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Téchnologie du béton K.H. Khayat
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C-S-H et CH au début de l’hydratation
Téchnologie du béton K.H. Khayat
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Hydratation du ciment Portland D’où vient la poudre magique que nous appelons ciment? Quelle est la composition chimique de la poudre que nous
appelons ciment Portland? Comment ces composition chimiques réagissent-elles et
changent-elles de propriétés avec le temps? Quelles sont les réactions chimiques qui surviennent dans
le ciment Portland? Taux de réaction et cinétique de l’hydratation Microstructure
ICI
Hydratation des Silicates de Calcium 2C3S + 7H C3S2H8 + 3CH H=-500J/g
2C2S + 7H C3S2H8 + CH H=-250J/g
Les deux produisent du C-S-H et du CH
C2S produit moins de CH (important pour la durabilité dans les environnements riches en sulfate)
Plus de chaleur durant l’hydratation du C3S
L’hydrataion du C3S est plus rapide, contribuant à la résistance à jeune âge (2-3h à 14 jours)
L’hydratation du C2S survient plus lentement, contribuant à la résistance après ~14 jours
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CSH
CH
Hydratation des silicates de calcium
Taux
d’é
volu
tion
de
la c
hale
ur
Temps en heures
C3S C3S
Ions Ca & OHlibérés
Augmentationdu pH La croissance continue et est
contrôlée par la diffusion
III
III IV
V
C3SC3S
Ca & OH atteignentla limite
Formation de CH et de C-S-H
Barrièreprotective
C-S-H
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Hydratation de l’ aluminate tricalcique(hydrates de sulfoaluminate de calcium)
eMonosulfat 342
Ettringite 263
-362KJ/MolH 10
12432363
323623
12423
HSACHHSCAC
HSACHHSCAC
HSACHHSCAC
Lorsqu’il y a beaucoup de gypse
Ettringite instable quand la concentration en sulfate chute
Ettringite
Monosulfate
La réaction globale du C3A peut être représentée ainsi :
Si les sulfates sont réintroduits dans le système – formation d’ettringite Ettringite ~ AFt et Monosulfate ~ AFm
Aluminates et sulfoaluminates de calcium
Inclut l’hydratation ettringite, monosulfate hydration, hydrates d’aluminate de calcium et gels d’hydroxide alumino-ferrique
15-20% du volume solide de la pâte de ciment hydratée
Ne contribue pas beaucoup à la résistance
La formation d’ettringite, en particulier, influence le temps de prise
La haute chaleur d’hydratation du C3A peut être favorable ou défavorable selon l’application
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Hydration des aluminates de calcium C6AŠ3H32 (Ettringite, Aft) C4AŠH12
(monosulfate, Afm)
• Morphologie en forme d’aiguille
• Interblocage des aiguilles, nécessite beaucoup d’eau
• Contribue à la prise du mélange
• Un peu de résistance à jeune âge
• Morphologie en forme de plaques hexagonales arrangées en rosettes
• Vulnérable à l’attaque des sulfates
ettringite (droite) et monosulfate d’ettringite (gauche)
Ettringite
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Hydration of C3A with SulfateÉ
volu
tion
du
degr
é de
cha
leur
Temps en heures
Étape IV, V
Étape II, III
Étape I
0 10 20 30 40 50
Due à la formation d’ettringite
La durée dépend de la quantité de
gypse présent
C3A C3A C3A C3A
L’ettringite forme unebarrière de diffusion
C3A
Rupture durantla conversion
en Monosulfate
Cicatrisationdes fissures Monosulfate
Cinétique ou taux de réaction C3A > C3S > C4AF > C2S
Chaque composé est un peu différent
La réactivité est influencée par la nature de la mouture, la finesse et le refroidissement du clinker
Les impuretés influencent les réactions
Réactions complexes (le C2S réagit plus vite quand le C3S est présent en raison de la présence de OH- dans la solution)
Le C3A et le C4AF compétitionnent pour les sulfates
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Hydratation du ciment Portland D’où vient la poudre magique que nous appelons ciment? Quelle est la composition chimique de la poudre que nous
appelons ciment Portland? Comment ces compositions chimiques réagissent-elles et
changent-elles de propriétés avec le temps? Quelles sont les réactions chimiques qui surviennent dans
le ciment Portland? Taux de réaction et cinétique de l’hydratation Microstructure
Microstructure du béton Solides Hydrate de silicate de
calcium, C-S-H Hydroxyde de calcium, CH Ettringite Hydrate de monosulfate Ciment non hydraté
Vides
• Air entrappé (> 1mm)
• Air entraîné (75-500 m)
• Pores capillaires (macro meso)
• Espace interfeuillet (micro-pores)
Eau
• Eau des capillaires
• Eau adsorbée
• Eau interfeuillet
• Eau combinée chimiquement
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Microstructure
1-5 nmRetrait ultimeAdsorption
<50 nmRetraitFluageDurabilité
C-S-H image credit: Dr. Eric Lachowski, S.Y. Hong, and F.P. Glasser via Concrete Microscopy Library at UIUC
Table and monosulfate and ettringite image credits: M&M text
1. Solides
(Référence du tableau : texte de Young)