Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

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<ul><li><p>I Bull. S O C . Chim. Belg., 56, pp. 142-156, 1947 -1 </p><p>1 contribution ii 16tude de la dCcomposition des ciments </p><p>Par </p><p>G. BATTA (LiBge) </p><p>R ~ s u M B . - La presente recherche est la continuation dunc i t r i t h ~ thCorique publike en 1944, Ctudc qui a pour but dCtablir le coniporte- ment de certains ciments au contact deaux diverscs, el notaiiiinent deaux sulfatkes. </p><p>Cette premiPre Ctude examinait vrrs quel Bquilibre tendait un riment pulvCrulent mis en digestion avec une quaiitit6 dBtmninBe deau. Ida recherche actuelle, se rapprochant davantage des conditions de la pratique, dktermine le comportement, non plus de ciment pulv6rulciit, mais dCprouvettes en mortier normal, placCes dans des ronditioit* coin- parables B celles qui furcnt rCalisCes pour les essais sur ciment. </p><p>Pour traduire IintensitB de la corrosion, lauteur se sert duit indice defini clans le premier travail. La recherche dkbute toutcfois par Ieua- men d u comportement dune poudre de laitier pour cimenterie sou- mise h Iaction des eaux d6jA CtudiCes. </p><p>Dans une troisihme partie, lauteur examine enfin comment se modifient les phenomhnes lorsque la poudre de ciiiienl se troll\? ell exchs par rapport aux diverses matihres salines dissoutes dans les earn. </p><p>Dans un travail pr6cCdent ( l ) , jai 6tudi6 laction dc cer- taines eaux et de quelques solutions sulfat6es sur divers ciments. </p><p>Cette Ctude ma amen6 ti 6valuer cette attaque chimique h lnide dindices dont un des plus inthressants, Iindice 1, cst simplement le rapport </p><p>x 100 (V Chaux dissoute + chaux ayant r6agi Chnux hydraulique totale mise en ceuvre </p><p>Pour rappel, le mode op6ratoire utilis6 consistait B ilgiier &amp; trois reprises pendant un mois et successivement, 5 pnmnies </p><p>1 ( I ) G . BATTA, Contribution ct Iernde dc~ la pr isc ef tlr lu r lAwnpos i - tion des ciments (Bul. SOC. chim. de R c l g . , t. 53. 19441. </p><p>(a) Nous appelons chaux hydraulique, la chaux provenant des 616- ments hydrauliques (silicate, aluminatr, chaux carbonatable, \oirr chnriu d u sulfoaluminate dans le cas d u cimrnt wrsulfatC) qui contriI)ueit I :a donner des rBsistartces mCcaniques aux ciments. </p></li><li><p>DECOMPOSITION DEB CIMENTS 119 </p><p>de ciment avec 500 centimetres cubes de solution ngressive. Les solutions Btaient ensuite analysCes et les chiffres expCri- mentaux obtenus 6taient compards avec ceux que lon pouvait calculer 8 Iaide du tableau dkquilibre de leau avec les divers constituants hydrauliques des ciments. La comparaison 6tait etablie uniquement pour les rdsultats de la premiere extraction. </p><p>I1 ma paru interessant de poursuivre les essais dans les trois directions suivantes : </p><p>1 Dans une premiere 6tude jai repris le m&amp;me travail en operant cette fois sur un laitier pour cimenterie, afin de ddterminer comment se comportait ce constituant important des ciments metallurgiques vis-8-vis des milieux 6tudiCs prC- c6demment avec les ciments pulvdrulents ; </p><p>2 Jai ensuite observe comment variaient les indices lors- que au lieu deffectuer la mise en contact par agitation de la poudre de ciment avec la solution, on operait par simple trem- page ddprouvettes en conservant identiques les autres con- ditions ophratoires. </p><p>Ce mode dattaque se rapprochait en effet davantage des conditions de corrosion douvrages en bCton et lindice ohtenu pouvait ensuite &amp;re compare aux rdsultats fournis par I d - taque des ciments ii ldtat de poudre ; </p><p>3 Enfin, jai entrepris dgalement quelques essais &amp;ins lesquels jai agit6 du ciment en excks avec une certaine quan- tit6 de solution agressive, afin de determiner comment variaient certains facteurs importants, tels que le pH, dans ces condi- tions operatoires assez diffkrentes des premiers essais effectues. </p><p>Ces dernikres experiences se mpprochent des conditions qui se rencontrent lorsque de faibles quantit6s de solutions sinfiltrent dans le b6ton et que ce dernier se trouve en ex&amp; par rapport aux sels dissous. </p><p>SiO . . . . 