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Utilisation des cendres volantes pour la prévention des désordres dus à l'alcali-réaction

( Télécharger le fichier original )
par Azddine KAROUITE
Ecole HASSANIA des Travaux publics -  2003
  

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Conclusions et Recommandations

Les désordres dus à l'alcali-réaction, attaquant les grands ouvrages, ont suscité un grand intérêt dans les milieux de recherches scientifiques. La majorité des études allant dans ce sens relèvent une tendance vers l'utilisation des ajouts minéraux comme éléments inhibiteurs pour de telles réactions. C'est dans ce cadre que s'inscrit notre sujet de travail de fin d'études qui présentait comme objectif, l'utilisation des cendres volantes dans la formulation du ciment afin de faire face aux réactions alcali-granulats.

Pour atteindre une telle finalité on a procédé à la préparation d'un nombre optimal, déterminé sur la base des plans d'expériences, de mélanges suralcanisés à différents dosages en cendres volantes. Cette phase préparatrice a été succédée par le lancement d'une série d'essais d'autoclavage sur des mortiers utilisant le basalte comme granulat, et ceci afin de déterminer l'expansion et son évolution en fonctions des proportions des cendres volantes dans les dits mélanges.

Étant conscient de l'impact de l'ajout des cendres volantes sur la résistance du béton, une deuxième série d'essais a été réalisée en parallèle avec la première.

La phase expérimentale a débauché sur des résultats satisfaisants et répondant aux objectifs fixés. En effet, l'utilisation des cendres volantes a donné lieu à une diminution considérable de l'expansion du béton ; avec 50% de cendres volantes et 50% de CBG, on est parvenu à diminuer l'expansion de 0.15% en absolu. Cependant, l'analyse des résultats a mis en évidence l'effet négatif, inattendu, des fillers calcaire sur l'expansion.

Aussi efficaces qu'elles soient pour l'inhibition de l'alcali-réaction, les cendres volantes peuvent être à l'origine d'une baisse de la résistance du béton. Ainsi le ciment « optimal » à préparer doit satisfaire d'une part, aux exigences normatives en matière de résistance et d'autre part, il doit avoir un taux minimal d'expansion (0.15%) .une optimisation de la composition de ce ciment a été faite sur la base de l'algorithme de simplex (solveur) :

Type du ciment

% CBG

% CV

Rc7j (Mpa)

Rc28j (Mpa)

Expansion (%)

CPZ(A) 35

69.9

30.1

27.64

38.61

0.081

CPZ(A)45

76.6

23.4

30.05

42

0.096

CPZ(B) 35

56.8

43.2

21.8

32

0.05

CPZ(B) 45

68.8

31.2

27.21

38.06

0.078

Spécial

35.9

64.1

10.28

21.42

0.0001

Tableau 21: Récapitulatif des ciments spéciaux pour faire face à l'alcali-réaction.

Vu la grande sensibilité des essais de notre étude, la précision dans leur réalisation s'est avérée primordiale et elle est toujours recommandée. Certes, l'utilisation d'un seul granulat (basalte) nous a permis de faire ressortir des résultats pertinents, cependant la réalisation d'un modèle général nécessite l'utilisation de plusieurs granulats dans des cycles d'essais de laboratoire afin de disposer d'une base de données et un modèle beaucoup plus représentatif.

Il est aussi vivement souhaitable de mieux quantifier l'effet des cendres volantes sur la résistance à moyen et à long terme , par le biais d'une série d'essais appropriés servant d'outil pour la modélisation du phénomène. Étant donné le caractère chimico-physique de l'alcali-réaction, la réalisation des analyses chimiques concises et poussées est une tâche potentiellement significative pour des explications et des interprétations plus élaborées. Notons ainsi que ces analyses doivent être complémentées par d'autres portant sur les caractères intrinsèques des matériaux ( densité, absorption, finesse Blaine,...) afin d'être en mesure d'identifier, de caractériser ces matériaux et de quantifier les interactions qui leur sont associées. Dans la même optique, il serait souhaitable de réaliser une carte de classification des granulats par carrière, à l'échelle nationale, en fonction de leur réactivité.

