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I Bull. SOC. Chim. Belg., 56, pp. 142-156, 1947 - 1 1 contribution ii 1’6tude de la dCcomposition des ciments Par G. BATTA (LiBge) R~suMB. - La presente recherche est la continuation d’unc itrith~ thCorique publike en 1944, Ctudc qui a pour but d’Ctablir le coniporte- ment de certains ciments au contact d’eaux diverscs, el notaiiiinent d’eaux sulfatkes. Cette premiPre Ctude examinait vrrs quel Bquilibre tendait un riment pulvCrulent mis en digestion avec une quaiitit6 dBtmninBe d’eau. Ida recherche actuelle, se rapprochant davantage des conditions de la pratique, dktermine le comportement, non plus de ciment pulv6rulciit, mais d’Cprouvettes en mortier normal, placCes dans des ronditioit* coin- parables B celles qui furcnt rCalisCes pour les essais sur ciment. Pour traduire I’intensitB de la corrosion, l’auteur se sert d’uit indice defini clans le premier travail. La recherche dkbute toutcfois par I’eua- men du comportement d’une poudre de laitier pour cimenterie sou- mise h I’action des eaux d6jA CtudiCes. Dans une troisihme partie, l’auteur examine enfin comment se modifient les phenomhnes lorsque la poudre de ciiiienl se troll\? ell exchs par rapport aux diverses matihres salines dissoutes dans les earn. Dans un travail pr6cCdent (l), j’ai 6tudi6 l’action dc cer- taines eaux et de quelques solutions sulfat6es sur divers ciments. Cette Ctude m’a amen6 ti 6valuer cette attaque chimique h l’nide d’indices dont un des plus inthressants, I’indice €1, cst simplement le rapport x 100 (V Chaux dissoute + chaux ayant r6agi Chnux hydraulique totale mise en ceuvre Pour rappel, le mode op6ratoire utilis6 consistait B ilgiier & trois reprises pendant un mois et successivement, 5 pnmnies 1’’ (I) G. BATTA, Contribution ct I’ernde dc~ la prisc ef tlr lu rlAwnposi- tion des ciments (Bul. SOC. chim. de Rclg., t. 53. 19441. (a) Nous appelons chaux hydraulique, la chaux provenant des 616- ments hydrauliques (silicate, aluminatr, chaux carbonatable, \oirr chnriu du sulfoaluminate dans le cas du cimrnt wrsulfatC) qui contriI)ueit I : a donner des rBsistartces mCcaniques aux ciments.

Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

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Page 1: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

I Bull. S O C . Chim. Belg., 56, pp. 142-156, 1947 -1

1 contribution ii 1’6tude de la dCcomposition des ciments

Par

G. BATTA (LiBge)

R ~ s u M B . - La presente recherche est la continuation d’unc i t r i t h ~ thCorique publike en 1944, Ctudc qui a pour but d’Ctablir le coniporte- ment de certains ciments au contact d’eaux diverscs, el notaiiiinent d’eaux sulfatkes.

Cette premiPre Ctude examinait vrrs quel Bquilibre tendait un riment pulvCrulent mis en digestion avec une quaiitit6 dBtmninBe d’eau. Ida recherche actuelle, se rapprochant davantage des conditions de la pratique, dktermine le comportement, non plus de ciment pulv6rulciit, mais d’Cprouvettes en mortier normal, placCes dans des ronditioit* coin- parables B celles qui furcnt rCalisCes pour les essais sur ciment.

Pour traduire I’intensitB de la corrosion, l’auteur se sert d’uit indice defini clans le premier travail. La recherche dkbute toutcfois par I’eua- men d u comportement d’une poudre de laitier pour cimenterie sou- mise h I’action des eaux d6jA CtudiCes.

Dans une troisihme partie, l’auteur examine enfin comment se modifient les phenomhnes lorsque la poudre de ciiiienl se troll\? ell exchs par rapport aux diverses matihres salines dissoutes dans les earn.

Dans un travail pr6cCdent ( l ) , j’ai 6tudi6 l’action dc cer- taines eaux et de quelques solutions sulfat6es sur divers ciments.