32,40 % A1,6, . . . 13,46 % Fe,O, . . . 5 4 2 % hliigOg . . . 0,97 y, </p><p>PREMIBRE PARTIE </p><p>CaO . . . 45,90 % Perte au feu . 1,Ol %, Sulfures . . non doses </p><p>Action chimique de diverse8 eaux et solutions Ctudi&amp;s sur un laitier pour cimenterie </p></li><li><p>144 G. BATTA Avant de proc6der aux essais dagitation, le laitier gra- </p><p>nu16 a Bt6 pulv6risB et passt! sans r6sidu au tamis de 4.900 ; 5 grammes de ce laitier correspondaient B 2,3 g de CaO. </p><p>Si Ion admet dans ce laitier la formation par hydratation daluminate bicalcique et de silicate monocalcique, les 32 par- ties de SiO, exigeront 31 parties de CaO (ce qui correspond &amp; un indice H de 67), et les 13,46 dA1,0,, 15 parties de CaO (soit un indice H de 33). </p><p>5 grammes de poudre de laitier ont donc BtB soumis B trois extrac- tions successives dune dur&amp; dun mois avec chaque fois 800 centi- metres cubes de solution agressive. </p><p>Les chiffres mentionnbs dans les tableaux signalent : lo La concentration en Blements doses dans la solution initiale; 2 La teneur theorique B laquelle on pourrait sattendre aprPs la </p><p>3 La teneur retrouv6e effectivement par Ianalyse chimique </p><p>Ces teneurs sont Bvaluees en grammes pour 100 centimetres cubes. Remarquons que le laitier examine renferme en lui-m&amp;me suffisam- </p><p>ment de chaux pour la transformation integrale de son alumine en sel de Candlot. I1 suffirait donc de lui ajouter une quantit6 de SO, corres- pondant BquimolBculairement ?i son alumine pour que la transformation integrale de cette derniere en sel de Candlot puisse seffectuer, du moins en theorie, et dapres le principe BnoncB par Lafuma. </p><p>Cest donc en se basant : lo sur cette notion de la formation intfgralr du sel de Candlot jusqu8 Bpuisement du constituant se trouvant en </p><p>quantitb plus 6ible mol6culairement parlant; 2 sur le tableau d Pqui- libre avec leau des divers constituants du ciment, que jai calculP les valeurs des BlBments devant rester en solution lorsque 1Equilibre hypo- thBtique est atteint. </p><p>Lanalyse chimique de la solution a p r b agitation dun mois per- mettait ensuite la comparaison de ces chiffres theoriques avec crux four- nis par Iexpbrience. </p><p>a ) Action de leau distillee La quantitd de chaux cddde h Ieau aprhs un mois par le </p><p>laitier, est plus faible que celle qui correspond 3 lhydrolyse de Ialuminate bicalcique, et Ialcalinit6 trouv6e est encore plus faible. </p><p>TABLEAU I </p><p>premiere extraction en supposant lequilibre final Btabli; </p><p>Elements Valeur calculfe Valeur trou\fe erpfrimenlalenienl (En grammes pour 100 centimktres cul=z) </p><p>CaO . . . . 0,016 0,011 pH . . . . . )) %5 Alcalinit6 . . . 0,016 0,006 Indicc H . . . 3 2 </p></li><li><p>DECOMPOSITION DES CIMENTS 145 b) Action dune eau dure </p><p>dure est encore plus faible que celle due a leau distillde. Ainsi que lon devait sy attendre, lagressivitd dune eau </p><p>TABLEAU 11 </p><p>ElEments . Sdutlon initiale Valeur calcul6e Valeur trouvk erp6rlmentPlemsnt </p><p>(En grammea pour 100 csntim&amp;tres cubes) s o , . . . . a 0,001 )I 0,003 Alcalinitb . . . 0 &lt; 0,016 0,006 pH . . . . . 791 )) 8,5 Indice H . . . )J &lt; 3 1 </p><p>C a O . . . . . 0,016 0,016 0,013 </p><p>c) Action dune solution concentree de sulfate de chaux </p><p>ThCoriquement, le laitier renfermant 13,46 % dalumine, 5 grammes de ce laitier pourraient fixer 3,015 g de CaSO, (soit 1,57 g SO,) pour former le sel de Candlot. </p><p>Le laitier pourrait donc fixer plus de sulfate de chaux que nen renfermeraient les 1.500 centimbtres cubes de solution extractive. </p><p>La moitid de loxyde calcique ndcessaire &amp; la formation du sel de Candlot serait fourni par la solution agressive ; lautre moitid devrait provenir dun transfert dune partie de la chaux du silicate monocalcique hydratd, B laluminate bicalcique. </p><p>Lexpdrience a montrd que dans les conditions Btudides, il ne se formait pratiquement pas de sel de Candlot, la teneur en SO, de la solution nayant pratiquement pas varib. </p><p>TABLEAU 111 </p><p>ElPments Solution inltiale RBsulta t 3 RBsultats ealculds erp6rimentaui </p><p>(En grammes pour 100 centimetres cubes) </p><p>s o , . . . . . 