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Verdissement des bétons et ciments de laitier de haut-fourneau

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Les Entretiens de l'ATILH 2018. Une coloration bleu-vert temporaire est quelquefois observée dans les bétons, quel que soit leur mode de mise en œuvre, si il y a eu absence d’oxygène (coffrage,..). Cette couleur a été étudiée, expliquée et quantifiée par spectroscopie UV-visible-proche IR en mode réflectance diffuse : le verdissement est dû à des constituants chimiques présents en faible quantité dans le laitier, les ions polysulfures S2-, S3- et S4-.



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Verdissement des bétons et ciments de laitier de haut-fourneau

  1. 1. Une coloration due à des ions polysulfures VERDISSEMENT DES BETONS ET CIMENTS CONTENANT DU LAITIER DE HAUT-FOURNEAU Les Entretiens de l’ATILH Paris – 23 Janvier 2018Domitille Le Cornec © Eqiom
  2. 2. • Laitier de Haut-Fourneau – Sous-produit de l’industrie de la fonte – Utilisé granulé et broyé dans les ciments CEM III, CEM II A/B, CEM V A/B • Observation : les bétons contenant du ciment au laitier exhibent, peu après décoffrage, une coloration bleu-vert – Coloration temporaire – Pas d’impact sur les propriétés mécaniques – Impact négatif sur l’esthétique – Toxicité pour l’homme et l’environnement ? • Origine de cette coloration : non-identifiée avant ces travaux – Hypothèses variées : chrome, sulfure de fer, ferrocyanure, aluminate de fer contenant des ions sulfures S2- Introduction Les Entretiens de l’ATILH 23 Janvier 2018 Page 2 Coloration observée sur du BPE © Eqiom
  3. 3. Résultats La couleur des matériaux opaques peut être étudiée, expliquée et quantifiée par spectroscopie UV-visible-proche IR en mode réflectance diffuse La coloration des ciments au laitier est due à des ions polysulfures S2 -, S3 - et S4 - Cette coloration est la même dans tous les matériaux contenant du laitier, et ce, quelle que soit l’origine du laitier Cette coloration ne s’exprime qu’en l’absence d’oxygène (conditions dites anoxiques) • Nous allons voir que : Les Entretiens de l’ATILH 23 Janvier 2018 Page 3
  4. 4. Expression de la couleur • Coloration présente dans tous les matériaux contenant du laitier – Béton, mortier, ciment – Laitier seul • La couleur ne s’exprime qu’en l’absence d’oxygène – Conditions dites anoxiques – Ex : le coffrage du béton assure cette absence d’oxygène Laitier broyé, hydraté Laitier hydraté seul Béton au CEM III/A Sable imprégné d’un coulis de CEM III/C Les Entretiens de l’ATILH 23 Janvier 2018 Page 4
  5. 5. Spectroscopie UV-visible-proche IR Etudier, quantifier et expliquer la couleur Méthode 1 : spectroscopie UV-visible-proche IR • Matériaux opaques : on travaille en réflectance diffuse Vert pomme Vert amande Vert sapin Bleu canard La couleur n’est pas un paramètre qualitatif ! Elle est révélatrice de la physico-chimie du matériau et peut être quantifiée. f(R)(sansunité) Nombre d’onde (en cm-1) Bande d’absorption Fenêtre de transmission Spectre Les Entretiens de l’ATILH 23 Janvier 2018 Page 5
  6. 6. Spectres UV-visible-proche IR des laitiers • Spectre d’un laitier hydraté en conditions anoxiques (coloré) : – 3 bandes d’absorption – 2 fenêtres de transmission • Spectres identiques quelle que soit l’origine du laitier Les Entretiens de l’ATILH 23 Janvier 2018 Page 6
  7. 7. Colorimétrie L*a*b* Etudier, quantifier et expliquer la couleur Méthode 2 : colorimétrie L*a*b* • Paramètres L*, a* et b* calculés à partir des spectres UV-visible- proche IR ou mesurés directement Les Entretiens de l’ATILH 23 Janvier 2018 Page 7
  8. 8. Synthèse d’une phase AFm au soufre Hypothèse bibliographique (Vernet, 1982) • Coloration due à la présence de S2- (S--) dans une phase AFm Phase AFm • Aluminate de calcium hydraté • Feuillets [Ca2Al(OH)6]+ séparés par des molécules d’eau et des anions Synthèse d’une phase AFm en présence de S2- (S--) • Synthèse en milieu anoxique • Poudre verte ! • Phase AFm • Ne contient pas que des S2- (S--) • Compatible avec la présence de S2 - (S-S-), S3 - et S4 - Synthèse d’une phase AFm en présence de S2- réalisée à l’ICCF avec G.Renaudin et Q.Wang Les Entretiens de l’ATILH 23 Janvier 2018 Page 8
  9. 9. Identification de l’origine de la coloration • Spectres identiques : couleur des laitiers due à des ions issus du soufre • S2- (S--) non colorant • Espèces colorantes : ions polysulfures – 1ère bande d’absorption (15600 cm-1) : S3 - – 2ème bande (18700 cm-1) : S4 - – 3ème bande (22900 cm-1) : S2 - (S-S-) • Toujours dans les mêmes proportions • La phase stabilisante peut être autre chose qu’un AFm • La phase stabilisante ne protège que partiellement de l’air, au bout d’un moment, les ions polysulfures s’oxydent et la couleur disparaît Les Entretiens de l’ATILH 23 Janvier 2018 Page 9
  10. 10. L’essentiel à retenir Une coloration bleu-vert temporaire est observée sur les bétons contenant du laitier, et ce, quel que soit le mode de mise en œuvre (BPE, préfabrication, gros œuvre…). Cette coloration se retrouve dans tous les matériaux contenant du laitier (béton, mortier, ciment, laitier seul). La couleur ne s’exprime qu’en l’absence d’oxygène (conditions dites anoxiques). C’est le cas par exemple avec un coffrage. La couleur des matériaux opaques peut être étudiée, expliquée et quantifiée par spectroscopie UV-visible-proche IR en mode réflectance diffuse. Le verdissement observé est dû à des constituants chimiques présents en faible quantité dans le laitier : les ions polysulfures S2 -, S3 - et S4 -. D. Le Cornec, Q. Wang, L. Galoisy, G. Renaudin, L. Izoret, G. Calas, Greening effect in slag cement materials, Cement and Concrete Composites, 2017 Les Entretiens de l’ATILH 23 Janvier 2018 Page 10
  11. 11. © Laurent Izoret Merci de votre attention

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