Réactivité et durabilité à base de sulfate de calcium et de liants minéraux classiques

par Berenger Aranda

Thèse de doctorat en Discipline Chimie

Sous la direction de Olivier Le Guillou.

Soutenue en 2012

à Rennes, INSA .


  • Résumé

    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.

  • Titre traduit

    Reactivity and durability of mix of calcium sulfate and classic mineral binders


  • Résumé

    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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Informations

  • Détails : 297 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. (282 réf.). Index

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  • Bibliothèque : Institut National des Sciences Appliquées. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : THE BER
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