Transcript Retardateurs de prise - Association Béton Québec

Les adjuvants pour béton:
3ième partie: les adjuvant spécialisés
Yves Dénommé, ing., M.Sc.A
Directeur technique
Les midis de l’ABQ
12 novembre 2014
Politique de l’ABQ sur
la loi sur la concurrence
ÉNONCÉ DE POLITIQUE DE L’ABQ
– Loi sur la concurrence
Tous les participants aux présent webinaire s’engagent à respecter, tant
dans sa lettre que son esprit, les exigences de la « Loi sur la
concurrence ».
Toute discussion sur des sujets à caractère commercial avec un de vos
concurrents pourrait apparaître comme une violation de cette Loi,
même si il n’en n’est rien. En conséquence, de telles discussions
doivent être évitées en tout temps, avant, pendant et après cette
réunion. En tant que participant à ce webinaire, vous ne devez en
aucun cas hésiter à faire état de vos préoccupations et faire cesser la
poursuite de telles discussions.
L’Association béton Québec accorde une très grande importance à
l’observance de cette Loi et elle considère impératif que toutes ses
réunions (ou webinaires) se déroulent conformément à cette politique.
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Plan
Les adjuvants contrôlant le retrait
Les réducteurs de retrait
Les agents expansifs
Cure interne du béton
Les adjuvants modificateurs de rhéologie (anti-lessivage et BAP)
Les retardateurs de prise
Les accélérateurs
Les inhibiteurs de corrosion
Les adjuvants de lithium (inhibiteurs de RAG)
Les agents désentraineur d’air
Les pigments de couleur
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Les adjuvants
contrôlant le retrait
Le retrait
Les différents types de retrait:
Retrait plastique:
Évaporation de l’eau de gâchage en cours de prise
Retrait endogène
Volumes des hydrates < (volume ciment + volume eau)
Retrait de séchage
Évaporation de l’eau dans les capillaires fermés : formation
de ménisques et tension sur le matériau
Retrait thermique
Variation de température lors de l’hydratation
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Le retrait
Les retraits empêchés sont une des principales
causes de la fissuration des bétons:
Séchage
Fissure
Retrait de séchage
Éléments massif
Source: Gagné et Lessard
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Le retrait
Contrainte
Fissuration due au retrait:
Contraintes en tension agissant
sur un béton en déplacement restreint
Fissuration
du béton
x
Résistance à la tension du
béton
Âge du béton
Source: Gagné et Lessard
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Agents réducteurs de retrait
Généralités: réducteurs de retrait
Les réducteurs de retrait
permettent :
Réduire le retrait de séchage
de 30 à 50%:
Abaisse la tension de
surface de l’eau
N’empêche pas
l’évaporation de l’eau
Ne cause pas d’expansion
Source: Rajabipour et al. 2008; Weiss et al. 2008
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Agents réducteurs de retrait
Agents réducteurs de retrait typiques: les éthers
de glycol
Source: Carmel Jolicoeur, UdeS
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Source: DOW
Agents réducteurs de retrait
Capillarité et tension de surface
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Agents réducteurs de retrait
En abaissant la tension de surface de l’eau:
sans réducteur de
retrait
avec réducteur de
retrait
Adaptation: Jolicoeur
Source: Gaurav Sant & all., 2010
Réduction des tensions internes dues aux ménisques
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Agents réducteurs de retrait
À surveiller
Entraînement d’air:
Les AEA et les agents réducteurs de retrait fonctionnent sur des
mécanismes similaires: réduction de la tension de surface de l’eau
Durabilité au gel/dégel et écaillage
Consulter votre adjuvantier pour utiliser le bon produit et choisir une
formule de mélange adaptée
Plusieurs études démontrent une baisse de durabilité
Résistance à la compression:
Une perte de résistance jusqu’à 15% à 28 jours peut être observée
Compenser en abaissant le e/l
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Agents expansifs à base de CaO
L’agent expansif à base de CaO (ACI 223 type G):
Mécanisme d’action
Le CaO contenu dans l’agent expansif interne réagit avec
l’eau présente dans le béton (principalement dans les 24
premières heures) pour former du Ca(OH)2, soit de la
portlandite, qui provoque l’expansion contrôlée du béton
après la prise du béton et durant son durcissement.