Cette Ctude m’a amen6 ti 6valuer cette attaque chimique h l’nide d’indices dont un des plus inthressants, I’indice €1, cst simplement le rapport

x 100 (V Chaux dissoute + chaux ayant r6agi Chnux hydraulique totale mise en ceuvre

Pour rappel, le mode op6ratoire utilis6 consistait B ilgiier & trois reprises pendant un mois et successivement, 5 pnmnies

1’’ ( I ) G . BATTA, Contribution ct I’ernde dc~ la pr isc ef tlr lu r lAwnpos i - tion des ciments (Bul. SOC. chim. de R c l g . , t. 53. 19441.

(a) Nous appelons chaux hydraulique, la chaux provenant des 616- ments hydrauliques (silicate, aluminatr, chaux carbonatable, \oirr chnriu d u sulfoaluminate dans le cas d u cimrnt wrsulfatC) qui contriI)ueit I :a donner des rBsistartces mCcaniques aux ciments.

Page 2: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

DECOMPOSITION DEB CIMENTS 119

de ciment avec 500 centimetres cubes de solution ngressive. Les solutions Btaient ensuite analysCes et les chiffres expCri- mentaux obtenus 6taient compards avec ceux que l’on pouvait calculer 8 I’aide du tableau d’kquilibre de l’eau avec les divers constituants hydrauliques des ciments.’ La comparaison 6tait etablie uniquement pour les rdsultats de la premiere extraction.

I1 m’a paru interessant de poursuivre les essais dans les trois directions suivantes :

1” Dans une premiere 6tude j’ai repris le m&me travail en operant cette fois sur un laitier pour cimenterie, afin de ddterminer comment se comportait ce constituant important des ciments metallurgiques vis-8-vis des milieux 6tudiCs prC- c6demment avec les ciments pulvdrulents ;

2” J’ai ensuite observe comment variaient les indices lors- que au lieu d’effectuer la mise en contact par agitation de la poudre de ciment avec la solution, on operait par simple trem- page d’dprouvettes en conservant identiques les autres con- ditions ophratoires.

Ce mode d’attaque se rapprochait en effet davantage des conditions de corrosion d’ouvrages en bCton et l’indice ohtenu pouvait ensuite &re compare aux rdsultats fournis par I ’ d - taque des ciments ii l’dtat de poudre ;

3” Enfin, j’ai entrepris dgalement quelques essais &ins lesquels j’ai agit6 du ciment en excks avec une certaine quan- tit6 de solution agressive, afin de determiner comment variaient certains facteurs importants, tels que le pH, dans ces condi- tions operatoires assez diffkrentes des premiers essais effectues.

Ces dernikres experiences se mpprochent des conditions qui se rencontrent lorsque de faibles quantit6s de solutions s’infiltrent dans le b6ton et que ce dernier se trouve en ex& par rapport aux sels dissous.

SiO . . . . 32,40 % A1,6, . . . 13,46 % Fe,O, . . . 5 4 2 % hliigOg . . . 0,97 y,

PREMIBRE PARTIE

CaO . . . 45,90 % Perte au feu . 1,Ol %, Sulfures . . non doses

Action chimique de diverse8 eaux et solutions Ctudi&s sur un laitier pour cimenterie

Page 3: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

144 G. BATTA

Avant de proc6der aux essais d’agitation, le laitier gra- nu16 a Bt6 pulv6risB et passt! sans r6sidu au tamis de 4.900 ; 5 grammes de ce laitier correspondaient B 2,3 g de CaO.

Si I’on admet dans ce laitier la formation par hydratation d’aluminate bicalcique et de silicate monocalcique, les 32 par- ties de SiO, exigeront 31 parties de CaO (ce qui correspond & un indice H de 67), et les 13,46 d’A1,0,, 15 parties de CaO (soit un indice H de 33).

5 grammes de poudre de laitier ont donc BtB soumis B trois extrac- tions successives d’une dur& d’un mois avec chaque fois 800 centi- metres cubes de solution agressive.

