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Les ajouts minéraux
Les ajouts minéraux sont des matériaux siliceux ou silico-alumineux présentant une phase réactive et amorphe. Ils peuvent avoir des propriétés hydrauliques c’est-à-dire qu’ils s’hydratent de façon autonome au contact de l’eau. Ainsi, ils peuvent posséder des propriétés pouzzolaniques, c’est-à-dire qu’en présence d’eau, l’ajout réagit avec la chaux hydratée pour former des silicates de calcium hydraté (C-S-H), qui sont à l’origine des propriétés liantes de la matrice cimentaire.
L’utilisation des ajouts minéraux dans la stabilisation des sols en remplacement partiel ou total du ciment ou de la chaux présente plusieurs aspects bénéfiques. Leur valorisation dans la stabilisation est non seulement économique mais également écologique.
Laitier de haut fourneau
Les laitiers de haut fourneau sont des sous-produits de l’élaboration de la fonte. Ils sont formés de constituants non ferreux, des fondants et des cendres de coke. On peut obtenir deux types de laitier de haut fourneau suivant le processus de refroidissement :
– Le laitier cristallisé obtenu par refroidissement lent
– Le laitier vitrifié (granulé) obtenu par refroidissement rapide, par trempe.
L’origine des deux types de laitier est la même, la différence entre ces deux matériaux réside seulement dans leurs cristallographie et réactivité chimique, et cela conditionne les propriétés des matériaux obtenus, donc leur utilisation. Le laitier vitrifié présente une structure vitreuse, riche en énergie ce qui lui confère une hydraulicité latente. Au contraire, le laitier cristallisé à une forme minéralogique stable et son pouvoir hydraulique, lorsqu’il existe, n’est que modeste [72].
Production du laitier granulé
La matière première du laitier moulu est un matériau secondaire issu de la fabrication de la fonte. Le minerai de fer (constitué essentiellement de silice, d’oxyde de fer et d’alumine) et le fondant (chaux CaO et dolomie MgO) sont portés à haute température (1400 à 1600°C) dans un haut-fourneau. La fonte est obtenue par cette opération de fusion. La gangue liquéfiée du minerai, de densité plus faible, vient en surface de la fonte en fusion et peut, de ce fait, être récupérée par écoulement séparé. A la sortie du haut-fourneau, cette gangue (le laitier de haut-fourneau) est soumise à un refroidissement brutal : la trempe, généralement effectuée à l’aide de jets d’eau sous forte pression. Sous l’effet de cet abaissement très rapide de la température, le laitier se solidifie et forme des « granules » de dimension comparable à celle d’un sable (moins de 5 mm) : le matériau obtenu, le laitier granulé de haut-fourneau, est vitreux et possède des propriétés hydrauliques latentes.
Caractéristiques chimiques et minéralogiques
Les composantes principales du laitier de hauts fourneaux sont la chaux (CaO), la silice (SiO2), l’alumine (Al2O3) et la magnésie (MgO) qui représentent presque 95% à 97% des constituants du laitier. Le laitier de haut fourneau est un produit dont la composition chimique est variée d’un pays à l’autre.
En ce qui concerne la minéralogie, le laitier est caractérisé par une phase amorphe très majoritaire, de l’ordre de 90%. Pour les 10% restant, on parle alors de germes de cristallisation. Ces germes minéralogiques sont essentiellement des silicates ou des silicoaluminates de chaux [71].
Réactivité hydraulique du laitier
La réactivité du laitier de haut fourneau dépend de plusieurs paramètres :
La composition chimique a un rôle important sur la réactivité du laitier. La réactivité augmente avec la teneur en chaux et en magnésie pour un dosage inférieur à 15%, mais diminue avec la teneur en silice et en oxyde de manganèse [73]. Les calculs d’indice de basicité permettent d’évaluer le caractère hydraulique des laitiers. Ils correspondent à la somme des constituants basiques du laitier sur la somme de ses constituants acides. Les indices les plus
utilisés sont les suivants :
= ( ) ;
= ;
= ( ) Equation I. 7
( )
D’après l’indice de basicité du laitier (Mb > 1), le laitier est basique. Selon Alexandre et al, (1998) [71], la basicité élevée est à priori favorable.
