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7/26/2019 MdC Lecture 4 Hydratation
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Chimie dhydratation
7/26/2019 MdC Lecture 4 Hydratation
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Questions
What is the maximum temperature reached during production of
clinker?
Which are the raw materials used to produce clinker, in what
proportions?
What are the 4 phases present in clinker?
Why is the Bogue calculation not very good for determining the
amounts of these four phases?
What is the typical particle size of cement after grinding?
Roughly how much calcium sulfate is added during grinding?
What is the easiest way to control the reactivity of cement?
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Hydratation
phases
anhydres
+eau
dissolution prcipitation
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Dissolution
Cl-
Cl-
Na+
Cl-
Na+
Cl-
Na+ Cl- Na+ Cl-
Na+ Cl- Na+ Cl-
Na+ Cl- Na+ Cl-
Na+
Cl-
Na+
Cl-
Na+
Na+
Ex. sel de table:les ions dans un solide entr
en solution.
[Na+]
[Cl-]
Solution sature[Na+]. [Cl-] = const.
Il y a une
limite de solubil it
au-del
de laquelle
la
solution est
sature
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anhydre C3
S
3 O2- SiO44Ca 2
H SiO2 42
Ca2
OH-
3
4
dans cette rgion:
le C3
S dissoudles hydrates prcipits
solubilit
trs haute
solubilit
des autres phases:
hydrates
[SiO2
]
[CaO]
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Hydrates de C3
Shydroxyde de calcium
chaux hydratecalcium hydroxyde
portlanditeCa(OH)2CH
cristallinmorphologie hexagonale
calcium silicate hydrateC-S-H
amorphemultiples morphologies
~ 25-28% pte hydrate
~ 60-65% pte hydrate
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C-S-H, similarit
au minralTobermorite
couches de Ca -
O
ttradre de Si -
O4en chanesmolcules deau
141.4nm
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pore du gel
Modle
gel C-S-H
leau inter-feuillet
eau absorbe dans
les pores du gel
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Ractions globales
age, jours
R
esistanceencompression,MPa C3
S
C2
S
80
60
40
20
07 28 90 180 360
C S H C S H C H3 1 7 45 3 1 3. ..
C S H C S H C H2 1 7 44 3 0 3. ..
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Cintique
~10 h
priode
da
cclration
~3 h
priode
d
induction
~10 m
diss
olution
initi
ale
priode
dedclration
~24 h
raction
lente
continue
dga
gementde
chaleur
temps
prise
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3 hrs 10 hrs
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20% Porosit
10% Porosit
5% Porosit
Porosit
capillaire
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1 day10 m
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Complexe, Htrogne
grain du ciment
inner
C-S-H
outer
ouundifferentiated
C-S-H
sable (granulat)
hydroxyde du calcium(CH)
pores
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C3
A C3
A+
eau
rigidification
prise flash
flash set
raction rapidegrandes
plaques
dhydrates
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C3
A + CaSO4
Hx
_ _
3 2 3 32C A 3CSH 26H C A.3CS.H (ettringite)+ +
6Ca2+ + 2Al(OH)4 + 3SO4
2 + 4OH + 26H
Ca3A.3CS
_
.H32(ettringite)
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10 min
24 heures
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puisement du sulfate
Calcium monosulfo aluminateMonosulfo aluminate de calcium
"AFm"
Pte
7 joursFormation locale de monosulfo lintrieur des
couches
de C-S-H ouil y a
du C3
A disponible.Lettringite reste
lextrieur
dugrain.
