Simulation expérimentale des C-S-H (CaO-SiO₂-H₂O) dans les bétons modernes : étude de la composition et des propriétés à l'équilibre dans des milieux complexes

• Auteur / Autrice : Anne-Christine Courault
• Direction : André Nonat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Techniques
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Dijon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton -- Additifs

Équilibre chimique

Solubilité

Ciment Portland

Béton -- Chimie

Résumé

L'objectif de ce travail était de simuler le comportement à long terme de bétons comportant ou non des ajouts (laitiers, cendres volantes ou fumées de silice). Des simulations en température ont également été effectuées. Ces simulations ont été réalisées par la mise en place de systèmes modèles à l'équilibre dont les hydrates et en particulier le C-S-H, principal hydrate du ciment portland, ont été caractérisés (morphologie et structure) ainsi que les solutions d'équilibre correspondantes. Les systèmes modèles étudiés en suspension ou en pâte sont CaO-SiO₂-H₂O, CaO-SiO₂-Al₂O₃-H₂O, CaO-SiO₂-Al₂O₃-SO₃-H₂O en présence ou non d'hydroxyde de sodium à 25°C et 90°C. Ces systèmes modelés ont été comparés à des échantillons de béton hydratés en présence ou non d'ajouts. Il a été possible de simuler expérimentalement l'état final vers lequel évolueront les hydrates d'un béton de composition chimique connue. Ces simulations rendent comptent des assemblages de phases solides identifiées et des propriétés microstructurales des hydrates. A partir de ces résultats, nous avons réalisé un modèle thermodynamique afin de calculer ces états d'équilibres pour ce qui concerne l'hydrate principal. Ce modèle repose sur l'équilibre de solubilité d'un C-S-H de stoechiométrie constante et sur des équilibres de surface qui décrivent les modifications observées expérimentalement : Evolution de la longueur des chaînes de silicates, insertion de calcium en interfeuillet, inversion de la charge de surface. Les constantes d'équilibres ont été ajustées de façon à reproduire par le calcul les résultats expérimentaux. Les calculs à partir de ce modèle ont mis en évidence l'absence de sodium en interfeuillet dans le C-S-H. Une approche similaire pourrait être étendue aux interactions des ions sulfates avec les C-S-H. Un travail expérimental complémentaire serait nécessaire pour adopter une démarche similaire sur les systèmes en température