Les chiffres mentionnbs dans les tableaux signalent : lo La concentration en Blements doses dans la solution initiale; 2” La teneur theorique B laquelle on pourrait s’attendre aprPs la

3” La teneur retrouv6e effectivement par I’analyse chimique

Ces teneurs sont Bvaluees en grammes pour 100 centimetres cubes. Remarquons que le laitier examine renferme en lui-m&me suffisam-

ment de chaux pour la transformation integrale de son alumine en sel de Candlot. I1 suffirait donc de lui ajouter une quantit6 de SO, corres- pondant BquimolBculairement ?i son alumine pour que la transformation integrale de cette derniere en sel de Candlot puisse s’effectuer, du moins en theorie, et d’apres le principe BnoncB par Lafuma.

C’est donc en se basant : lo sur cette notion de la formation intfgralr du sel de Candlot jusqu’8 Bpuisement du constituant se trouvant en

quantitb plus 6ible mol6culairement parlant; 2” sur le tableau d ‘Pqui- libre avec l’eau des divers constituants du ciment, que j’ai calculP les valeurs des BlBments devant rester en solution lorsque 1’Equilibre hypo- thBtique est atteint.

L’analyse chimique de la solution a p r b agitation d’un mois per- mettait ensuite la comparaison de ces chiffres theoriques avec crux four- nis par I’expbrience.

a ) Action de l’eau distille‘e La quantitd de chaux cddde h I’eau aprhs un mois par le

laitier, est plus faible que celle qui correspond 3 l’hydrolyse de I’aluminate bicalcique, et I’alcalinit6 trouv6e est encore plus faible.

TABLEAU I

premiere extraction en supposant l’equilibre final Btabli;

Elements Valeur calculfe Valeur trou\fe erpfrimenlalenienl (En grammes pour 100 centimktres cul=z)

CaO . . . . 0,016 0,011

pH . . . . . )) %5 Alcalinit6 . . . 0,016 0,006

Indicc H . . . 3 2

Page 4: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

DECOMPOSITION DES CIMENTS 145 b) Action d’une eau dure

dure est encore plus faible que celle due a l’eau distillde. Ainsi que l’on devait s’y attendre, l’agressivitd d’une eau

TABLEAU 11

ElEments . Sdutlon initiale Valeur calcul6e Valeur trouvk erp6rlmentPlemsnt

(En grammea pour 100 csntim&tres cubes)

s o , . . . . a 0,001 )I 0,003

Alcalinitb . . . 0 < 0,016 0,006 pH . . . . . 791 )) 8,5 Indice H . . . )J < 3 1

C a O . . . . . 0,016 0,016 0,013

c) Action d’une solution concentre‘e de sulfate de chaux

ThCoriquement, le laitier renfermant 13,46 % d’alumine, 5 grammes de ce laitier pourraient fixer 3,015 g de CaSO, (soit 1,57 g SO,) pour former le sel de Candlot.

Le laitier pourrait donc fixer plus de sulfate de chaux que n’en renfermeraient les 1.500 centimbtres cubes de solution extractive.

La moitid de l’oxyde calcique ndcessaire & la formation du sel de Candlot serait fourni par la solution agressive ; l’autre moitid devrait provenir d’un transfert d’une partie de la chaux du silicate monocalcique hydratd, B l’aluminate bicalcique.

L’expdrience a montrd que dans les conditions Btudides, il ne se formait pratiquement pas de sel de Candlot, la teneur en SO, de la solution n’ayant pratiquement pas varib.

TABLEAU 111

ElPments Solution inltiale RBsulta t 3 RBsultats ealculds erp6rimentaui

(En grammes pour 100 centimetres cubes)

s o , . . . . . 0,092 0,005 0,091

Alcalinite en CaO 0 0,005 0,003 pH . . . . . 6 )) 7,5 Indice H . . . )) 1 3

C a O . . . . . 0,062 0,005 0,077

d) Action d’une solution de sulfate de rnagndsie & 20 p. 1.000

La quantitd thdorique de SO, fixde devrait Ctre comme plus haut, de 1’57 g. Cette quantitd est fournie par la solution dbs

Page 5: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

1-16 G . BATTA

la premiere extraction. Le sulfate de calcium se forme par double r6action entre la chaux du laitier et le sulfate de magn6- sie de la solution. Thboriquement, la diminution de la teneur en magn6sie dissoute correspondra au moins & la quantitt? de CaSO, n6cessaire a la formation du sel de Candlot. De cette considdration, on peut calculer I’indice H thdorique corres- pondant.