Annexe 1 : La soude ajoutée

Mélange

Composition

Na2O équivalent

Masse de NaOH nécessaire (g)

%CBG

% CV

% FC

Pourcentage

Masse en g

1

100

0

0

0.93

5.58

11.88

2

50

50

0

0.97

5.82

11.73

3

50

0

50

0.57

3.39

13.3

4

75

25

0

0.95

5.7

11.81

5

75

0

25

0.75

4.49

12.59

6

50

25

25

0.77

4.61

12.51

7

83.33

16.67

0

0.94

5.66

11.83

8

83.33

0

16.67

0.81

4.85

12.35

9

66.67

0

33.33

0.69

4.12

12.83

10

50

16.67

33.33

0.7

4.2

12.77

11

50

33.33

16.67

0.83

5.01

12.25

12

66.67

33.33

0

0.96

5.74

11.78

13

66.67

16.67

16.66

0.82

4.93

12.3

14

58.33

25

16.67

0.83

4.97

12.28

15

33.33

50

16.67

0.85

5.09

12.20

16

58.33

16.67

25

0.76

4.57

12.54

17

41.67

33.33

25

0.77

4.64

12.49

18

25

50

25

0.79

4.73

12.44

Tableau 22: La quantité de la soude ajoutée à chaque mélange

Annexe 2 : Résultats d'expansion

Mélange

Composition

Éprouvette

Expansion (%)

Ecart/moyenne (%)

% CBG

% CV

% FC

1

100

1

0,156

1,6260

2

0,158

2,8455

3

0,147

-4,4715

Moyenne

0,154

 

2

 50

 50

0

1

0,034

7,1148

2

0,034

6,1321

3

0,028

-13,5220

Moyenne

0,032

 

3

50

50 

1

0,188

1,6811

2

0,187

1,3422

3

0,179

-3,0640

Moyenne

0,184

 

4

75

25 

1

0,091

0,6944

2

0,090

0,0000

3

0,089

-0,6944

Moyenne

0,090

 

5

75

 0

25

1

0,210

1,2048

2

0,207

-0,3012

3

0,206

-0,9036

Moyenne

0,208

 

6

50

25 

25

1

0,088

1,9417

2

0,086

-0,2427

3

0,084

-1,6990

Moyenne

0,086

 

7

83,33

16.67 

0

1

0,117

-3,6082

2

0,118

-3,0928

3

0,129

6,7010

Moyenne

0,121

 

8

83,33

16.67

1

0,196

7,5342

2

0,173

-5,4795

3

0,179

-2,0548

Moyenne

0,183

 

9

66,67

33.33

1

0,227

-2,4194

2

0,244

4,8387

3

0,227

-2,4194

Moyenne

0,233

 

10

50

16.67 

33.33

1

0,108

-1,7143

2

0,110

0,5714

3

0,111

1,1429

Moyenne

0,109

 

11

50

33.33 

 16.67

1

0,061

4,7064

2

0,054

-6,0881

3

0,059

1,4680

Moyenne

0,058

 

Mélange

Composition

Éprouvette

Expansion (%)

Écart/moyenne (%)

12

66,67

 33

0

1

0,057

5,3241

2

0,051

-5,0926

3

0,054

-0,4630

Moyenne

0,054

 

13

66,67

16.67 

16.66

1

0,101

3,8442

2

0,102

5,1342

3

0,088

-9,0557

Moyenne

0,097

 

14

58,33

25 

16.67

1

0,096

9,4787

2

0,084

-4,0284

3

0,083

-5,4502

Moyenne

0,088

 

15

33,33

50 

16.67

1

0,020

2,5641

2

0,018

-10,2564

3

0,021

7,3718

Moyenne

0,019

 

16

58,33

16.67 

25

1

0,116

5,2830

2

0,118

6,9811

3

0,097

-12,2642

Moyenne

0,110

 

17

41,67

 33.33

25 

1

0,051

0,4902

2

0,050

-1,9608

3

0,052

1,7157

moyenne

0,051

 

18

25

 50

25

1

0,008

-9,6386

2

0,009

12,9518

3

0,008

-2,1084

moyenne

0,008

 

Tableau 23: Résultats détaillés de l'Expansion



Mélange

CBG

CV

FC

Expansion mesurée

Linéaire

Quadratique

Spécial cubique

1

100

0

0

0,154

0,174

0,155

0,152

2

50

50

0

0,032

0,002

0,069

0,033

3

50

0

50

0,184

0,194

0,194

0,190

4

75

25

0

0,09

0,088

0,112

0,093

5

75

0

25

0,208

0,184

0,206

0,210

6

50

25

25

0,086

0,098

0,097

0,085

7

83,33

16,67

0

0,121

0,117

0,127

0,112

8

83,33

0

16,67

0,183

0,181

0,196

0,200

9

66,67

0

33,33

0,233

0,188

0,209

0,212

10

50

16,67

33,33

0,109

0,130

0,122

0,114

11

50

33,33

16,67

0,058

0,066

0,080

0,062

12

66,67

33

0

0,054

0,060

0,098

0,073

13

66,67

16,67

16,66

0,097

0,124

0,138

0,099

14

58,33

25

16,67

0,088

0,095

0,109

0,073

15

33,33

50

16,67

0,019

0,009

0,022

0,088

16

58,33

16,67

25

0,11

0,127

0,133

0,103

17

41,67

33,33

25

0,051

0,070

0,061

0,091

18

25

50

25

0,008

0,012

0.0001

0,173

Tableau 24: Comparaison des valeurs calculées et celles mesurées de l'expansion

Annexe 3 : La résistance à la compression

Mélange

Composition

Rc2j (Mpa)

