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Étude de l'influence de l’ajout initial et d’un ajout retardé d'adjuvants sur le comportement des matériaux cimentaires

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Banc, Lucie (2020). Étude de l'influence de l’ajout initial et d’un ajout retardé d'adjuvants sur le comportement des matériaux cimentaires. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le béton est le matériau le plus utilisé dans le domaine de la construction pour son faible coût et les disponibilités de ses matières premières qui peuvent être produites localement. L’innovation de ce domaine entraine une évolution graduelle pour s’adapter à la diversité des besoins développés par les industriels à travers le monde entier. De nombreuses modifications peuvent être apportées au matériau afin d’améliorer ses performances. L’incorporation d’adjuvants est l’une des modifications jouant un rôle majeur sur les capacités de résistance mécanique et de durabilité du béton. Toutefois, ce type d’ajout conduit à obtenir des effets indésirables comme le phénomène de retard dans certaines utilisations. L’hydratation du ciment implique des mécanismes complexes créés par des réactions couplées provenant de différents composants. L’ajout d’adjuvants peut créer des interférences avec les phases minérales relatant des mécanismes pas complètement compris pouvant impacter l’hydratation du ciment. C’est pourquoi des recherches portant sur les dosages et le temps d’ajout sont nécessaires. Dans ce mémoire, les influences de dosage et du temps d’ajout sont étudiés sur des superplastifiants, des agents modificateurs de viscosité, des nanoparticules de C-S-H, des nanoargiles et des accélérateurs. Pour chacun d’entre eux, trois dosages sont incorporés initialement et retardés de dix minutes dans le mélange cimentaire. L’analyse de l’hydratation du ciment, la quantification des éléments de solution poreuse et les caractéristiques mécaniques sont étudiées par calorimétrie, ICP-OES et par essais de compression respectivement. Le moment d’ajout selon différents dosages d’adjuvants est mis en lumière dans cette étude.

Les résultats montrent que l’ajout retardé implique une activité d’hydratation plus grande que l’ajout initial de par la concentration en ions plus élevée menant à une meilleure hydratation du ciment. L’ajout d’inclusions de C S-H entraine une légère diminution des résistances en compression avec l’augmentation du dosage alors qu’aucun impact n’est relaté dans les cas d’ajouts retardés. En outre, l’ajout retardé de nanoparticules de C-S-H entraine une lourde modification dans le retard et l’intensité du flux de chaleur. Les compositions des solutions poreuses de nanoargile et celles d’agent modificateur de viscosité ne semblent pas être affectées par les dosages alors que les résistances en compressions diminuent. On observe également une augmentation de la chaleur totale avec les ajouts retardés de ces adjuvants. D’autre part, l’ajout retardé d’agent modificateur de viscosité et de superplastifiant diminue la résistance en compression à 28 jours ce qui est le cas inverse concernant la nanoargile.

En résumé, les effets du temps d’ajout dépendent du type d’adjuvants et diffèrent des propriétés souhaitées. Par ailleurs, les adjuvants modifient les surfaces des particules de ciment et impactent leur hydratation. Ces phénomènes varient donc selon les adjuvants et les types de ciment. Par conséquent, les résultats et observations de ce mémoire ne sont pas généralisables et impliquent des recherches systématiques sur le moment d’ajout afin d’améliorer l’utilisation d’adjuvants chimiques.

Titre traduit

Study of time addition influence of admixtures on cementitious materials performances

Résumé traduit

Concrete is preferred as material for construction mainly because, it is one of the cheapest material available and can also be produced by using locally available materials. However, the factual acceptance emanates from the fact that it is regularly evolving to fit the diverse and needs of the increasingly developed and industrial contours of the world today. There are several modifications adopted to produce materials of higher capability. One such modification to produce high strength capabilities of concrete is incorporation of admixtures. It mainly increases the mechanical and durability characteristics of concrete. However, these also lead to undesired side effects. One such effect is delaying of hydration. Cement hydration involves complex mechanism with coupled reaction from multi-components. Addition of these admixtures creates interferences with mineral phases reactions which implicates to the mechanisms which remain unclear. These can affect the efficacy of cement hydration. So additional research experiments are required in the field of dosages and additional time of admixtures. In this present investigation, influences of dosages and addition time are studied on different admixtures such as superplasticizer, viscosity modifying admixture, C-S-H seeds, nanoclay and accelerators. For all these, three percentages of admixtures are individually incorporated for initial and delayed addition. Moreover, the present study considered hydration analysis and quantification of elements and mechanical characteristics. For hydration characteristic, we consider calorimetry. For quantification of elements and mechanical characteristic, we consider ICP-OES and compressive strength. Addition time effects following different percentages of admixtures are the primarily studied on this investigation.

Results show that delay addition induces higher hydration activity with higher concentrations of ions compared to initial addition. These lead to a better hydration. With C S-H seeds, the compressive strength slightly decreases with the increasing in percentages of this admixture while with delayed addition, strength is not impacted. Moreover, we observed a delaying time and intensity of heat flow for delayed addition of C-S-H particles. With addition of viscosity modifying admixture and nanoclay, we have not observed any variations in pore solution composition with the increase in dosages and the total heat flow as well as compressive strength decrease. We observed, an increase in total heat flow for delayed addition for all admixtures. Nevertheless, the compressive strength at 28 days decreases with delayed addition of superplasticizer and viscosity modifying admixture. Interestingly, for nanoclay the compressive strength increases with delayed addition.

In summary, effect of addition time is dependant of admixture type and conclusions differ on characteristic desired. Moreover, admixtures modified cement particles surface with impacting their hydration which may vary among different admixtures and types of cement. Consequently, these results and observations are not generalizable and imply some systematic research in addition time of admixture to improve the use of chemical admixtures.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 151-164).
Mots-clés libres: matériaux cimentaires, adjuvants, solution poreuse, hydratation du ciment, calorimétrie
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Ouellet-Plamondon, Claudiane
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 19 févr. 2021 19:48
Dernière modification: 19 févr. 2021 19:48
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2667

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