Llexpbrience montre ici encore, qu’aprbs un mois, il n’y H pas de sulfate solubilis6. Quant & la quantitt! de mogndsie fixke, elle est plus faihle que celle qui correspondrait au sel de Candlot th6oriquement possible.

TABLEAU IV - - --

ElPments Wution ioitiale Resultata R f w l t a t s calrulPs eipErinwnLiux

(En grammes pour 100 centimbtres cube-)

so, . . . . . 1,398 1,085 1,420 C a O . . . . . 0 0,005 0,060 MgO . * . . . 0,698 0,542 0,630 Alcalinitk en CaO 0 0,005 0 Indico H . . . 11 49 11

e) Action dc l’eau de mer

Le calcul relatif & l’essai & l’eau de mer est un peu plus compliqu6. I1 faut d’abord remarquer que, lors de la premibre extraction, l’anhydride sulfurique est en quantit6 trop faible (0,199 g X 5 = 0 , 9 9 5 g) pour saturer l’alumine des 5 g du laitier mis en Oeuvre (qui exigent 1,57 g de SO, pour former le sel de Candlot). Enkuite la quantit6 de sels magnesiques con- tenus dans 500 cm’ d’eau de mer (0,195 gX5=0,9 ’16 g) est trop ClevCe pour &re prCcipit6e intdgralement par la chaux du laitier, car 5 g de laitier renferment 0,673 g d’alumine qui exigent sensiblement 2,2 g de chaux pour se transformer en sulfoaluminate (5 g de laitier renferment en r6alitC 2,296 Q

de chaux, quantit6 suffisante pour son autotransformation en sel de Candlot). La moiti6 des 2,2 g de chaux nCcessaire R la production du sel de Candlot doit servir a la formation de la partie A1,0,. 3 CaO de ce sel, l’autre moiti6 formant les 3 CaSO,. Nous devrons donc dCfnlquer d’abord de la chaux du lilitier, 1 , l g pour former A1,0, .3 CaO. Le restant 2,295 - 1 ,1= 1,195 gramme serait disponible pour rCagir avec les sels magndsiques de l’eau de mer (0,976 p pour 500 cm’) mais si la prCcipitation 6tait intbgrale, il ne pourrait en pr6cipiter que 0,854 g.

Page 6: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

DECOMPOSITION DES CIMENTS 147

=0,024 g de magnb- 0,975 - 0,854 5 I1 devrait donc rester

sie par 100 cm’ de solution. Si nous supposons que la prCci- pitation des sels de magnesium s’arrhte & la production du sel de Candlot (c’est-&-dire dans le cas present, B la precipitation de tout’le magnesium se trouvant g l’6tat de sulfate dans IPS 500 cm’ d’eau de mer), nous raisonnerons comme suit :

A 0,044 g pour 100 cm’ de CaO se trouvant B 1’Btat de CaSO, dans l’eau de mer correspond 0,065 g SO,. La quantite de SO, cornbide ti MgO sera 0,195-0,065=0,124 g pour 100 cm’. Cette quantite Bquivaut ti 0,124:2=0,067 g pour 100 cm’ de MgO & 1’Ctat de sulfate. MgO & 1’Btat de chlorure restant en solution d’apres cette seconde hypothese sera 0,195 - 0,067 = 0,128 g pour 100 cm’.

L’indice H correspondant ti ces deux hypothbses se cal- culera comme d’habitude et sera de 14 dans la deuxibmc hypo- t hbse envisag6e.

Les rCsultats expCrimentaux prouvent qu’il n’y a pas eu fixation de sulfate apres le mois d’experience et que la mafine- sie prdcipitCe semble provenir du chlorure, puisque la teneur en sulfate ne s’est pas modifiCe. Le sel de Candlot ne s’est donc pas produit dnns ces conditions.

