Contribution à l’étude des ciments spéciaux destinés aux ‎ouvrages en zones sahariennes ‎Contribution à l’étude des ciments spéciaux destinés aux ‎ouvrages en zones sahariennes ‎

Abstract

Les matériaux cimentaires supplémentaires sont couramment utilisés dans la pratique moderne du béton, soit dans les ciments mélangés, soit comme ajouts séparés. Leur valorisation, en particulier celle des sous-produits hydrauliques et pouzzolaniques, contribuer à minimiser les émissions de CO2 associés à la production de clinker, contribuant ainsi à produire un liant plus durable pour l'industrie de la construction. En outre, l'utilisation de ces sous-produits présente des avantages en termes de durabilité et de la réduction des coûts. Les effets de ces matériaux sur la microstructure et la durabilité des bétons ont été largement étudiés au cours des dernières décennies. Par ailleurs, Les régions sud est de notre pays souffre d’une part du phénomène de la remontée de la nappe et d’autre part des dégradations des infrastructures suite à l’agressivité des sols. Cela rend l'innovation axée sur la recherche de solutions techniques efficaces.

Le but principal de cette recherche est le développement de nouveaux liants (liants hydrauliques binaires et ternaires) en utilisant du ciment en combinaison avec deux additifs minéraux locaux, tout en valorisant des déchets industriels (déchets de verre et le laitier granulé de haut fourneau) avec un pourcentage de substitution de 30%. On a utilisé la méthode des plans de mélange pour l’optimisation de la composition et la prédiction des résultats.

Une revue bibliographique des ciments s'est focalisée dans la première partie de cette étude, qu'ils soient avec ou sans ajouts minéraux d'origine naturelle ou artificielle, mettant en lumière l'intérêt des ciments ternaires et leurs avantages respectifs. La deuxième partie, qui est expérimentale, s'est déroulée en deux volets : le premier a porté sur l'étude des propriétés à l'état frais des pâtes cimentaires, tandis que le deuxième a examiné les mortiers à l'état frais et durci, en se concentrant sur divers essais physiques et performances mécaniques et chimiques (durabilité), tout en utilisant différentes techniques de caractérisation. Les résultats expérimentaux ont révélé que l'ajout de (7.5 % PV + 7.5 % LHFB) a permis de réduire les besoins en eau de 0,5 % à 0,6 % afin d’avoir une consistance normale de la pâte. À 90 jours, les résistances s’améliorent, et le mélange M 07 a affiché la résistance la plus grande à la compression des mortiers ternaires (64.87 MPa) par rapport au mélange référentiel (64.19 MPa). De plus, ils ont démontré une meilleure résistance chimique aux attaques d'acide sulfurique et de sulfate de magnésium, avec une formation supplémentaire de gel de silicate de calcium (C-S-H) améliorant leur durabilité.

المواد الإسمنتية الإضافية تستخدم عموماً في انتاج الخرسانة ، سواء في الأسمنت المركب أو كإضافات منفصلة في خليط الخرسانة. يسمح تثمين النفايات ذات الخصائص الهيدروليكية والبوزولانية بتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بإنتاج الكلنكر ويوفر وسيلة للحصول على خليط أكثر استدامة لميدان صناعة مواد البناء. علاوة على ذلك، يمكن استخدام النفايات من الحصول على فوائد متعلقة بالتكاليف وبعض جوانب المتانة. بشكل عام، تم دراسة تأثير هذه المواد الإسمنتية الإضافية على البنية الدقيقة والديمومة على نطاق واسع خلال العقود الأخيرة. بالإضافة إلى ذلك، تعاني المناطق الجنوبية من بلادنا من ظاهرة ارتفاع منسوب المياه الجوفية وتدهور البنية التحتية نتيجة لعدوانية التربة مما يجعل التفكير منصبا على ايجاد حلول تقنية فعالة. الهدف الرئيسي لهذه الدراسة التجريبية هو تطوير مواد هيدروليكية جديدة (ثنائية وثلاثية) باستخدام الإسمنت البورتلاندي بالشراكة مع اثنين من الإضافات المعدنية المحلية تعتبر من النفايات الصناعية (نفايات الزجاج و خبث الفرن العالي) بنسبة استبدال 30٪ حيث تم استخدام طريقة التصميم المختلط لإيجاد مكونات الخلطات والتنبؤ بالنتائج. الجزء الأول من هذه الدراسة ركز على مراجعة للأسمنت، سواء كانت مع أو بدون إضافات معدنية طبيعية أو صناعية، مسلطاً الضوء على فائدة الأسمنت الثلاثي ومزاياه. الجزء الثاني، والذي هو تجريبي، تم تقسيمه إلى جزئين: الأول ركز على دراسة الخصائص الطازجة للمعجون الإسمنتي، بينما الثاني ركز على الملاط، بناءً على اختبارات فيزيائية , ميكانيكية وكيميائية مختلفة. كشفت النتائج التجريبية أن إضافة (7.5 % من خبث الفرن العالي+ % 7.5من مسحوق الزجاج) قللت من الطلب على الماء بنسبة تتراوح بين 0.5 % و0.6 % لتحقيق قوام طبيعي للعجينة. بعد 90 يومًا، تحسنت مقاومة الضغط، حيث أظهر الخليط رقم 07 أعلى مقاومة بين الخلطات الثلاثية (64.87 ميجا باسكال) مقارنةً بالخليط المرجعي (64.19 ميجا باسكال). بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الخلطات مقاومة كيميائية أفضل ضد هجمات حمض الكبريتيك وكبريتات المغنيسيوم، مع تكوين إضافي لهلام سيليكات الكالسيوم ((C-S-H مما يحسن من متانتها.

Supplementary cementitious materials (Scms) are extensively employed in contemporary concrete practices, either as components of blended cements or as individual additives. The utilization of these materials, especially hydraulic and pozzolanic by-products, significantly reduces CO2 emissions linked to clinker production, thereby promoting a more sustainable binder for the construction industry. Furthermore, the incorporation of these by-products provides economic and durability advantages. Over the past decades, the impact of these materials on the microstructure and durability of concrete has been the subject of extensive research. Additionally, our country's southern regions suffer from the rising water table phenomenon and infrastructure degradation due to soil aggressiveness. This makes innovation focused on finding effective technical solutions.

The principal objective of this study is the development of new binders (binary and ternary hydraulic binders) using Portland cement in combination with two local mineral additives, with valorising industrial waste (waste glass and granulated blast furnace slag) with a substitution rate of 30%. The mixture design method was employed to optimise the composition and predict the results.

The first part of this study focused on a literature review of cement, whether with or without natural or artificial mineral additions, highlighting the interest in ternary cement and its respective advantages. The second experimental part was divided into two parts: the first focused on studying the fresh properties of cement pastes. In contrast, using different characterization techniques, the second examined fresh and hardened mortars based on various physical tests and mechanical and chemical performances (durability).

The experimental results revealed that adding (7.5% PV + 7.5% LHFB) reduced water demand by 0.5% to 0.6% to achieve a normal paste consistency. At 90 days, the compressive strength improved, with mixture M 07 showing the highest compressive strength among the ternary mortars (64.87 MPa) compared to the reference mixture (64.19 MPa). Additionally, they demonstrated better chemical resistance to sulfuric acid and magnesium sulfate attacks, with the additional formation of calcium silicate hydrate (C-S-H) gel, enhancing their durability.