These de doctorant

6. Influence de l’agent viscosité sur la robustesse de la formulation

Dans le cahier des charges, on sait bien qu’il y a plusieurs formulations du béton autoplaçant qui dépendent du type des matériaux utilisés, du type de ciment, de l’adjuvant et des granulats...Mais le problème de robustesse de formulation est mal discuté. In situ, ça dépend de la type de granulat utilisé, de la capacité de l’adsorption de l’eau des granulats qui peut varier à peu près 10 litre d’eau/m3 de béton. On sait bien que la quantité de l’eau est un paramètre assez important pour les propriétés rhéologiques à court terme ou les propriétés mécaniques à long terme. L’augmentation de la teneur en eau de la pâte conduit à une augmentation de la teneur en eau libre du système, ce qui a pour effet d’éloigner les grains les uns des autres, diminuant ainsi les attractions électrostatiques (forces de Val der Waal : elles décroissent avec la distance entre particules chargées). Il en résulte une baisse du seuil de cisaillement. De plus, cet apport d’eau permettant une meilleur lubrification (du fait de l’éloignement des particules, on diminue la friction lors de l’écoulement), il en résulte une diminution de la viscosité (comme on va voir au dessous). Nous intéressant aux propriétés rhéologiques à court terme, nous souhaitons obtenir une formulation du béton qui soit robuste lorsqu’on modifie la quantité d’eau soit 10-15 litre d’eau/m3 du béton.

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  Comment on peut obtenir une telle formulation ?
  

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  Quels composants dans la formulation du béton qui assument ce rôle ?
  

Ce sont des questions importantes à répondre pour obtenir une formulation robuste. Comme l’on a connu que l’agent viscosité a la capacité de retenir de l’eau dans la phase interstitielle en adsorbant les molécules de l’eau et les garder sur sa surface. Dans cette partie, on va étudier l’influence de l’agent de viscosité sur la robustesse de la formulation, à partir de la formulation référence (1g AV/100g ciment) présentée précédemment et des 3 autres pâtes de 0g AV/100g ciment ; de 0,6g AV/100g ciment ; de 1,4g AV/100g ciment. Ensuite pour chaque pâte, on va faire varier la quantité de l’eau de ±5% et de ±10%. Alors, on va tester 20 pâtes comme indiquées dans le tableau suivant :

Tab. 3 19 : 20 pâtes testées la robustesse de la formulation
La viscosité et le seuil de cisaillement seront déterminés par interpolation des courbes comportements obtenus par la méthode décrite précédente.

6.1 Influence sur la viscosité

Pour chaque pâte, on va obtenir une valeur de la viscosité. A partir des 20 valeurs obtenus, on va tracer une diagramme de la viscosité en fonction de ’dosage en AV’ et ’% dosage en eau’ comme la FIG. 3-24

FIG. 3 77 : Viscosité effective des pâtes en fonction de dosage en AV et % dosage en eau
L’évolution de la viscosité en changeant le dosage en eau a la tendance de stabilité lors qu’on augmente le dosage de l’agent de viscosité. Ceci peut s’expliquer par le fait que l’agent viscosité adsorbe une partie de l’eau où se lie chimiquement à elle, ce qui contribue à diminuer la quantité d’eau libre en solution. Alors, on peut constater que avec une quantité suffisante de l’agent viscosité, on maintient la rhéologie de la pâte sans modifier pas trop la viscosité malgré un changement de ±10% de l’eau. On peut conclure, au niveau de rhéologie, l’agent de viscosité joue un rôle de robustesse de la formulation. On peut trouver le même résultat comme Lucie Svermora et al. [26] a reporté, d’après eux, pour assurer le même viscosité, même seuil de cisaillement ou bien même étalement, lors qu’on change le dosage en eau il faut rajouter un certain dosage en agent de viscosité comme indiquer sur la FIG. 3-25.