TABLEAU V

ElGrnents ‘olution initiale R E d f a t s REsullats calculCs rxp6rirnrnlaux

(Fn grammes pour 100 rentimtVrcs cilEeQ)

s o , . . . . . 0,199 0,005 0,1995 C a O . . . . . 0,044 0,010 0,061 MgO . . . . . 0,195 > 0,128 0,170 .4lcalinit6 en CaO 0 0,005 0 Indice H . . . )) 14 7

f ) Tableau rdcapitulatif des indices H pour les trois extrac- tions et les cinq milieux observPs

Le tableau suivant reproduit les indices H experimentaux- pour les trois extractions successives du laitier, par 500 centi- metres cubes du liquide consider& Les chiffres mentionnCs pour la deuxibme extraction correspondent ti l’ensemble dc la chaux dissoute ou ayant reagi lors des deux premieres extrac- tions et ceux mentionnhs pour la troisibme extraction sont obtenus en additionnant les indices des trois extractions. On

Page 7: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

118 G. B A T T A

se rend ainsi mieux compte de la quantitB de chaux perdue a u point de vue hydraulique.

TABLEAU VI ~~ ~~

baluro du Ilquide d’attaque ln ertr. 26 ertr. 30 erlr .

n ) Fau distill& . . . . . . . 2 4 G b ) I;au dure . . . . . . . . 1 2 2 3 C I Solution saturCe de CaSO, . . 3 5 6 ( I ) Solution de MgSO, A 20 p. 1.OOO 14 21 25 e ) E a r l de mer . . . . . . . 7 8 0

Ce tableau montre I’action particulihrement hergique d u sulfate de magndsie a 20 p. 1.000 comparativement a l’eau tle mer. Par contre, l’eau dure se comporte d’une manibre plus favorable que l’eau distillhe.

Divons encore que nous avons effect& quelques essais d’agitation du m&me laitier en poudre avec une solution envi- ron N / 5 de sulfate d’alumine, et une solution environ N / 5 de sulfate de cuivre. Nous avons constate dans les deux cas une fixation de I’ion mBtallique aluminium ou cuivre, fixation qui cst surtout Cnergique pour le sulfate d’aluminium, la teneiir en ions SO, diminue Bgalement. Toutefois avec ces deux sels, i l ne nous a pas B t B permis de calculer I’indice H par suite de formilt ion de sels basiques qui compliquaient les r6ad ions.

DEUXIkME PARTIE

Action ehimique de divers milieux Bur des Cpronvettes de mortier

Les essais d’attaque chimique que nous avons rCsumCs dans nos travaux prkcddents, ont 6th effectuCs en agitant la poudre de ciment avec les diverses solutions agressives. Nous les avons assimilCs & des essais accClCrCs dans lesquels le fac- teur durhe de contact Btant faible comparativement & la durbe effective de la corrosion d’un ouvrage d’art, on augmentait par contre le facteur surface et le facteur agitation.

Pour nous rapprocher des conditions de la rCalitC, i l nous a paru intbressant de comparer 6galement la variation de l’at- taque que prbsenterait une Cprouvette faconnke, avec l’attaque que nous avons mesurCe prCcCdemment sur le ciment pulvl-

Page 8: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

DfiCOhfPOSITION DE8 CIMENTS 149

rulent, et de. voir ce que deviendrait dans ces conditions, la valeur des indices H.

Nous avons pour cela confectionne des Cprouvettes en partant de 5 grammes de ciment et 15 grammes de sable normal. Ces Cprouvettes, d’environ 30 centimbtres carres de surface, ont 6tC conservees huit jours ?i l’air humide, puis suspendues Ii trols reprises dans 500 centimbtres cubes de solution. Le renouvellement de la solfition et l’analyse de celle- ci, se faisaient tous les mois.

Les liquides CtudiCs ont BtB l’eau distillCe, une eau calcaire, l’eau de mer et une sblution de sulfate de magnesie Ii 20 p. 1.OOO. Le mode opC- ratoire diffhrait en ce cas de celui utilise pour les essais d’agitation pre- cCdents, en ce que le liquide Btait immobile, au lieu d’btre agitC une heure chaque jour, et que la surface d’attaque Ctait celle de l’eprouvette elle-m@me plus celle de ses pores. La quantitC de ciment mise en ceuvre, la temperature et la duree d’attaque, restaient lrs m h e s dans les deux genres d’essais.

Les tableaux de VII h XIV indiquent les rksultats de nos expCrienres.

En comparant les chiffres foutnis par les essais sur Cprou- bettes avec ceux fournis par les essais correspondants sur pou- dres de ciment, on peut voir que ces derniers donnent des indices gCn6ralement cinq 2 dix fois plus Clevls que les essais sur Cprouvettes.