2C3A+ C3A.3CS_
.H32+ 4H 3C3A.CS_
.H12
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Rsum
de lhydratation
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~10 h
rapide
pptn deshydrates
~3 h
Raction
lente:
induction
~10 m
diss
olution
initiale
raction
ralentie,
diffusion
travers
de couches
dhydrates
~24 h
chaleur
tem s
SILICATES
ALU
MINATES
Dissol
utionet
puis
ralentissement
Dis
solutionet
form
ationrapide
ralen
tissementdu
lab
sorbtionSO4
2-
Ra
ction
trs
lente
R
action
tr
slente
Form
ation
rapidede
C-S-H
etCH
Formation
rapide
dettringite
vites
sede
raction
(C-S-H
etCH)
diminue
causede
cou
che
deshydrates
Ep
uisement
dusulfate
C3
A+ett>
monosulfo-
aluminate
TAUX DERACTION 2% 25% 50%
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~10 h~3 h~10 m ~24 h
rapid
pptn of
hydrates
Slow
reaction
induction
initialdissolution
Slower
reaction
diffusionthrough
layer ofhydratesH
eatevo
lution
time
SILICATES
D
issolutionand
rapidformation
of"blocking"
product
Slow
reaction
rapid
Formation
of
C-S-H
&CH
Slow
continuing
formation
of
C-S-H
&CH
Degree ofReaction 2% 15% 30%
set
1m 1m 10 m
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Bilan Volumtrique
Pte de
ciment Portland, E/C = 0,5, 14 mois
anhyd3%
pores
16%
other
4%ett (AFt)
4%
AFm
11%
CH
14%
C-S-H
48%
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retenir
Dissolution puis prcipitation
Hydrates: C-S-H autour des grainset CH entre les grains
pour les silcates (C3
S et C2
S)
Ajout du gypse pour contrler raction C3
A favorise formation dettringite
Ettringite et AFM (ou monosulfate) sont lesproduit issue du C3
A qui va jouer un roleimportante dans rsistance aux eau sulfat
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Increasing solid volume, replaces water
Cement grainwater
hydrates
Transformation from fluid paste to solid
The basics
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Effect of Temperature
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dgagementdechaleur
temps
TC - /TT 0R R e =
Arrhenius relationship
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temp
Rsistan
ceencompression
T2
> T1T1
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T, modification des hydratesT < 100C T , C-S-H plus dense
Hydratation 90C
Hydratation 20C
Ciment non hydrat
T > ~70C, modifation majeur au raction des aluminates
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Questions
Quelle phase contribue le plus au dveloppement de
la rsistance du bton de ciment de Portland?
Quels sont les produits principaux d'hydratation decette phase?
Le gypse est ajout
pendant le broyage du clinkerpour contrler l'hydratation de quelle phase?
Quels sont les produits dhydratation les plus
importants rsultant de l'hydratation de la phaseC3
A?
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Structure Physique
dune pte de
ciment
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Importance de la structurephysique:
Rsistance mcanique
Comportement vis--vis de leau;
Durabilit
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Changements volumtriques
Volume du
solide augmente, mais le volume total diminue:
Contraction Le Chatelier:
Valeurs entre
5 et 10%
en fonction des
hypothses
V V V VC S H O C S H CH3 21318 157 0 597, , ,
2 318, 2157,
V = =0161
2 318 7
,
, ~ %
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t=0 t=t1
Contraction
"le Chatelier"
eau puise
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0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
vides
eau
CH
CSHciment
E/C = 0,50
0,2
0,4
0,6
0,8
1
E/C = 0,3
eau puisedegr
d
hydratation
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Particularit
de la porosit
dune ptede
ciment:
Gel du C-S-H
Surface spcifique ~ 700 m2/g
porosit
intrinsque
~28%
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Modle
gel C-S-H
pore dugel
leau inter-feuillet
eau adsorbe dans
les pores du gel
Dimension caractristique des pores ~20, 2nm
FELDMAN and SERREDA, 1964
4 nm
Ch t d h ll 10 000
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fr is
dur i
lesPorescapillaires
40 m
Changement
dchelle: 10 000
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10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2
nm
m mm
pores
du gel Pores capillairesVides dair
et de compactage
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Forces capillaires
c o s .2 r
h
d
PP
P
Patm
Pb
eq. Laplace
= ( )P P ra tm b 2
P=
2 cos
r
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( )( )( )HRLn1
cosT2RT
MR lpK =
0.1 m
99 % RH
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Pressions gnres
~ 0,072 J/m2
nergie de
surface
~ 0,072 N/m tension superficielle
= ~ 0
r = 1 m P ~
0,1
MPa
r = 100 nm P ~
1
MPa
P ~
2
MPar = 50 nm
P = 10
MPar = 10 nm
P=2 cos
r
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Questions
Quelle phase contribue le plus au dveloppement de
la rsistance du bton de ciment de Portland?
Quels sont les produits principaux d'hydratation decette phase?
Le gypse est ajout
pendant le broyage du clinkerpour contrler l'hydratation de quelle phase?
Quels sont les produits dhydratation les plusimportants rsultant de l'hydratation de la phaseC3
A?
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Questions
Pendant lhydratation, le volume globalaugmente-t-il ou diminue-t-il?
Quelles sont les principales catgories dupore en pte de ciment?
A HR de 80%, quelle est la plus grande tailledes pores saturs en eau?
A partir de quelle taille de pores la force decapillarit
dpasse-t-elle la contrainte detraction dans la pte de ciment?