O). Nous avons dilué cette formulation pour obtenir une viscosité du même ordre que celle de l’eau. La granulométrie de la poudre commerciale a été affinée par broyage en phase humide, afin de garantit une bonne injectabilité au travers du sable compacté.À une échelle centimétrique tout d’abord, l’impact des coulis sur la consolidation et sur la perméabilité au gaz du sable sont quantifié par un essai de fluidisation. La résistance à l’eau des coulis de géopolymères a aussi été prouvée.À une échelle pluri-centimétrique, l’adéquation des coulis est quantifiée via un dispositif expérimental d’essai triaxial à rupture et par une mesure de perméabilité au gaz avant et après consolidation par le coulis.Les résultats obtenus sont concluants. L’impact des coulis de géopolymère sur la perméabilité au gaz du sable compacté est inférieur à 10%, comme requis par le cahier des charges industriel. La consolidation par coulis de géopolymère s’est révélée supérieure, de façon significative, à celle d’une solution chimique déjà utilisée in situ (polymère Polyacrylamide)
The use of geopolymer cements is investigated as grouts in the industrial context of sand production from natural gas storage wells. The aim is to reinforce the sandstone storage pocket, without impairing its gas transport ability. Sand production is currently hindered by chemical methods only efficient over a limited timeframe and in the absence of underground water seepage or brine.A compacted sand medium has been developed, which is analogous to in situ sandstones. A reference geopolymer cement has been adapted from a stoichiometry of (1 Al2O3, 3.6 SiO2, 1 Na2O, 11 H2O), made with sodium silicate alkali-activated metakaolin. The grout has been diluted to reach a viscosity on the order of that of water. The metakaolin powder granulometry has been refined by wet grinding, in order to guarantee adequate injectability of the geopolymer solid-liquid suspension.At a centimeter scale, the impact of geopolymer grouts has been quantified on both its consolidation ability and its gas permeability, using a fluidization experiment. The water resistance of geopolymer grouts has been proven at this scale.At a multi-centimeter scale, the adequacy of our geopolymer grouts is quantified using an experimental set-up developed from the typical triaxial failure test in soil mechanics. It follows a gas permeability test of compacted sand, before and after consolidation by the geopolymer grout. Our results have proven conclusive. In particular, the impact of geopolymer grouts is smaller than 10% on gas permeability, as required by the industrial specifications. Consolidation by geopolymer grouts is also significantly better than an existing chemical grout solution (based on Polyacrylamide)

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Boursier, Thomas. "Synthèse et caractérisation de copolymères à base d’acide méthacrylique et de nouveaux macromonomères hydrophiles : rôle de leur solvatation sur la fluidité et la viscosité des compositions cimentaires." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10006.

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Abstract:

Le but de cette thèse est d'évaluer le rôle de la solvatation des PCP (copolymère greffé utilisé en tant qu'additif du béton) sur la fluidité et la viscosité des bétons. Pour répondre à cette problématique, des copolymères greffés différant par la nature chimique des chaînes latérales sont synthétisés. L'état de solvatation des PCP est évalué à l'aide du paramètre de Flory-Huggins χ. Ce dernier est calculé à partir du 2nd coefficient du viriel A2, déterminé par diffusion de la lumière. Des valeurs du paramètre χ de 0,37 ; 0,43 ; 0,47 et 0,48 ont été obtenues pour des PCP comportant des chaînes latérales à base d'éthylène glycol (EG), de 2-méthyloxazoline (MOx), de N-vinylpyrrolidone (NVP) et de N-acryloylmorpholine (NAM), respectivement. Le pouvoir couvrant des PCP et leur épaisseur de couche peuvent être calculés par l'intermédiaire d'une formule proposée par Flatt. L'introduction des PCP à différents dosages (donc différents taux de recouvrement) à des suspensions de calcite a permis de montrer qu'à même taux de recouvrement de surface, tous les PCP induisaient la même fluidité, alors que l'épaisseur de couche de PCP diffère de plus de 50% dans les cas les plus extrêmes. Le taux de recouvrement de surface joue un rôle tout aussi important en ce qui concerne la viscosité des suspensions. Appliquer ces conclusions sur un mortier s'avère délicat car les PCP pourraient entrainer des retards d'hydratation différents en fonction de la nature des chaînes latérales
The objective of this PhD work is the evaluation of the role of the solvation of PCP (grafted copolymer used in concrete as additive) on the concrete fluidity and viscosity. Grafted copolymers with different side-chains were synthesized. The solvation state of the PCP was estimated by mean of the χ Flory-Huggins parameter. The latter was calculated from the 2nd virial coefficient A2, itself determined by light scattering measurements. χ -parameter values of 0,37 ; 0,43 ; 0,47 and 0,48 are obtained for PCP respectively possessing ethylene glycol (EG), 2-methyloxazoline, N-vinylpyrrolidone and N-acryloylmorpholine-based side-chains. The surface coverage of the PCPs and their layer thickness can be calculated with Flatt’s formula. The introduction of the PCPs at different contents (therefore different surface coverage ratio) to calcite suspensions showed that at same surface coverage ratio, all PCPs induce the same fluidity, although the adsorbed PCP layer thickness differed up to 50% in the certain cases. The surface coverage played also a keyrole in the suspensions viscosity. The transposition of these results to a mortar seemed however risky since PCPs might lead to hydration delays depending on the chemical nature of the side-chains

