Colloque "Bâtiments et ouvrages en béton" Influence de la pâte de ciment adhérente sur les propriétés des granulats recyclés et des mortiers Sébastien REMOND, Zengfeng ZHAO, Denis DAMIDOT, Weiya XU Colloque "Bâtiments et ouvrages en béton"  Université de Cergy-Pontoise - 27 mai 2014

1. Introduction: Contexte et enjeux Valorisation des granulats de béton recyclé Réglementation fixant à 70% la valorisation des déchets de construction et déconstruction d’ici à 2020 (Ordonnance 12/2010) Utilisation en techniques routières (pas/peu en tant que granulats pour bétons) Diminution des quantités de déchets de démolition à mettre en centre de stockage Préservation des ressources naturelles Caractérisation des GR Influence sur les propriétés des bétons

1. Introduction: composition des granulats recyclés Deux phases : granulats naturels (GN) pâte de ciment durcie adhérente aux GN Pâte de ciment adhérente Granulat naturel Les propriétés des GR dépendent : des propriétés des 2 phases des proportions des 2 phases (TPC) Teneur en pâte de ciment adhérente des GR Difficile à mesurer Influencée par: composition du béton, méthode de concassage, taille des particules, conditions de conservation…

1. Introduction: Objectifs 1.Peut-on mesurer avec une méthode simple la teneur en pâte de ciment des granulats recyclés? 2.Cette méthode simple permet-elle de mieux déterminer les propriétés d’usage des granulats recyclés pour la formulation des bétons? 3.Quelle est l’influence des sables recyclés sur les propriétés des mortiers?

3 GR industriels de différentes origines 1. Introduction: 3 types des GR utilisés Pour répondre à ces questions nous avons utilisé 2 types de GR: GR fabriqués au laboratoire 3 GR industriels de différentes origines 3 bétons d’origine de composition maîtrisée Colas1 Colas2 PN Recybéton

2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR Q1: Peut-on mesurer simplement la teneur en pâte de ciment des GR? Q2: Peut-on améliorer la mesure des propriétés d’usage des GR? Q3: Quelle est l’influence des GR sur les propriétés des mortiers?

2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR Mise au point d’une méthode de mesure Phases solubles et insolubles dans l’acide salicylique Quartz, Dolomite, Calcite Non solubles dans l’acide salicylique Pâte de ciment adhérente Granulat naturel GN C2S, C3S, Ca(OH)2, C-S-H, Ettringite Solubles dans l’acide salicylique Non solubles dans l’acide salicylique C4AF, AFm CEM I Pâte de ciment Calcite, Laitiers… CEM II, III Pâte de CEM I blanc: FSAS=96% Pâte de CEM II gris: FSAS=63%

2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR Fabrication des GR de laboratoire Granulats naturels de Tournai (calcaire) Ciment Portland CEM I 52.5 (ciment blanc) Compositions des bétons initiaux Type de bétons OC1 OC2 OC3 Gravillon (kg) 1138.3 1040.7 1018.9 Sable (kg) 756.4 691.5 677.0 Ciment (kg) 298.8 375.7 474.8 Eau efficace (kg) 179.3 225.4 189.9 Eau absorbée (kg) 17.2 15.7 15.4 Eau totale (kg) 196.5 241.1 205.3 Gravillon/Sable 1.505 Rapport Eau/Cimenteff 0.6 0.4 Volume de pâte de ciment (dm3) 278 350 347 Masse Vol. béton frais (kg/m3) 2390 2349 2376 Affaissement (cm) 5.8 20.3 5.6 Rc28 (MPa) 41.1 40.8 51.0

2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR Fabrication des GR de laboratoire Granulats recyclés fabriqués au laboratoire: Réalisation des bétons initiaux (28 jours et 90 jours de cure en immersion) Concassage (concasseur de laboratoire à mâchoire, ouverture 10mm) puis séchage à 105°C Séparation des différentes fractions granulaires des GR (0/5mm) Quatre fractions: 0/0,63mm 0,63/1,25mm 1,25/2,5mm 2,5/5mm

2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR FSAS des granulats recyclés non carbonatés

2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR Q1: Peut-on mesurer simplement la teneur en pâte de ciment des GR? Q2: Peut-on améliorer la mesure des propriétés d’usage des GR? Q3: Quelle est l’influence des GR sur les propriétés des mortiers?