On peut ainsi, dans une trBs large mesure, se rendre compte de la relation qui existe entre les chiffres fournis par I’essai accClCr6 et l’attaque chimique telle qu’elle se produira dans la pratique.

Afin de permettre facilement cette comparaison, nous avons repris dans le tableau XV, la valeur des indices H rele- v l s pour les trois extractions entreprises avec les divers mi- lieux essay&, non seulement pour les essais sur Cprouvettes immerpCes, mais 6galement dans les essais sur ciment en poudre.

Disons encore que ces essais mettent une fois de plus en evidence le phCnomhe signal6 par Maynard : la diffusion de la chaux du ciment.

Dans les tableaux relatifs au Portland, nous avons men- tionnC un autre indice, l’indice 1 qui est le rapport de la chaux enlev6e ou combinPe lors de l’essai, iL la chaus librc du ciment h yd ra t6.

Action d’eaux divercres 8ur diprouvettes de ciment

QuantitC de ciment mise en ceuvre : 5 g Surface de I’Cprouvette : 30 cma Teinpdralure : 2 8 Dur6e de cl-aque extraction : 1 mois

Page 9: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

150 G. BATTA

TABLEAU V11

Eau tr&s douce sur ciment Portland B

Elements Solution ire ertr. 29 extr. 3.5 ertr.

(En grammes poui 100 centimbtres cubes) in i tiale

so, . . . . . 0 0 0 0 CaO . . . . .> 0 0,012 0,005 0,008 M g O . . . . . 0 0 0 0 hlcalinit6 en CaO 0 0 0 0 pH . . . . . 7 7 7 7 Indice I . . . 5 7 9 Indice H . . . 2 3 4

- ___

TABLEAU VlII

Eau trBs douce sur cirnent sursulfate' B

EMments

so,. . . . . C a O . . . . . M g O . , . . . Alcalinit6 en CaO pH . . . . . Indice I . . . Jndice H . . .

Solution Ire ertr. 29 extr. 39 ertr.

(En grammea pour 100 centimbtres cubes) initiale

0 0,056 0,0085 0,0012 0 0,042 0,009 O,OOJ6 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7

0 2,5 2.5 9 11,5 12

TABLEAU TX

Eau dure sur ciment Porland B

s o , . . . . . C a O . . . . . M g O . . . . . Alcalinite en CaO pH . . . . . Indice I . . . Indice H . . .

Solution Ire extr. ' 20 ertr. Initials

(En grammes pour 100 centimbtres cubes)

0,001 0 0 0,016 0,017 0,0115 0,001 0 0 0 0 0 7 7 7 0 0 0

0 0

~

30 ertr.

0 0,016 0 0 7 0 0

Page 10: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

D~COMPOSITION DFE CIMENTS 151

TABLEAU X

Eeau dure sur ciment sursulfatd B

Elements

s o , . . . . . C a O . . . . . M g O . . . . . Alcalinit6 en CaO pH . . . . . Indice I . . . Indice H . . .

Solution Ira drtr. 30 sxtr. 38 extr.

(En gram- pour 100 csntlmtdres cubes) initiale

0,001 0,@5 0,0042 0,010 0,016 0,@3 0,011 0,009 0,001 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 0 0 0 0

1 2 3

TABLEAU XI

Solution MgSO, 20 p. 1.OOO spr cirnent Portland B

I

Elements

s o , . . . . . C a O . . . . . M g O . . . . . AlcaliniU en CaO Indice I . . . lndice H . . .

Solution Ire ertr. 2s extr. 30 ertr. lnltiale

(En grammes. pour 100 centimbtres cubea)

1,458 1,40 1,402 1,430 1,42

0,705 0,690 0,693 0,713 0,699 )) 0,029 o,oa6 0 0,013

0 0,002 0,002 0 0,002 )) 636 12 )) 18 )) 3,6 6 I) 9,5

TABLEAU XI1

Solution MgSO, 20 p. 1.000 sur ciment sursulfate' R

Elements Solution Ire exlr. 20 extr. 30 ertr. initiale a

(En grammes; pour 100 mntimbtreo cubes)