FIG. 3 78 : Mini slump(a), Viscosité(b), Seuil(c) en fonction de dosage en AV et eau/liant

6.2 Influence sur le seuil d’écoulement

De même façon, on va obtenir le diagramme du seuil d’écoulement des pâtes comme la FIG. 3-26

FIG. 3 79 : Seuil effective des pâtes en fonction de dosage en AV et % dosage en eau
L’agent de viscosité (ou agent colloïdal) a un effet physique en adsorbant des molécules d’eau sur sa surface, d’où une diminution de l’eau libre du système, diminution d’autant plus sensible que l’agent colloïdal augmente sa surface spécifique par association de chaînes polymériques. De surcroît, l’augmentation de la longueur de ces chaînes favorise les ponts hydrogènes et les attractions de type électrostatique entres chaînes voisines, donnant un comportement pseudo plastique, d’où résultent une diminution de la viscosité et une augmentation du seuil de cisaillement [27]

7 La conductivité

7.1 Introduction

Dans la littérature, on sait bien qu’il y a plusieurs méthodes pour étudier le phénomène de l’hydratation de la pâte de ciment comme calorimétrie en mesurant l’évolution du flux et de la quantité de chaleur dégagée par l’hydratation en fonction du temps et de la température [28], avec plusieurs type de calorimètre : calorimètre semi-adiabatique [29], calorimètre à dissolution, calorimètre à conduction, calorimètre adiabatique, calorimètre isotherme [30,31]... La calorimétrie est certes un bon moyen, largement utilisé, pour suivre l’évolution d’un système, mais elle l’observe sous l’angle thermique, or le flux thermique n’est pas représentatif de tous les phénomènes chimiques : ainsi les phénomènes de dissolution des anhydres, qui sont fortement exothermiques sont bien perçus, par contre pendant la période dite ”dormante”, où le dégagement thermique est très faible, les indicateur chimiques, eux, montrent une activité soutenue : c’est un effet la période d’accumulation des ions calcium en solution jusqu’à la sursaturation et de nucléation des germes de CSH, rapidement suivie de leur précipitation, à vitesse encore réduite. Ceci montre, s’il en était besoin, que la détermination de la réactivité des liants doit mettre en oeuvre un ensemble adapté de techniques complémentaires.

La phase liquide joue un rôle beaucoup plus important, celle ci n’était plus une constante, mais le reflet d’échange, souvent très rapides, entre le système solide anhydre et les hydrates. Les variations de concentrations de certains ions sont très grandes, en particulier les ions sulfates et calcium, tandis que le niveau de concentration atteint peut être lui même élevé. Ces réactions inter faciales mettent donc en jeu un ensemble indissociable.
Plusieurs Centre de Recherche Industrielle, sur les liants hydrauliques ou de manière plus générale sur les matériaux faisant intervenir des échanges solide-liquides, ont développé le suivi en continu par mesure conductimétrie de la phase liquide. Très souvent, y sont associées d’autres techniques (sondes thermiques, mesures calorimétriques, ou d’autres électrodes spécifiques) la conductimétrie étant, quant à elle, une mesure globale.
Vernet [32] a mis au point un assemblage expérimental de ce type appelé multiréacteur, afin d’étudier la cinétique d’hydratation des silicates de calcium et des ciments Portland.
Le laboratoire de Recherche de Lafarge a d’abord utilisé un système monoposte nommé ”Réacteur Chimique”, qui comprenait les capteurs de conductimétrie, pH et sonde de température, dans le cadre des projets Maîtrise du Plâtre puis Maîtrise des Aluminate [33].
Pour nous, on va utiliser une méthode simple avec deux électrodes plongées dans la pâte pour mesurer évolution de courant alternatif au sein de la solution à l’état stationnaire. Ensuite, on va établir un moyen couplage conductivité-rhéologie pour regarder les caractéristiques physico-chimiques de la pâte lors qu’elle est cisaillée.

7.2 Conductivité à l’état stationnaire

La pâte de ciment adjuvante possède des propriétés physico-chimiques évolutives. La mesure des propriétés électriques (conductivité par exemple) fournit des indications sur les caractéristiques physico-chimiques et leurs évolutions au sein du milieu. Appliqué au BAP ces techniques peuvent donner des informations utiles à la mise en place de modèles plus complexes.