3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GR Mesure de l’absorption d’eau Coefficient d’absorption d’eau mesuré selon la norme EN 1097-6 et Méthode IFSTTAR N°78 Protocole de la norme EN 1097-6 Protocole de la Méthode IFSTTAR (Modifiée) 1) Saturation de l’échantillon 24h dans l’eau 2) Séchage progressif sous un courant d'air chaud pour l'état saturé surface sèche (SSS) 3) Séchage en étuve à 105°C 1) Saturation de l’échantillon 24h dans l’eau 2) Séchage sur papier absorbant pour l’état SSS 3) Séchage en étuve à 105°C

3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GR Absorption d’eau Coefficient d’absorption d’eau mesuré selon la norme EN 1097-6 et Méthode IFSTTAR W IFSTTAR > W EN1097-6 Valeurs proches pour les fractions grossières (0.63/5mm) Gros écart pour la fraction fine (0/0.63mm)

3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GR Variation de l’absorption d’eau avec FSAS Pâte de ciment adhérente Granulat naturel Hypothèse: Les propriétés de la pâte de ciment sont les mêmes dans toutes les fractions granulaires FSAS/TPC=Constante Absorption d’eau extrapolée

2. Mesure de la teneur en pâte de ciment des GR Q1: Peut-on mesurer simplement la teneur en pâte de ciment des GR? Q2: Peut-on améliorer la mesure des propriétés d’usage des GR? Q3: Quelle est l’influence des GR sur les propriétés des mortiers?

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Influence de l’état de saturation des GR Granulats naturels de Tournai (calcaire) Ciment Portland CEM I 52.5 (ciment blanc) Granulats recyclés: RCA-Colas1(recomposés) Absorption d’eau: 7.5% (calculé avec la méthode précédente) 0.50 Mortier avec granulats saturés : CM-0.5-S ou RM -0.55-S 0.60 Mortier avec granulats secs : CM-0.5-D ou RM -0.55-D S et D: mêmes compositions (mêmes quantités d’eau totale)

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Influence de l’état de saturation des GR (Série I) Affaissement de RM-D toujours supérieur à RM-S Pente de RM-D plus importante que celle de RM-S

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Influence de l’état de saturation des GR (Série I) Amélioration de l’ITZ dans le cas des granulats secs

5. Conclusions et perspectives Méthode simple pour l’estimation de la teneur en pâte de ciment des GR basée sur la dissolution dans l’acide salicylique  FSAS diminue quasi linéairement quand la taille moyenne des classes granulaires augmente Mesure de la FSAS permet d’améliorer la connaissance des propriétés d’usage des GR  L’absorption d’eau de la fraction 0/0.63mm peut être déterminée précisément par extrapolation de la relation WA=f(FSAS) Etude de l’influence de l’état de saturation sur les propriétés des mortiers à l’état frais et durci Amélioration de l’ouvrabilité et de l’ITZ avec des granulats secs Importance de la cinétique d’absorption

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sous-estime l’absorption d’eau. 3. Influence de FSAS sur les prop. d’usage des GR Absorption d’eau Coefficient d’absorption d’eau mesuré selon la norme EN 1097-6 et Méthode IFSTTAR pour la fraction (0/0.63mm) Cohésion de particules fines et anguleuses  la norme sous-estime l’absorption d’eau. Fraction 0.63/1.25mm état SSS norme Fraction 0/0.63mm état SSS norme Microscopie optique de la fraction 0/0.63mm de RCA-OC1-28 à l'état SSS par la méthode IFSTTAR 2mm Taille de l’agglomérat (3mm >> 0.63mm)  la méthode IFSTTAR surestime l’absorption d’eau pour la fraction 0/0.63mm. 3mm

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Influence de taux de substitution (Séries II) Relation de Bolomey Hypothèse :  Si C/Eeff est constant alors : On trouve G0,moy=0.72 et G100,moy=0.47 

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Influence de la fraction granulaire (Séries II et III)

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Microstructure de l’ITZ L’observation de l’interface pâte-granulat (ITZ) sur les mortiers de GR est difficile Un système plus simple d’ITZ Un grain de pâte de ciment blanc durci (90jours, fraction 2.5/5mm) Deux états de saturation (saturé et sec) Noyé dans une matrice de nouvelle pâte de ciment gris Fe Fe Saturé Sec Pas de Fe Pas de Fe Poli et prêt pour MEB Séchage à 105°C 28 jours en immersion

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Microstructure de l’ITZ Un système plus simple d’ITZ Fe  Nouvelle pâte Saturé Fe  Ancienne pâte Fe  Nouvelle pâte Sec Fe  Ancienne pâte

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Microstructure de l’ITZ Un système plus simple d’ITZ Saturé Sec

4. Valorisation des sables recyclés dans les mortiers: Microstructure de l’ITZ Un système plus simple de l’ITZ Saturé Sec