SO, . . . . . 1,458 1,417 1,423 1,430 1,44 CaO . . . . . )) 0,036 0,026 )) 0,009 MgO . . . . . 0,706 0,685 0,689 0,713 0,709 Alcalinitd en CaO 0 0,001 0,001 I) 0,001 Indice I . . . n 11 20 )) 23 Indice H . . . )) 6 11 )I 12

Page 11: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

152 G . BATTA

TABLEAU XI11 Eau de mer arfificieEZe sur c iment PortZand B

Elements %lution Ire ertr. 2s ertr. 30 ertr. initiale

(En grammes pour 100 centimktres cubes)

s o , . . . . . MgO . . . . . C a O . . . . . Alcalinitb en CaO pH . . . . . Indice I . . . Indice H . . .

____

0,199 0,190 0,203 0,044 0,027 0,026 0,195 0,162 0,194 0 0,002 0 6 5 6,5 6,5 )) 14 14,5 I) 8 8s

TABLEAU XIV

0,200 0,022 0,194 0 6,5

15 9

_____

Eau de m e r artijicielle sur ciment sursulfati B Flvmenta Solution Ire ertr. 2e extr 3~ ertr.

initiale (Ea grammes pour 100 centimhtres cubes)

so, . . . . . 0,199 0,212 0,205 0,206 C a O . . . . . 0,044 0,054 0.036 0,024 M g O . . . . . 0,195 0,179 0,193 0194 AlcalinitC en CaO 0 0 0 0 pH . . . . . 6,5 695 6,5 605 Indice I . . . 1) 9 10 10,5 Indice H . . . n 5 6x6 6

___ _. ~ _ _ - - -

TABLEAU XV

h u n mois d'intervalle par diverses eaux agressives l'nleur des indices H p o u r drux c iments extraits trois reprises

h'ature et btnt du ciment

Portland B (pulvCrulent) - B (bprouvette)

Sursulfatb B (pulrkrulent) - R (Oprouvette) Porf.land €3 (pulv6rulent) - II (kprouvette) SursiilIatb B ( p u l v t h l e n t ) - B (Cprouvette) Portland B (pulvdrulent)

SursulfatB €3 (pulvkrulen t) - B (Cprouvette) Portland B (pulv6rulont) - B (bprouvette) Sursulfatb B (pulvkrulent) - B (Cprouvette)

B (6prouvette)

Naturr dii liquide d'attaquc?

Eau tr8s douce - - - - - -

Eau dure - - -

Sol.hlgSO1 h 30 p. 1.000 - - - - - -

Eau de mer artif. - - - -

Ex tractions 1" 0,' 3.

12 18 21 2 3 4 7 i i 13

7 I 1 13 0 0 0

9 11,s 12(')

9 I t 12,5 1 2 3

53 63 70

30.5 4% 49 3,5 6 0,5

6' 1 1 I 2 48 75 84.5

8 8,5 9' 43 68 77 5 5 3 6

REMARQVE. - Les chiffres domes pour ies ciments pul\.i.rulents se rapportent des essais sur ciment ayant fait prise puis pii1vPrisC.

( I ) Ce chiffre &lev6 donn6 par le sursulfath provient de ce qu'il cPde I I'eau une certaine quanfilb de sulfate de calcium.

Page 12: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

DlkOMPOSITION DES CIMENTS 153

TROISIkME PARTIE

Action d’un exch de ciment sur les solutions agressives

J’ai enfin examine comment Bvoluaient les rCactions lors- que, au lieu de rnettre en presence un exchs de sels dissous par rapport A la quantitt! de ciment mis en ceuvre, on utilisait au contraire un exchs de ciment.

Les essais ont Bt6 entrepris uniquoment sur ciments en poudre et avant prise, au contact d’eau de mer et d’une solution dr siilfatr de rnagnesie 5 20 p. 1.O00. Les ciments que nous atons exariiiiiPs 6taient ceux que nous avions appelCs pr6c6demment Portland B et sursulfatB B.

Le mode operatoire a Bt6 le suivant : 20 grammes d e cinient ont Bt6 agitds 5 trois reprises, et ce pendant ~ r i mois pour chaque extraction, avec 100 centimhtres cubes de sulfate de magnesie B 20 p. 1.000 ou d’eau de mer. Les conditions d’agitation Btaient les m&mes que clans les essais pr6cBdents. AprBs chaque mois les solutions ont et6 filtr&s, p i s analysees.