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Khazma, Mahmoud. "Contribution à l’optimisation de composites cimentaires à base de coproduits du lin : procédés de traitement de la matière végétale et de la matrice ; impact de ces procédés sur les propriétés des composites élaborés." Amiens, 2008. http://www.theses.fr/2008AMIE0125.

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Abstract:

Ce travail est effectué au sein de l’équipe ingénierie des matériaux et procédés (IMaP) au Laboratoire des Technologies Innovantes de l’Université de Picardie Jules Verne. Le but principal est de trouver de nouvelles voies de valorisation des co-produits du lin et notamment sur l’utilisation des anas (paille) de lin dans une matrice cimentaire. Les anas utilisés présentent comme inconvénient de ralentir la prise du ciment en gênant l’hydratation. Ces phénomènes sont dus à leur caractère hydrophile d’où l’intérêt des traitements hydrophobisants mis en place durant cette thèse. Les anas traités ont été caractérisés par différentes méthodes (MEB, FTIR, diminution de leur caractère hydrophile…) et les répercussions de ces traitements sur l’hydratation du ciment et les caractéristiques physico-chimiques des composites élaborées ont été détaillées et quantifiées. La deuxième voie explorée dans cette thèse est le traitement de la matrice par des molécules issues de la biomasse. Les caractéristiques des composites obtenues après la réalisation des traitements optimisés montrent un aspect compétitif comparés avec des composites préparés avec des granulats végétaux commerciaux
This work is done in the processes and materials engineering group of the Laboratory of innovating technologies of the University of Picardy Jules Verne. The main goal of this work is the valorization of vegetables’ byproducts, specifically the use of flax shives as aggregates in cementitious matrix. Flax shives, like all lignocellulosic materials, are known by their high hydrophilic properties. During concrete confection, shives absorb mixing and inhibit the cement hydration. To optimize their use, these shives must be hydorphobisated. Treated shives are characterized by SEM, FTIR, water absorption…. Then, the impact of these treatments on the hydration of cement matrix and the physico-chemicals characteristics of composites are quantified and evaluated. The second way explored in this thesis is the matrix treatment. These treatments are done using molecules extracted from the biomass. The elaborated composites show a high competitive properties in comparison with composites prepared with commercial vegetables aggregates

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Stephant, Sylvain. "Etude de l'influence de l'hydratation des laitiers sur les propriétés de transfert gazeux dans les matériaux cimentaires." Thesis, Dijon, 2015. http://www.theses.fr/2015DIJOS090/document.

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Abstract:

L’utilisation de ciment à haute teneur en laitier est envisagée dans le cadre du conditionnement des déchets nucléaires. Dans ce contexte, il est nécessaire de connaître les propriétés structurales et de transport des gaz formés par la radiolyse de l’eau contenue dans cette matrice. Selon la littérature, ces propriétés sont impactées par l’ajout de laitier de haut-fourneau. L’objectif de cette thèse est de relier les processus d’hydratation des ciments au laitier aux propriétés de transport des gaz. La première partie de cette étude est consacrée à l’étude de l’hydratation des ciments au laitier. La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) du silicium et de l’aluminium a été utilisée pour suivre l’évolution de la quantité des différentes phases anhydres du clinker (C3S, C2S, C3A et C4AF) et des principaux oxydes de la phase vitreuse du laitier (SiO2, Al2O3, MgO et SO3). La quantité de calcium dissoute provenant du laitier a, quant à elle, été déduite en comparant la quantité de portlandite [Ca(OH)2] mesurée par ATG avec celle calculée par un logiciel de spéciation chimique (Phreeqc). Cette approche a permis de déterminer l’évolution du degré d’hydratation des principaux oxydes de la phase vitreuse du laitier dont une dissolution progressive (comparé au clinker) et incongruente (la vitesse de dissolution des différents oxydes et différente) a ainsi pu être mise en évidence. Cette plus faible réactivité du laitier a pu être mise en relation, pour un temps donné, avec la diminution de la quantité d’eau liée au ciment, de la contraction chimique et de la chaleur dégagée. La prise en compte quantitative de la dissolution des phases du clinker et des oxydes du laitier permet une description plus précise de la minéralogie. La deuxième partie de ce travail porte sur l’évolution de la microstructure et de son influence sur les propriétés de transport en phase gazeuse (diffusion et perméabilité). L’évolution du coefficient de diffusion effectif à l’hélium et à l’azote et de la perméabilité intrinsèque a été suivie au cours du temps et comparée à l’évolution de certaines grandeurs, telles que la porosité globale, le diamètre d’entrée critique, la surface spécifique et le degré de connectivité des pores. Les résultats montrent une diminution du coefficient de diffusion effectif et de la perméabilité au cours du temps, ce qui a pu être relié, pour un même matériau, à la diminution de la porosité totale. Une réduction de ces propriétés avec la teneur croissante de laitier a également été observée. Cette baisse est liée à une diminution de la porosité capillaire et à une augmentation de la nanoporosité, due à une modification de la microstructure des C-S-H. La dernière partie de ce projet concerne la relation entre les processus d’hydratation, la microstructure et les propriétés de transport. Dans ce but, des bilans volumiques des réactions d’hydratation ont été réalisés en considérant de façon indifférenciée ou séparée chaque phase du ciment. La prise en compte séparée des différentes phases du ciment permet d’évaluer avec une précision de 10 % la porosité totale, la teneur en eau liée et le volume de contraction chimique. Cette description permet d’expliquer les variations des propriétés de transport d’un même matériau dans la durée. Pour établir ce lien au cours du temps et pour tous les ciments, le volume apparent des C-S-H a été recalculé pour rendre compte de la microstructure de ces hydrates
Cements with high slag content are currently studied as possible candidate for nuclear waste containment materials. In this context it is important to know their microstructure and the transport properties (permeability and diffusion) of the gases that are formed by the radiolysis of the water present in this material. According to literature, these properties are strongly impacted by the addition of blast furnace slag. The aim of this work is to correlate the hydration processes of slag blended cements with their transport properties. In the first part of this work, the hydration of the slag blended cements, for which only few results have been reported to date, has been studied. Silicon-29 and aluminium-27 Magic-Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance (MAS NMR) were used to follow the variations of anhydrous phases of clinker (C3S, C2S, C3A and C4AF) and of the main oxides of the slag (SiO2, Al2O3, CaO, MgO and SO3). The quantity of calcium dissolved from slag was deduced by fitting the quantity of portlandite [Ca(OH)2] calculated by a geochemical software (PHREEQC - coupled to a thermodynamic database) with TGA measurements. Our approach enabled the evolution of the hydration degree (percentage of reacted material) of various oxides of slag to be determined. A progressive and an incongruent dissolution (the rate of dissolution of the oxides is different) of the slag is observed. The low reactivity of slag could be linked, at a hydration time, to a lower content of bound water, chemical shrinkage and heat of hydration. Quantitatively accounting for the dissolution of clinker and oxide of slag yields a more accurate description of the hydration process. The second part of this work is focused on the microstructure evolution and its influence on the transport properties (diffusion and permeability). Time-evolution of the diffusion coefficients and the intrinsic permeability could be monitored and were then compared to that of the microstructure (global porosity, pore entry size distribution, specific surface area and the degree of connectivity). The results showed a decrease in the diffusion coefficient and permeability over time which is due to the progressive filling of the porosity. A decrease of these parameters with the slag content increasing was also observed. This is a consequence of the diminution of the capillary porosity and augmentation of the nanoporosity resulting from changes in the microstructure of C-S-H. The last part concerns the relation between the hydration processes, the microstructure and the transport properties. To this aim, volumetric balances of reactions involved in the hydration processes were made by considering globally or specifically the hydration of the different phases. Accounting for the hydration of each phase of the cement allowed us to determine the global porosity, the bound water content and the chemical shrinkage with accuracy of the order of 10 %. This description allows the understanding of the transport properties variations in time for a same material To establish this time evolutions for all the cements, the apparent volume of C-S-H was recalculated to account for the microstructure of these hydrates

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Dissertations / Theses on the topic 'Ciment à base de laitier'

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