Altération de matrices cimentaires par des eaux de pluie et des eaux sulfatées. Approche expérimentale et thermodynamique - Thèses Université Clermont Auvergne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2002

Weathering of cement-based materials with rainwater and sulphated water: Experimental and thermodynamic study

Altération de matrices cimentaires par des eaux de pluie et des eaux sulfatées. Approche expérimentale et thermodynamique

Résumé

This work contributes to the understanding of the weathering process of cement-based materials by rainwater and sulphated waters. It results from a collaboration between geochemists and cement researchers and considers concrete as a rock. 1) Rainwater: samples were weathered in laboratory by pure water under inert atmosphere, by pure water under carbonated atmosphere and by acidified water at pH equal to 4. Leached samples were cement paste and mortar made with Portland cement and one very high strength concrete. 2) Sulphated waters : samples of mortar made with an ordinary Portland cement and a sulphate resisting Portland cement have been immersed in an aqueous solution with dissolved Na2SO4. The chemical and mineralogical zonings that have been created in the weathered samples were analyzed with scanning electron microscopy, X-ray diffraction and electron microprobe. In order to understand the origin of the changes occuring in samples after weathering, we have adopted a thermodynamic approach. The chemical system investigated is the system CaO-SiO2-Al2O3-SO3-CO2-H2O at 25°C under 1 atmosphere. According to our experimental results, the constituents CaO, SO3 and CO2 had an open-system behaviour and the constituents SiO2 and Al2O3 were not exchanged with the environment as in a closed system. The stability of the phases was portrayed in chemical potential diagrams, constructed with "Zen+k" software (Gibbs Energy minimization). For each type of experiment, we propose a path in the diagrams allowing to find back the mineralogical zonings. These paths are compatible with models from the literature. Furthermore they show the influence of the activity of water on the presence of the Ca-monosulfoaluminate mineral within stable associations. As a conclusion, this work has validated an original thermodynamic and analytical method allowing to study more complex chemical conditions of weathering.
Ce travail est une contribution à la compréhension des processus d'altération de matériaux cimentaires par des eaux de pluie et des eaux sulfatées. Il est le fruit d'une collaboration entre géochimistes et cimentiers, les bétons pouvant être considérés comme des roches. Pour les eaux de pluie, les conditions envisagées en laboratoire ont été l'altération par de l'eau sous atmosphère inerte, sous atmosphère carbonatée et de l'eau acidifiée à pH égal à 4. Les échantillons testés ont été des pâtes, des mortiers et un béton à ultra hautes performances. Concernant les eaux sulfatées, des échantillons de mortier à base de ciment Portland ordinaire et de ciment Portland résistant aux sulfates ont été immergés dans une solution de Na2SO4 dissous. Les zonations chimiques et minéralogiques survenues dans les échantillons altérés ont été étudiées par microscopie électronique à balayage, diffraction aux rayons X et microsonde électronique. Pour comprendre l'origine des modifications survenues dans les échantillons près expérience, nous avons adopté une approche thermodynamique à l'équilibre. Le système chimique exploré a été le système CaO-SiO2-Al2O3-SO3-CO2-H2O à 25°C sous une atmosphère. D'après nos résultats expérimentaux, les constituants CaO, SO3 et CO2 se sont comportés comme en système ouvert, et SiO2 et Al2O3 comme en système fermé. Des diagrammes de phases en potentiels chimiques ont été construits avec le logiciel "Zen+K" basé sur la minimisation de l'enthalpie libre de Gibbs. Pour chaque condition d'altération expérimentée, nous proposons un cheminement dans les diagrammes permettant de retrouver les zonations. Ces cheminements sont compatibles avec des modèles existants. De plus, ils montrent l'influence de l'activité de l'eau sur la présence du monosulfoaluminate de calcium. Enfin, ce travail a validé une démarche analytique et thermodynamique applicables à des conditions d'altération plus complexes.
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Dates et versions

tel-00813221 , version 1 (15-04-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00813221 , version 1

Citer

Blandine Barbieri-Albert. Altération de matrices cimentaires par des eaux de pluie et des eaux sulfatées. Approche expérimentale et thermodynamique. Génie des procédés. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00813221⟩
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