Rc7j(Mpa)

Rc28j(Mpa)

1

100%CBG

30,19

35,88

51,56

30,06

33,19

52,00

30,06

37,13

51,50

30,63

38,50

53,63

29,75

36,31

55,06

29,75

35,31

51,38

Moyenne

30,07

36,05

52,52

7

83,33CBG+16,67CV

23,44

31,19

43,56

25,00

31,44

50,69

24,19

32,31

51,38

22,81

32,25

47,44

24,31

29,75

37,44*

24,06

32,63

49,81

Moyenne

23,97

31,59

48,58

4

75CBG+25CV

23,63

28,19

38,19

21,56

29,56

39,38

21,50

30,19

41,31

22,44

29,00

41,25

21,06

29,38

40,81

23,06

30,19

40,13

Moyenne

22,21

29,42

40,18

12

66,67CBG+33,33CV

18,63

26,69

38,44

16,81

26,69

33,69*

17,50

26,94

39,75

18,19

28,63

40,31

17,56

28,06

36,44

18,50

25,00*

40,31

Moyenne

17,86

27,40

39,05

2

50%CBG+50%CV

13,00

18,88

26,69

12,63

18,50

28,56

11,94

18,88

28,00

14,44

18,69

26,75

13,94

18,19

26,63

14,63

18,69

27,75

Moyenne

13,43

18,64

27,40

6

50CBG+25CV+25FC

15,13

20,69

28,44

14,25

18,88

28,75

13,63

20,50

26,81

14,44

19,31

29,19

13,94

20,50

27,56

14,63

20,69

28,56

Moyenne

14,33

20,09

28,22

Tableau 25 : Résultats détaillés de la résistance à la compression à 2, 7 et à 28jours

(*) : Ces valeurs sont rejetées car elles s'éloignent de la réalité.

Annexe 4 : La résistance à la traction

Mélange

Composition

Rt2j (Mpa)

Rt7j(Mpa)

Rt28j(Mpa)

1

100%CBG

5,15

6,90

9,01

5,03

6,90

8,78

5,50

6,20

8,54

Moyenne

5,23

6,67

8,78

7

83,33CBG+16,67CV

4,68

6,08

8,19

4,80

5,85

9,01

4,56

7,25

7,96

Moyenne

4,68

6,40

8,39

4

75CBG+25CV

4,68

6,08

7,96

4,80

6,44

8,78

4,56

5,97

8,07

Moyenne

4,68

6,16

8,27

12

66,67CBG+33,33CV

4,10

5,73

8,31

4,33

5,50

7,96

4,10

5,62

7,96

Moyenne

4,17

5,62

8,07

2

50%CBG+50%CV

3,51

4,21

5,15

2,93

3,98

5,03

3,04

4,68

5,50

Moyenne

3,16

4,29

5,23

6

50CBG+25CV+25FC

3,16

4,33

6,44

3,39

4,56

7,25

3,28

4,68

5,62

Moyenne

3,28

4,52

6,44

Tableau 26 : Résultats détaillés de la résistance à la traction à 2, 7 et à 28 jours

Annexe 5 : Modélisation de la résistance en traction et en compression

I/ Résistance à la compression à 2 jours :

1/ Validité des modèles :

Source

somme des carrés

DL

Carré moyen

F

Prob>F

Linéaire

1045.79

1

1045.79

1549.53

< 0.0001

Quadratique

0.24

1

0.24

0.35

0.5605

cubique

0.13

1

0.13

0.19

0.6692

Résiduelle

18.52

26

0.71

 
 

Tableau 27: Recherche du biais (Rc2j)

Source

Std,Dev

R² ajusté

R² prédit

Linéaire

0.82

0.9823

0.9816

0.9806

Quadratique

0.83

0.9825

0.9812

0.9806

Cubique

0.84

0.9826

0.9806

0.9782

Tableau 28: Test de fiabilité (Rc2j)

2/ Modélisation

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"En amour, en art, en politique, il faut nous arranger pour que notre légèreté pèse lourd dans la balance."   Sacha Guitry