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-.

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
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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
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Coloration observée sur du BPE
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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 :
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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11. © Laurent Izoret
Merci de votre
attention