La surface spécifique a un rôle prédominant sur la réactivité hydraulique du laitier. Plus la finesse du laitier est élevée, plus la réactivité hydraulique et les résistances mécaniques sont élevées. La minéralogie du laitier a un effet sur sa réactivité hydraulique par le taux de vitrification. En effet la détermination du taux de vitrification est très importante car sa structure vitreuse est riche en énergie qui n’a pas été dissipée, et n’a pas atteint son niveau d’énergie le plus bas correspondant à l’état cristallin. De ce fait, le laitier possède une énergie plus élevée qu’à l’état cristallin. L’hydraulicité du laitier vitrifié est définie par sa faculté à évoluer, sous l’effet d’une activation basique ou autre, vers son plus bas niveau énergétique en formant des produits d’hydratation solides [72]. Le laitier vitrifié est ainsi un matériau hydraulique latent.
Hydratation du laitier
Contrairement au ciment qui s’hydrate par simple addition d’eau, le laitier de haut fourneau vitrifié n’est rapidement soluble que dans une eau alcalinisée et a donc besoin, pour faire prise, d’un agent d’addition appelé activant [71]. Le processus d’hydratation du laitier est ensuite semblable à celui du ciment Portland tel qu’il fut expliqué par Le Chatelier [72]. Le processus d’hydratation peut être vu comme une répétition de cycles dissolution – concentration – précipitation, qui se prolonge pendant des années jusqu’à hydratation maximum des grains de laitier voir (Figure I. 28). L’hydratation intervient d’abord par dissolution du laitier dans l’eau de gâchage basique. Cette dissolution aboutit à une solution basique concentrée, d’où résulte une précipitation de composés hydratés. Cette précipitation fait à son tour chuter la concentration des éléments dans la solution, ce qui permet la solubilisation d’une nouvelle quantité de produit jusqu’à une concentration entraînant une nouvelle précipitation de composés hydratés [71, 74].
L’activation du laitier vitrifié peut être obtenue par trois modes : l’activation alcaline par la soude ou la chaux, l’activation sulfatique par les sulfates, ou l’activation sulfato-calcique (ou sodosulfatique) qui est une combinaison des deux premières activations. L’activant peut jouer le rôle de catalyseur ou de réactif : l’activant catalyseur active la réaction de dissolution/précipitation et n’entre pas dans la structure de l’hydrate, tandis que l’activant réactif active la réaction de dissolution/précipitation, et est consommé lors de la réaction