Mûrissement à l’eau important!
Source: Gagné et Lessard
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Cure interne du béton
Cure interne par ajout de sable léger poreux (ou
super absorbant)
Mécanisme d’action
Ajout dans le béton d’un certain pourcentage de sable léger
poreux saturée en eau
Durant la période de mûrissement, le sable léger poreux agit
comme réservoir d’eau pour compenser l’eau consommée
lors de l’hydratation
Granulat léger
saturé
Zone de cure
Granulat
standard
Cure à l’eau standard
Cure interne
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Adjuvants modificateurs de
rhéologie
(anti-lessivage et BAP)
Adjuvants modificateurs de
rhéologie
Applications des adjuvants modificateurs de rhéologie
Réduction de la ségrégation des BAP
Réduire le ressuage
Réduction de la friction et de la pression lors du pompage
Réduction du lessivage lors du bétonnage sous l’eau
Compenser une mauvaise granulométrie, particulièrement en
manque de fin
Réduction du volume de poudre dans les bétons autoplaçants
Amélioration de la compaction dans les bétons à faible affaissement
Adjuvant modificateur de viscosité — substance
composée d’une longue chaîne de molécules de polymères
qui, mélangée au béton, modifie la viscosité (cohésion) du
mélange. Ces agents sont généralement utilisés dans le
béton autoplaçant ou comme agents anti-lessivage dans le
béton coulé sous l’eau. (CSA A23.1)
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Adjuvants modificateurs de
rhéologie
Principaux adjuvants modificateurs de viscosité
Cellulose (ex:HPMC)
Gomme Welan
Amidon
Gomme Diutan
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Adjuvants modificateurs de
rhéologie
Modes d’action des agents viscosants
(1/2)
Formation d’un réseau-gel de
macromolécules
Gonflement et
rétention d’eau
Source: Jolicoeur (UdeS)
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Adjuvants modificateurs de
rhéologie
Modes d’action des agents viscosants
Source: Jolicoeur (UdeS)
Pontage des
particules par
les polymères
hydratés
(2/2)
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Adjuvants modificateurs de
rhéologie
Réduction des pressions de pompage
+VMA
Source: Jeknavorian, 2010
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Les retardateurs de prise
Retardateurs de prise
Généralités
Les retardateurs de prise permettent :
D'augmenter le temps de début de prise,
De réguler le dégagement de chaleur due à l'hydratation du ciment.
Les domaines d'application sont les suivants :
Béton prêt à l'emploi BPE;
Bétons pompés;
Bétons pour ouvrages de masse;
Coulage du béton en continu;
Coulage de béton par temps chauds;
Transports sur longues distances.
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Retardateurs de prise
Impact de différents réducteurs d’eau sur la prise
Jeknavorian, 2009
Invariablement, les réducteurs d’eau standards et les
superplastifiants retardent la prise, mais à différents niveaux
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Retardateurs de prise
Résistances
Résultats observés: retardateur de prise
Béton témoin
Retardateur
de prise
Retardateur
de
durcissement
Fin de prise
Début de prise
Fin de prise
Début
de prise
0
1h
2h
3h
4h
5h
6h
Temps
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Retardateurs de prise
Lignosulfonates
Sous produits de l’industrie des
pâtes et papier
Charges en périphérie
Présence de sucres et acides
hydrocarboxyliques → retard de
prise;
Retardent l’hydratation du C3A et
C3S
Utilisés dans les formulations des
mid-ranges
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Retardateurs de prise
Lignosulfonates
Retard de prise dépend de la
concentration en sucre
Entraînement d’air
Concentration d’impuretés
ayant un effet tensio-actif
Présence ou non d’un antimousse
Types de sucre pouvant se retrouver
dans les lignosuflonates
Respecter les dosages
recommandés par votre
adjuvantier
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Retardateurs de prise
Acides hydrocarboxyliques (dont les gluconates)
Composés de groupements hydroxyles et
carboxyliques.