0,092 0,005 0,091 Alcalinite en CaO 0 0,005 0,003 pH . . . . . 6 )) 7,5 Indice H . . . )) 1 3 </p><p>C a O . . . . . 0,062 0,005 0,077 </p><p>d) Action dune solution de sulfate de rnagndsie &amp; 20 p. 1.000 La quantitd thdorique de SO, fixde devrait Ctre comme plus </p><p>haut, de 157 g. Cette quantitd est fournie par la solution dbs </p></li><li><p>1-16 G . BATTA </p><p>la premiere extraction. Le sulfate de calcium se forme par double r6action entre la chaux du laitier et le sulfate de magn6- sie de la solution. Thboriquement, la diminution de la teneur en magn6sie dissoute correspondra au moins &amp; la quantitt? de CaSO, n6cessaire a la formation du sel de Candlot. De cette considdration, on peut calculer Iindice H thdorique corres- pondant. </p><p>Llexpbrience montre ici encore, quaprbs un mois, il ny H pas de sulfate solubilis6. Quant &amp; la quantitt! de mogndsie fixke, elle est plus faihle que celle qui correspondrait au sel de Candlot th6oriquement possible. </p><p>TABLEAU IV - - -- </p><p>ElPments Wution ioitiale Resultata R f w l t a t s calrulPs eipErinwnLiux </p><p>(En grammes pour 100 centimbtres cube-) </p><p>so, . . . . . 1,398 1,085 1,420 C a O . . . . . 0 0,005 0,060 MgO . * . . . 0,698 0,542 0,630 Alcalinitk en CaO 0 0,005 0 Indico H . . . 11 49 11 </p><p>e) Action dc leau de mer </p><p>Le calcul relatif &amp; lessai &amp; leau de mer est un peu plus compliqu6. I1 faut dabord remarquer que, lors de la premibre extraction, lanhydride sulfurique est en quantit6 trop faible (0,199 g X 5 = 0 , 9 9 5 g) pour saturer lalumine des 5 g du laitier mis en Oeuvre (qui exigent 1,57 g de SO, pour former le sel de Candlot). Enkuite la quantit6 de sels magnesiques con- tenus dans 500 cm deau de mer (0,195 gX5=0,9 16 g) est trop ClevCe pour &amp;re prCcipit6e intdgralement par la chaux du laitier, car 5 g de laitier renferment 0,673 g dalumine qui exigent sensiblement 2,2 g de chaux pour se transformer en sulfoaluminate (5 g de laitier renferment en r6alitC 2,296 Q de chaux, quantit6 suffisante pour son autotransformation en sel de Candlot). La moiti6 des 2,2 g de chaux nCcessaire R la production du sel de Candlot doit servir a la formation de la partie A1,0,. 3 CaO de ce sel, lautre moiti6 formant les 3 CaSO,. Nous devrons donc dCfnlquer dabord de la chaux du lilitier, 1 , l g pour former A1,0, .3 CaO. Le restant 2,295 - 1 ,1= 1,195 gramme serait disponible pour rCagir avec les sels magndsiques de leau de mer (0,976 p pour 500 cm) mais si la prCcipitation 6tait intbgrale, il ne pourrait en pr6cipiter que 0,854 g. </p></li><li><p>DECOMPOSITION DES CIMENTS 147 </p><p>=0,024 g de magnb- 0,975 - 0,854 5 I1 devrait donc rester </p><p>sie par 100 cm de solution. Si nous supposons que la prCci- pitation des sels de magnesium sarrhte &amp; la production du sel de Candlot (cest-&amp;-dire dans le cas present, B la precipitation de toutle magnesium se trouvant g l6tat de sulfate dans IPS 500 cm deau de mer), nous raisonnerons comme suit : </p><p>A 0,044 g pour 100 cm de CaO se trouvant B 1Btat de CaSO, dans leau de mer correspond 0,065 g SO,. La quantite de SO, cornbide ti MgO sera 0,195-0,065=0,124 g pour 100 cm. Cette quantite Bquivaut ti 0,124:2=0,067 g pour 100 cm de MgO &amp; 1Ctat de sulfate. MgO &amp; 1Btat de chlorure restant en solution dapres cette seconde hypothese sera 0,195 - 0,067 = 0,128 g pour 100 cm. </p><p>Lindice H correspondant ti ces deux hypothbses se cal- culera comme dhabitude et sera de 14 dans la deuxibmc hypo- t hbse envisag6e. </p><p>Les rCsultats expCrimentaux prouvent quil ny a pas eu fixation de sulfate apres le mois dexperience et que la mafine- sie prdcipitCe semble provenir du chlorure, puisque la teneur en sulfate ne sest pas modifiCe. Le sel de Candlot ne sest donc pas produit dnns ces conditions. </p><p>TABLEAU V </p><p>ElGrnents olution initiale R E d f a t s REsullats calculCs rxp6rirnrnlaux </p><p>(Fn grammes pour 100 rentimtVrcs cilEeQ) </p><p>s o , . . . . . 