Table des matières
REMERCIEMENTS
SOMMAIRE
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
INTRODUCTION GENERALE
I. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
1. Techniques d’utilisation de la terre en construction
1.1. Diversités des produits de blocs de terre comprimée
1.2. La construction en bloc de terre comprimée dans le monde.
1.3. Avantage des BTC
2. La terre, un matériau de construction
2.1. Les argiles
2.1.1 Définition
2.1.2. Structure et Classification des minéraux argileux
2.1.3. Minéraux de types 1:1 (TO) Structure du kaolin
2.1.4. Minéraux de type 2 :1 (TOT)
2.1.5. Minéraux de type 2:1:1
2.1.6. Minéraux à pseudo-feuillets et à faciès fibreux
2.1.7. Minéraux inter-stratifiés
2.1.8. Minéraux associés aux minéraux argileux
2.1.9. Propriétés des Argiles
3. Les propriétés du matériau terre en construction
3.1. Texture ou Granularité
3.2. La plasticité
3.3. La compressibilité
3.5. La matière organique
4. Stabilisation des sols
4.1. Stabilisation mécanique
4.1.1. Mode de compactage
4.1.2. Contrainte de compactage
4.1.3. Influence de la teneur en eau sur la densité
4.2. Stabilisation physique
4.3. Stabilisation chimique
4.3.1. Stabilisation au ciment
4.3.2. Stabilisation à la chaux
5. Les ajouts minéraux
5.1. Laitier de haut fourneau
5.1.1. Production du laitier granulé
5.1.2. Caractéristiques chimiques et minéralogiques
5.1.3. Réactivité hydraulique du laitier
5.1.4. Hydratation du laitier
5.1.5. Activation du laitier
5.1.6. Utilisation
6. Les fibres
6.1. Les fibres végétales
6.1.1. Définition de la fibre végétale
6.1.2. Classification des fibres végétales
6.1.3 Morphologie de la fibre végétale
6.1.4. Structure de la fibre végétale
6.1.5. Composition chimique des fibres végétales
6.1.6. Propriétés mécaniques de la fibre végétale..
6.2. Le kénaf
6.2.1. Effet des fibres végétales sur les propriétés des blocs de terre crue
7. Conclusion
EXPERIMENTALES
1. Matières premières et matériaux utilisés
1.1. Aperçu géographique et géologique du Bénin
1.1.1. Le sol
1.1.2. Le kénaf
1.1.3. Le ciment
1.1.4. Le laitier de haut fourneau
1.1.5. L’eau
2. Méthodes expérimentales
2.1. Caractéristiques physico-chimiques
2.1.1. Le taux d’humidité
2.1.2. La perte au feu
2.1.3. La densité
2.1.4. Mesure du coefficient d’absorption d’eau des fibres végétales
2.2. La composition minéralogique
2.2.1. La diffraction des rayons X (D.R.X.)
2.2.2. Cristallinité des fibres de Kénaf : Méthode de Ségal
2.3. Les analyses thermiques différentielle et gravimétrique (ATD/ATG)
2.4. Analyse dilatométrique
2.5. La spectroscopie infrarouge (IR)
2.6. Méthode d’analyse chimique
2.6.1. Principe de la méthode
2.6.2. Mise en solution
2.7. Caractéristiques mécaniques des fibres de Kénaf
2.7.1. Résistance à la traction
2.7.2. Approche statistique selon le formalisme de Weibull
2.8. Caractéristiques géotechniques
2.8.1. Analyse granulométrique.
2.8.2. Les limites d’Atterberg
2.8.3. L’essai au bleu de méthylène
2.8.4. L’essai Proctor
2.8.5. Equivalent de sable
2.8.6. Teneur en matières organiques
2.9. Confection des Blocs de Terre Comprimés (BTC)
2.9.1. Confection des éprouvettes 4*4*16 cm3
2.9.2. Confection des blocs de maçonneries
2.10. Optimisation de la teneur en eau
2.11. Codification des mélanges
2.12. Cure des blocs
2.13. Méthodes de caractérisation hygro-thermomécaniques des blocs
2.13.1. Résistance à la compression sèche
2.13.2. Résistance à la compression à l’état humide
2.13.3. Résistance à la flexion à l’état sec et à l’état humide
2.14. Détermination des coefficients de transfert hydrique
2.14.1. Coefficient d’absorption d’eau par capillarité
2.14.2. Absorption totale d’eau
2.14.3. Imbibition par capillarité
2.15. Détermination des propriétés thermiques
2.16. Méthodes de caractérisation microstructurales des blocs
2.16.1. Porosimétrie par intrusion de mercure
2.16.2. Porosité accessible à l’eau
2.16.3. La Microscopie Electronique à Balayage (MEB)
3. Conclusion