Groupement
hydroxyle
Groupement
carboxylique
Le nombre de groupements varie selon
la nature de l’acide hydrocarboxylique
Retard par adsorption sur le C3A
Créent plus de ressuage que les
lignosulfonates
Acide gluconique
Non-tensioactif
Gluconate de sodium:
Retarde production éttringite et
l’hydratation des silicates
Plus efficace avec l’augmentation de la
teneur en alcalis du ciment
Gluconate de sodium
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Retardateurs de prise
Sucres et polymères hydrolysés
Obtenus par hydrolyse partiel de polysaccharides pour former
de plus petits polymères.
Effet retardateur puissant
Phosphonates
Très efficaces, parfois appelés superretardateurs
Fréquemment utilisés dans les
applications:
Stabilisateur de prise / d’hydratation
Retardateur pour béton projeté par voie
humide
Structure générale des phosphonates
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Retardateurs de prise
Mode d’action simplifié
Ralentir la vitesse de réaction entre le ciment et l’eau en
affectant le taux de croissance des produits d’hydratation
et/ou réduire la vitesse de pénétration de l’eau sur les grains
de ciments
État de l’hydratation
à 3 heures à 20 °C
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Retardateurs de prise
Différents modes d’action
Type
d’interaction
Mécanisme d’action
Adsorption
Les molécules d’adjuvant sont adsorbées sur la surface
des particules de ciment, ce qui empêche d'autres
réactions entre le ciment et l'eau.
Précipitations
L'adjuvant réagit avec un ou plusieurs composants du
ciment pour former un précipité sur les particules de
ciment, ce qui confère un «revêtement» faiblement
perméable sur ​le ciment particules.
Complexation
L’adjuvant forme des complexe avec les ions Ca2+ qui est
libérée par l'hydratation → Réduction du Ca 2+
disponible.
Nucléation
L’adjuvant «empoisonne» les sites de nucléation du
Ca(OH)2 et/ou du CSH et inhibe la formation de liaisons
entre les produits hydratés.
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Les accélérateurs
Accélérateurs
Généralités
Les accélérateurs peuvent être classés selon leur impact sur la prise et
le développement de résistance
Accélérateur de prise — Adjuvant qui réduit le temps de prise (réduit le
moment où le béton passe de l’état plastique à rigide)
Accélérateur de durcissement — Adjuvant qui augmente le taux de
développement des résistances à court terme avec ou sans effet sur la
prise.
Les domaines d'application sont les suivants :
Bétonnage par temps froid
Mettre le béton hors gel
Débuter rapidement les étapes
de finition
Réduire la période de protection
Augmenter la rotation des coffrages.
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Accélérateurs
Accélérateurs de prise vs durcissement
Résistances
Accélérateur
de durcissement
Accélérateur
de prise
Béton
témoin
Fin de prise
Début de prise
Fin de prise
Début de prise
0
1h 1h30 2h
3h 3h30 4h
5h
6h
Temps
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Accélérateurs
Mode d’action simplifié
État de l’hydratation à 3 heures à 20 °C
Cristaux
Ajout de Ca+2 :
 formation de Ca(OH)2
 CSH
Grains de
ciment
Béton témoin
Béton accéléré
Accélération de l’hydratation
des grains de ciment
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Accélérateurs
Généralités
Vérifier s’ils sont chlorés ou non
Limite de la teneur en ions chlorures selon le type de structure
Deux types selon la norme ASTM C494
Type C: accélérateur
Type E: réducteur d’eau et accélérateur
Aide à la finition
Compense pour les temps de prise lents
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Accélérateurs
Chlorure de calcium
N’est pas un antigel!