La conductimétrie est une technique expérimentale basée sur la mesure de la conductance (G), grandeur inverse de la résistance (R). Cette grandeur est caractéristique des ions qui composent le milieu.
- La conductance G (grandeur inverse de la résistance R)
G = I/U
G : conductance en siemens (S)

I : intensité du courant en ampère (A)

U : tension électrique en volt (V)
- La conductivité (grandeur inverse de la résistivité)
= G. (L/S)
: conductivité en siemens par mètre (S.m−1)

G : conductance en siemens (S)

S : surface des électrodes de la cellule en carré (m²)

L : distance séparant les électrodes en mètre (m)

k = L/S est appelé la constance de cellule (m−1), la valeur de k utilisée est fonction de la solution que l’on va mesurer.
Si on applique une différence de potentiel constante entre deux électrodes plongées dans une solution électronique, un courant électrique s’établit, puis il décroît rapidement en raison de l’impossibilité pour les ions de pénétrer dans les électrodes et de circuler dans les conducteurs métalliques. Les ions positifs, ou cations, s’accumulent au voisinage de la cathode (-) et les ions négatifs, ou anions, au voisinage de l’anode (+), provoquant ce qu’on appelle la polarisation des électrodes. Pour observer, et mesurer, un courant électrique permanent et stable, il faut donc appliquer une différence de potentiel alternative. Mais il faut aussi que la fréquence ne soit pas trop élevée pour que, à chaque inversion du potentiel, la phase d’accélération des ions puisse être considérée comme négligeable par rapport à leur temps de circulation à vitesse stabilisée (des fréquence de l’ordre de 1000 Htz conviennent). Il faut enfin que les potentiels appliqués soient faibles (quelque volts) pour éviter les réactions électrochimiques aux électrodes (par ex. la formation de chlore à partir des chlorures, selon la réaction : 2Cl− →Cl2 +2e−). Si ces conditions sont respectées, les ions effectuent des va-et-vient sur de très courtes distances, mais de proche en proche, assurent le transport d’un courant alternatif stable entre les électrodes.
Donc, dans cette étude, nous utilisons un courant alternatif de 1000 Htz et avec la tension de l’ordre de 1 Volt, on va fixer la tension et mesurer l’intensité I en fonction du temps. Enfin, on va calculer les valeurs de conductivité en (mS cm).

7.2.1 Description des matérielles

- Un générateur basse fréquence délivre une tension alternative sinusoïdale de fréquence de 1kHz

- Une cellule conductimétrique
- Un voltmètre
- Un ampèremètre

FIG. 3 80 : Matériel de l’essai conductivité

La cellule conductimétrique se compose :

- Deux plaques d’inox
- Deux fiches bananes
- Des plaques de plexiglas
- Un boulon et un écrou en nylon.

FIG. 3 81 : Détail de la cellule conductimétrique
A cause de l’influence des effets de bords (lignes de courant non parallèles entre elles au voisinage des bords des électrodes), pour obtenir les valeurs plus fiables, il faut plonger les électrodes au moins 2cm dans la solution.

FIG. 3 82 : Disposition des cellules

7.2.2 Résultats de l’essai

Résultat de conductivité des pâtes en changeant le dosage de l’agent viscosant

FIG. 3 83 : Conductivité des pâtes en changeant le dosage AV
On se perçoit que l’agent de viscosité avec son rôle de rétention de l’eau et diminution de l’eau libre, donc il fait augmenter la concentration des ions dans la solution interstitielle, en conséquence on obtient une augmentation et une retardation la conductivité de la pâte.


FIG. 3 84 : Retardation de la conductivité en changeant le dosage AV
Résultat de conductivité des pâtes en changeant le dosage de superplastifiant


FIG. 3 85 : Conductivité des pâtes en changeant le dosage SP
Superplastifiant avec son rôle de défloculation, il est donc augmenté la capacité de l’hydratation et la conductivité mais il n’est pas effet de retardation la conductivité comme l’agent viscosité.


FIG. 3 86 : Faiblement de retardation de l’hydratation en changeant SP