0,199 0,005 0,1995 C a O . . . . . 0,044 0,010 0,061 MgO . . . . . 0,195 &gt; 0,128 0,170 .4lcalinit6 en CaO 0 0,005 0 Indice H . . . )) 14 7 </p><p>f ) Tableau rdcapitulatif des indices H pour les trois extrac- tions et les cinq milieux observPs </p><p>Le tableau suivant reproduit les indices H experimentaux- pour les trois extractions successives du laitier, par 500 centi- metres cubes du liquide consider&amp; Les chiffres mentionnCs pour la deuxibme extraction correspondent ti lensemble dc la chaux dissoute ou ayant reagi lors des deux premieres extrac- tions et ceux mentionnhs pour la troisibme extraction sont obtenus en additionnant les indices des trois extractions. On </p></li><li><p>118 G. B A T T A </p><p>se rend ainsi mieux compte de la quantitB de chaux perdue a u point de vue hydraulique. </p><p>TABLEAU VI ~~ ~~ </p><p>baluro du Ilquide dattaque ln ertr. 26 ertr. 30 erlr . </p><p>n ) Fau distill&amp; . . . . . . . 2 4 G b ) I;au dure . . . . . . . . 1 2 2 3 C I Solution saturCe de CaSO, . . 3 5 6 ( I ) Solution de MgSO, A 20 p. 1.OOO 14 21 25 e ) E a r l de mer . . . . . . . 7 8 0 </p><p>Ce tableau montre Iaction particulihrement hergique d u sulfate de magndsie a 20 p. 1.000 comparativement a leau tle mer. Par contre, leau dure se comporte dune manibre plus favorable que leau distillhe. </p><p>Divons encore que nous avons effect&amp; quelques essais dagitation du m&amp;me laitier en poudre avec une solution envi- ron N / 5 de sulfate dalumine, et une solution environ N / 5 de sulfate de cuivre. Nous avons constate dans les deux cas une fixation de Iion mBtallique aluminium ou cuivre, fixation qui cst surtout Cnergique pour le sulfate daluminium, la teneiir en ions SO, diminue Bgalement. Toutefois avec ces deux sels, i l ne nous a pas B t B permis de calculer Iindice H par suite de formilt ion de sels basiques qui compliquaient les r6ad ions. </p><p>DEUXIkME PARTIE </p><p>Action ehimique de divers milieux Bur des Cpronvettes de mortier </p><p>Les essais dattaque chimique que nous avons rCsumCs dans nos travaux prkcddents, ont 6th effectuCs en agitant la poudre de ciment avec les diverses solutions agressives. Nous les avons assimilCs &amp; des essais accClCrCs dans lesquels le fac- teur durhe de contact Btant faible comparativement &amp; la durbe effective de la corrosion dun ouvrage dart, on augmentait par contre le facteur surface et le facteur agitation. </p><p>Pour nous rapprocher des conditions de la rCalitC, i l nous a paru intbressant de comparer 6galement la variation de lat- taque que prbsenterait une Cprouvette faconnke, avec lattaque que nous avons mesurCe prCcCdemment sur le ciment pulvl- </p></li><li><p>DfiCOhfPOSITION DE8 CIMENTS 149 </p><p>rulent, et de. voir ce que deviendrait dans ces conditions, la valeur des indices H. </p><p>Nous avons pour cela confectionne des Cprouvettes en partant de 5 grammes de ciment et 15 grammes de sable normal. Ces Cprouvettes, denviron 30 centimbtres carres de surface, ont 6tC conservees huit jours ?i lair humide, puis suspendues Ii trols reprises dans 500 centimbtres cubes de solution. Le renouvellement de la solfition et lanalyse de celle- ci, se faisaient tous les mois. </p><p>Les liquides CtudiCs ont BtB leau distillCe, une eau calcaire, leau de mer et une sblution de sulfate de magnesie Ii 20 p. 1.OOO. Le mode opC- ratoire diffhrait en ce cas de celui utilise pour les essais dagitation pre- cCdents, en ce que le liquide B...</p></li></ul>