Solution d'agent réducteur d'eau à plusieurs problèmes de ciment

Ciment à haute teneur en alcali
Les alcalis solubles dans le ciment sont généralement exprimés en équivalent Na₂O et proviennent principalement de l'argile et des adjuvants utilisés dans la production de ciment. Une quantité appropriée d’alcali soluble favorise l’hydratation du ciment, ce qui facilite le développement précoce de la résistance du béton. Des expériences ont montré que la fluidité du béton de ciment augmente avec la teneur en alcalis. Cependant, lorsque la teneur en alcalis atteint un certain niveau, l’hydratation du ciment s’accélère fortement, entraînant une réduction significative de la fluidité de la pâte de ciment. L'effet plastifiant des agents réducteurs d'eau diminue également sensiblement, entraînant une perte d'affaissement plus importante au fil du temps pour le béton utilisé dans les applications de béton prêt à l'emploi et pompable.

La principale raison de ce phénomène est que les alcalis contenus dans le ciment accélèrent la dissolution de l'aluminate tricalcique (C3A). En présence de gypse comme régulateur de prise, les cristaux d'AFt se forment rapidement et encapsulent la surface du C3A, inhibant l'hydratation directe de l'aluminate de calcium et améliorant la fluidité de la pâte de ciment.

Cependant, une teneur excessive en alcalis conduit à la formation d’une grande quantité de cristaux d’AFt au stade initial, réduisant ainsi la fluidité et rendant les agents réducteurs d’eau moins efficaces. Ceci se caractérise par une efficacité de réduction d’eau inadéquate, de mauvais effets plastifiants et une perte d’affaissement plus élevée au fil du temps. Lors de l'utilisation de ciment à haute teneur en alcali, les agents réducteurs d'eau à faible teneur en sulfate présentent de mauvaises performances. À l'inverse, les agents réducteurs d'eau ayant une teneur élevée en sulfate (par exemple, une teneur en sulfate de sodium supérieure à 20 %) démontrent une adaptabilité nettement meilleure.

Cette amélioration est due au fait que les agents réducteurs d’eau à faible teneur en sulfate contiennent du CaSO4 qui se dissout facilement. Avant que le gypse contenu dans le ciment ne se dissolve, une quantité importante de SO3 est déjà présente dans l'eau, réagissant avec le C3A pour former des cristaux d'AFt, empêchant la formation d'aluminate de calcium et atténuant la perte de fluidité. Les agents réducteurs d’eau à haute teneur en sulfate de sodium conviennent mieux au ciment à haute teneur en alcali. De nombreux agents réducteurs d'eau à base de polycarboxylate ont des niveaux de pH faibles et, lorsqu'ils sont combinés avec des retardateurs acides comme l'acide citrique, ils ont du mal à s'adapter au ciment hautement alcalin. Les additifs acides neutralisent rapidement les alcalis, libérant de la chaleur, ce qui augmente la température et accélère l'hydratation du ciment. Il en résulte une mauvaise fluidité et une perte rapide d'affaissement. Les retardateurs alcalins, en revanche, peuvent éviter ces problèmes.

Ciment pauvre en soufre et à faible teneur en alcali
La teneur optimale en alcalis solubles dans le ciment est généralement considérée comme étant de {{0}},4 %-0,6 %. Le ciment contenant moins de 0,4 % d’alcali est appelé ciment faiblement alcalin. Les alcalis solubles sont souvent présents sous forme de sels de sulfate, c'est pourquoi le ciment faiblement alcalin est également appelé ciment déficient en soufre.

Lorsque le ciment faiblement alcalin est mélangé à des agents réducteurs d’eau, la fluidité est généralement médiocre. L'augmentation du dosage de l'agent réducteur d'eau offre une amélioration limitée et exacerbe souvent des problèmes tels que le saignement, la mauvaise homogénéité du béton et la perte rapide de l'affaissement. Les agents réducteurs d'eau courants ne parviennent pas à s'adapter efficacement au ciment déficient en soufre, même avec un dosage de retardateur considérablement augmenté.

La cause première de cette incompatibilité réside dans une insuffisance de SO3 dans le ciment, qui ne parvient pas à supprimer efficacement l’hydratation du C3A. Cela conduit à une adsorption rapide et excessive des additifs par le C3A, réduisant l'efficacité plastifiante des agents réducteurs d'eau. La supplémentation en alcalis solubles (par exemple, les sulfates) est la seule solution efficace. La simple augmentation de la dose de retardateur a un effet minime.

Ciment à haute teneur en adjuvants
Selon les normes chinoises en matière de ciment, de grandes quantités d'adjuvants tels que des cendres volantes, des pouzzolanes, des scories et du calcaire finement broyé peuvent être ajoutées au ciment. Ces adjuvants varient en termes d'activité, de demande en eau, de teneur en minéraux et de propriétés d'adsorption, ce qui a un impact sur la compatibilité des additifs avec le ciment.

Les cendres volantes de haute qualité doivent avoir une activité élevée (teneur élevée en SiO2 et Al2O3 réactifs), une faible perte au feu (LOI), une taille de particules fines et une faible demande en eau. LOI, qui indique la teneur en carbone imbrûlé des cendres volantes, a le plus grand impact sur la compatibilité des additifs. Une teneur plus élevée en carbone dégrade les performances du béton en augmentant la demande en eau et le ressuage, en exacerbant la déformation par retrait et en affaiblissant la liaison entre la pâte de ciment et les granulats.

Le carbone imbrûlé présent dans les cendres volantes forme également un film hydrophobe sur la surface des particules, obstruant la pénétration de l'eau et réduisant la réactivité des cendres volantes. Le carbone entre en concurrence avec le ciment pour l'adsorption des additifs, affectant la fluidité de la pâte de ciment. Les solutions incluent l’augmentation du dosage des additifs et la co-utilisation d’agents entraîneurs d’air de haute qualité. Des bulles d’air fines et uniformes peuvent atténuer les effets néfastes des cendres volantes à haute teneur en carbone.

Le ciment au laitier, avec sa forte teneur en aluminates, nécessite souvent un ajout de gypse pour réguler la prise. Les procédés ordinaires de fabrication du ciment Portland peuvent exacerber la carence en soufre du ciment au laitier. Les agents réducteurs d’eau à haute teneur en sulfate, combinés à des agents entraîneurs d’air de qualité, offrent de meilleures performances pour ce type de ciment.

Ciment à haute teneur en C3A
Le ciment se compose principalement de C3S, C2S, C3A et C4AF, avec leur activité d'adsorption classée comme C3A > C4AF > C3S > C2S. Le C3A possède la capacité d’adsorption la plus élevée pour les agents réducteurs d’eau. À mesure que la teneur en C3A augmente, la fluidité du béton diminue et la perte d’affaissement au fil du temps augmente.

Un excès de C3A (plus de 8 %) a un impact négatif sur la fluidité du béton en consommant la plupart des agents réducteurs d'eau, laissant ainsi suffisamment d'agents pour disperser d'autres composants minéraux comme le C3S. Des tests ont montré que l'ajout de SO3 (via des agents réducteurs d'eau à haute teneur en sulfate) ou la co-utilisation de retardateurs d'acide hydroxyle carboxylique peut supprimer l'hydratation et l'adsorption du C3A. Les retardateurs multi-alcools sont moins efficaces.

Des agents réducteurs d’eau peu coûteux et à dosage accru peuvent également répondre à la demande de C3A tout en améliorant la fluidité d’autres composants comme le C3S. Étant donné que ces agents sont rentables, ils n’augmentent pas les dépenses de manière significative.