Structuration des pâtes commentaires aux jeunes âges – EarlyCem

Le béton est le matériau de construction le plus utilisé au monde en raison de sa disponibilité, de sa durabilité et de sa résistance mécanique. Néanmoins, nous ne disposons pas d'une compréhension fondamentale de la formation à un âge précoce du réseau connecté de particules de ciment et de l'évolution de leurs propriétés mécaniques au fil du temps. Ceci est particulièrement important dans le but de développer de nouvelles formulations cimentaires moins coûteuses en termes d'émissions de CO2.

Nous souhaitons utiliser une combinaison de techniques de diffusion de la lumière et de techniques mécaniques afin de parvenir à un compréhension de la floculation de la pâte de ciment à un stade précoce. Cela nous permettra d'obtenir de meilleures bases pour les formulations de pâte de ciment et pour celles dans lesquelles le ciment est partiellement ou totalement remplacé par un autre composant, afin de réduire son empreinte carbone. En particulier : (i) le mélange ciment/argile calcinée/calcaire (LC3) pour la substitution partielle et (ii) le laitier alcali-activé (AAS) pour la substitution totale. Les objectifs généraux de ce projet sont donc les suivants :
1- le développement de nouveaux outils méthodologiques permettant une description quantitative du comportement de la pâte de ciment au jeune âge et de la cinétique de formation d'un réseau floculé,
2- l'étude de formulations de pâtes de ciment alternatives au ciment Portland ordinaire (OPC), basées sur le remplacement partiel ou total du clinker, en vue de la réduction de leur empreinte carbone.

Nous utiliserons les méthodes suivantes :
1- Rhéologie oscillatoire de petite amplitude (SAOS) : caractérisation mécanique rhéologique des pâtes cimentaires fraîches (c'est-à-dire formation de la structure, interactions entre les particules, déformation et cohésion).
2-Techniques de diffusion de la lumière : (i) MultiSpeckle Diffusing Wave Spectroscopy (MSDWS) pour caractériser la dynamique des pâtes très jeunes et (i) Laser Speckle Imaging (LSI) pour suivre la dynamique du microfissuration à des âges précoces.
3 - Essais mécaniques de rétraction (séchage chimique, autogène et plastique) et mesures du fluage. Deux nouvelles installations seront construites pour le retrait chimique et autogène.
4- Diffraction des rayons X sur poudre (XRPD) : composition des phases des pâtes durcies.
5- Calorimétrie isotherme : chaleur d'hydratation des pâtes cimentaires fraîches.

Ce projet de recherche devrait aboutir aux résultats suivants :

1- Les mesures SAOS et MSDWS sur les ciments, LC3 et les laitiers activés par les alcalins (AAS) permettront l'étude nonperturbative de la dynamique de floculation des pâtes hydratantes à un âge très précoce, de quelques secondes à quelques heures après le mélange.
2- Les mesures de retrait, de fluage et de LSI permettront de résoudre la dynamique du réseau de particules se formant pendant l'hydratation, des heures aux jours suivant le mélange, y compris la formation et l'évolution des microfissures.
La floculation initiale et la formation ultérieure de microfissures donneront une description globale de l'évolution des systèmes cimentaires, fondamentale pour le développement de formulations plus durables.