1. Caractérisation géotechnique des sols étudiés
1.1. Le taux d’humidité
1.1.1. La perte au feu
1.1.2. La densité
1.1.3. Teneur en matière organiques
1.1.4. Analyses granulométriques
1.1.5. Les limites d’Atterberg
1.2. Essai Proctor normal
2. Caractérisation physico-chimique et minéralogique des sols
2.1. Analyses chimiques
2.2. Identification des minéraux
2.2.1. Diffraction des rayons X
2.2.2. Analyses Thermiques
2.3. Analyse infrarouge
3. Caractérisation physico-chimique, minéralogique et mécanique des fibres kénaf
3.1. Propriétés physiques des fibres de Kénaf
3.1.1. Observation au microscope des faisceaux de fibres de kénaf.
3.1.2. Cinétique d’absorption d’eau des fibres de kénaf
3.2. Caractérisation physico-chimique et minéralogique..
3.2.1. Indice de cristallinités des fibres..
3.2.2. Caractérisation physico-chimique des fibres de kénaf
3.3. Caractérisation mécanique des fibres de kénaf
3.3.1. Résistance à la traction
3.3.2. Approche statistique de Weibull
4. Conclusions
Bibliographie
IV. ETUDE DE COMPORTEMENT HYGRO-THERMOMECANIQUE DES BLOCS PRISMATIQUES 4*4*16 cm3
1. Optimisation des paramètres physiques
1.1. Optimisation de la teneur en eau et choix de la contrainte de compactage
1.2. Optimisation du taux et de la longueur des fibres de kénaf
1.2.1. Effet des fibres sur la résistance à la compression simple
1.2.2. Effet des fibres sur la résistance à la flexion trois points
1.2.2.1. Courbes de comportement
1.2.2.2. Résistance à la rupture
1.2.3. Effet de l’ajout des fibres sur la conductivité thermique des BTC
1.2.4. Effet de l’ajout des fibres sur le module d’Young dynamique des BTC
1.2.5. Effet des fibres sur la remontée capillaire d’eau des blocs
2. Effet de la stabilisation au ciment sur les blocs renforcés par les fibres
2.1. Résistance à la compression simple
2.1.1. Résistance à la compression sèche (RCS)
2.1.2. Résistance à la compression humide (RCH)
2.2. Résistance à la flexion 3 points
2.2.1. Résistance à la flexion sèche
2.2.2. Résistance à la flexion humide (RFH)
2.3. Absorption totale d’eau (ATE)
2.4. Détermination des coefficients de transfert hydrique
2.5. Porosité accessible à l’eau
3. Effet de l’ajout du laitier granulé
3.1. Résistance à la compression simple
3.1.1. Résistance à la compression sèche
3.1.2. Résistance à la compression humide
3.2. Résistance à la flexion 3 points
3.2.1. Résistance à la flexion sèche
3.2.2. Résistance à la flexion 3 points des blocs à l’état humide..
3.3. Absorption totale d’eau (ATE)
3.4. Détermination des coefficients de transfert hydrique
3.5. Porosité accessible à l’eau
4. Influence du mode de cure sur la résistance mécanique des blocs
4.1. Influence du mode de cure sur la résistance mécanique des blocs stabilisés au ciment
4.2. Influence du mode de cure sur la résistance mécanique des blocs stabilisés au mélange cimentlaitier
de haut fourneau
5. Conclusion
Bibliographie
V- COMPORTEMENTS HYGROMECANIQUE DES BLOCS DE MAÇONNERIES ET ETUDE EXPERIMENTALE DE LEURS
TECHNIQUES D’ISOLATION
1. Comportement mécanique
1.1. Résistance à la compression simple
1.2. Résistance à la flexion 3 points des blocs de maçonnerie
2. Etude expérimentale de l’isolation des différentes briques formulées
2.1. Cellule biclimatique analyse des signaux
2.1.1. Dispositif expérimental développé
2.2. Description de la cellule biclimatique
2.3. Acquisition des données
2.3.1. Système d’acquisition
2.3.2. Diminution du bruit de mesure
2.4. Inter-corrélation de signaux
2.5. Signaux de température
2.5.1. Évolutions temporelles de la température
2.6. Signaux liés à l’humidité relative
2.6.1. Sollicitation réelle..
2.6.2. Évolutions temporelles
2.7. Pression de vapeur
2.8. Représentation spatiale
2.9. Détermination du déphasage et de l’atténuation
2.9.1. Thermique.
2.9.2. Hydrique
3. Conclusion
Bibliographie
CONCLUSION GENERALE
Perspectives
ANNEXE
LISTE DES PUBLICATIONS & COMMUNICATIONS ISSUES DE LA THESE
Résumé
Abstract