Agit comme accélérateur de prise et de durcissement
Augmentation du potentiel de corrosion, du retrait et de la
réaction alcalis granulats
Diminution de la résistance aux sulfates
Peut causer une décoloration du béton (tâches foncées et pâles)
Source: PCA
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Accélérateurs
Nitrate de calcium
Agit comme accélérateur de prise (et non durcissement)
Peut compenser pour une baisse de température de 10°C (15°C
pour le CaCl2)
À haut dosage, agit comme inhibiteur de corrosion
Nitrite de calcium
Performance similaire au CaCl2
Essentiellement utilisé comme inhibiteur de corrosion
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Accélérateurs
Thiocyanates
Agit principalement comme accélérateur de durcissement
Utilisé généralement en combinaison avec d’autres accélérateurs,
dont le nitrate de calcium
Autres accélérateurs:
Sels d’acides carboxyliques (formate de calcium)
Alkanolamines (TEA, TIPA, etc.)
Accélérateurs pour béton projeté (sels d’aluminium, silicates,
carbonates)
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Les inhibiteurs de corrosion
Inhibiteurs de corrosion
Béton sain: bonne protection contre la corrosion
Le béton est un milieu très alcalin
(pH=13) et assure alors la
protection de l’acier.
Une mince couche d’oxyde, ou film
passif (solution solide de Fe3O4 Fe2O3 g dont l'épaisseur est de 10-3
à 10-1 μm), se forme protège la
barre d’armature.
La corrosion des aciers d'armature
peut débuter si le film passif est
détruit ou si les pH de la solution
interstitielle devient trop faible
Fe3O4
Fe2O3
béton
acier
béton
acier
Film
passif
Adaptation de W.R. Grace
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Inhibiteurs de corrosion
Les étapes de la corrosion de armatures
Dépassivation progressive de l'acier par essentiellement:
Carbonatation (baisse du pH);
pénétration des ions chlorure
Propagation de la rouille produite par des réactions d'oxydation à
la surface du métal. Formation produits fortement gonflants (6x)
Aux endroits où la couche a été détruite, l'acier se dissous (zone
anodique), alors que le reste de la surface encore passivée
correspond à la zone cathodique
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Inhibiteurs de corrosion
Applications des inhibiteurs
Les inhibiteurs de corrosion sont
des composés chimiques qui
prolongent la passivité de l'acier
dans le béton en présence d'agents
agressifs.
Les différents produits peuvent agir
au niveau de la réaction anodique
ou cathodique.
Les inhibiteurs de corrosion
permettent en fait d'allonger la
période d'amorçage ou d’initiation.
Nitrite de calcium et sodium,
amines, esters aminés et
phosphates.
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Inhibiteurs de corrosion
Nitrite de calcium
Inhibiteur de corrosion qui agit au niveau des sites anodiques
Les nitrites permettent aux ions ferreux de retrouver un état de
passivation aux endroits où le film passif a été détruit par la
carbonatation ou par les ions chlorures.
Les nitrites permettent de reformer un film passif, même si la
concentration en ions chlore est supérieur au seuil critique d'initiation
de la corrosion.
Le nitrite de calcium a une fonction secondaire d'accélérateur de prise
2Fe12 1 2OH2 1 2NO2 ® 2NO 1 Fe O 1 H O
Film passif
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Inhibiteurs de corrosion
Nitrite de calcium – Protection adéquate
Ratio Cl-/NO2
Pour obtenir une
protection adéquate il
est très important de
maintenir un rapport
Cl-/NO2 < 1,5 - 1,0
Nitrite de calcium solide (kg/m3)
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Inhibiteurs de corrosion
Nitrite de calcium – Dosages selon CSA S413
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Estimation de la
teneur en
chlorure après 40
ans à 10°C pour
une structure de
garage (CSA
S413)
Hypothèse:
C-XL: 750 coulombs
C-1: 1250 coulombs
Teneur en chlorure (kg/m3)
Inhibiteurs de corrosion
Enrobage spécifié (mm)
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Les agents
désentraîneur d’air
Désentraîneurs d’air
Applications
Adjuvants utilisés pour diminuer ou retirer «entièrement» d’air des
béton.
Diminuer la production de mousse et minimise l'entraînement de l'air
dans le coulis de ciment, le béton et le mortier.
Contrer l'entraînement de l'air produit par certaines combinaisons
liants/superplastifiants.
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Désentraîneurs d’air
Mécanismes d’action
Source: Clariant
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Adjuvants de lithium
(maîtrise de la RAS)
Adjuvants de lithium
Applications
Adjuvants à base de sels de lithium afin de contrôler les effets de la
réaction alcalis-silice (RAS).
Tirée de Drimalas et al. 2012
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Adjuvants de lithium
Facteurs affectant les performances
L’efficacité des adjuvants à base de lithium dépend:
Ratio [Li]/[Na+K] utilisé dans le béton;
Un dosage «standard» [Li] / [Na + K] = 0,74 semble être suffisante
pour contrôler l'expansion avec un grand nombre de granulats.
Par contre, des doses plus élevées sont nécessaires.
Avec certains granulats, une dose de 1,5 fois la dose standard peut
encore ne pas être suffisante pour éliminer la RAG
Type de produit à base de lithium;
Nitrate de lithium (LiN03) est plus efficace que les autres composés de
lithium
Type de granulat réactif à contrer
Certains granulats très réactifs sont faciles à contrôler alors que
d'autres, beaucoup moins réactifs, nécessitent un plus fort dosage
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Adjuvants de lithium
Mécanismes d’action
Mécanismes d'action par lesquels le lithium permet de réduire la RAG
ne sont pas encore bien compris. Cinq (5) théories sont proposées:
1. Diminution de la dissolution de la silice;
Le lithium peut décroître le taux de dissolution de la silice, ce qui
limiterait la formation d'un gel expansif.
2. Formation d'un silicate de lithium stable protégeant la silice;
Le lithium, en présence de silice réactive, formerait un produit
secondaire peu ou non expansif (silicate de lithium) autour des
particules de silice réactive, ce qui réduirait l'expansion causée par la
RAS
3. Diminution de la repolymérisation de la silice;
Le lithium limiterait ou diminuerait la repolymérisation de la silice, ce
qui diminuerait la quantité de gel formé.
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Adjuvants de lithium
Mécanismes d’action
4. Production d'un gel moins ou non gonflant;
Le gel de silice tend à être moins expansif avec l'hydroxyde de
sodium lorsque l'on augmente la concentration en hydroxyde de
lithium
5. Théorie de la double couche.
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Les pigments de couleur
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Pigments de couleur
Pigments de couleur
Couleur obtenue par l’ajout de pigments
(poudre ou suspension liquide)
Pigments :
Oxydes de minéraux purs finement broyés
Insolubles à l’eau, résistants aux alcalis et acides
faibles.
Dosage maximal: 10% par rapport au ciment
Utiliser ciment blanc pour obtenir une couleur
vive, particulièrement les jaunes et verts
Effet possible des pigments sur l’air entraîné
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Pigments de couleur
Principaux facteurs affectant la couleur
Avec pigment
Sans pigment
E/C=0,30
(1/2)
Granulats foncée
Granulats pâles
Couleur des granulats
E/C=0,35
Ciment gris
E/C=0,40
Rapport E/C
Source: LANXESS
Ciment blanc
Couleur du ciment
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Pigments de couleur
Principaux facteurs affectant la couleur
(2/2)
Dosage en pigments
Teneur en ciment
Teneur en ciment élevée favorise une teinte plus prononcée  + de
pigments
Dispersion des pigments dans le mélange
Efflorescence
Usure entraînant l’exposition des granulats
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Questions
Info: [email protected]
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