Essais avec la solrztion de sulfate de rnagne‘sic ir 20 p. 1.000

Les resultats obtenus sont incliques dans les tableaux XVI et XVJI, dans lesquels on trouvera indique en grammes pour 100 centimhtres cubes, la teneur en BlCments retrouvds aprbs agitation. Pour permettre la comparaison avec les essais dans lesquels la solution agressive constituait un exds par rapport B la quantit6 de ciment mis en oeuvre (5 g‘de ciment pour 300 cm’ de solution), nous avons repris aux tableaux XVIII et XIX les rbsultats obtenus dans les travaux ant6rieurs en sui- vnnt ce mode operatoire.

L’6tude de ces tableaux d6montre que dans les essais effec- tu6s en presence d’un excbs de ciment, la fixation de l’ion magn6sium est intkgrale pour les trois extractions. Quant B l’ion SOd, il a 6th fix6 complbtement par le Portland B la pre- rqihre extraction, mais pas pour b sursulfath.

L’alcalinite ainsi que le pH sont beaucoup plus eleves que dans les essais oh il y a predominance de solution agressive.

Action sur ciment pulvkrulent

Prise d’essai : 20 g Volume de la solution : 100 cm* TcmpCrature : 20” Dude de chaque extraction : 1 mois

Page 13: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

i 54 G . BATTA

TABLEAU XVI

Solution MgSO, 20 p . 1.000 sur ciment Portland B *

ElPments Solution lre extr. 20 ertr. 3e extr. initiate

(En grammes pour 100 centirnbtres oubes)

so, . . . . . 1,270 0 0,121 0,119

MgO . . . . . 0,634 0 0 0 AIcaIinitC en CaO 0 0,168 0,120 0,081 pH . . . . . 6 > 10 > 10 9

C a O . . . . . 0 0,171 0,160 0,146

TABLEAU XVII

Solution MgSO, 20 p . 1.000 sup ciment sursulfutk B ~~ ~

Elements S l u t ion Ire ertr. 24 extr. 313 extr. initiale

(En grammes pour 100 centim&tres cuhe41

so, . . . . . 1,270 0,143 0,136 0,139

M g O . . . . . 0,634 0 0 0 Alcalinit6 en CaO 0 0,011 0,011 0,003

C a O . . . . . 0 0,111 0,099 0,094.

pH . . . . . 6 9 9 6,s

Action sur ciment pulv6rulent

Prise d'essai : 5 g Volume de la solution : 500 cma Tempkrature : 20" Dude de chaque extraction : 1 mois

TABLEAU XVIlI

Solution MgSO, 20 p . 1.000 s u p ciment Portland B

ElPments Folixtion Ire extr. 28 extr. 38 pitr. initiale

(En grammes pour 100 centimPtres colxs)

s o , . . . . . 1,43 1,162 1,523 1.559

M g O . . . . . 0,715 0,473 0,703 0,709 C a O . . . . . 0 0,103 0,079 0,015

AlcalinitC en CaO 0 0,005 0,003 trace.. pH . . . . . non d4terminC

Page 14: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

D~COMPOSITION DES CIMENTS 155

’rABLEAU u x Solution MgSO, 20 p. 1.000 sur ciinent sursulfafe‘ B

ElCments Solution Ire entr. 2 0 extr. 30 ertr. initiale

(En grammes pour 100 ceritimetres ciihe,)

s o , . . . . . 1,43 1,413 I, 11

C a O . . . . . 0 0,087 0,107 0,047 M g O . . . . . 0,720 0,691, 0,669 0.679 AlcalinitC en CaO 0 0 0 0 pH . . . . . non detrrmini.

Essais avec l’eau de mer

Lors des essais entrepris avec l’eau de mer, les poudres de ciment ont absorb6 le liquide presque en totalit6, au point qu’il ne m’a 6t6 possible que de d6terminer l’alcalinit6 pour le ciment Portland et de me rendre compte que le pH d6passait notre 6chelle colorim6trique.

Pour le Portland l’alcalinit6 Ctait de 0,300 g pour 100 cm’, 6valu6 en CaO. Toutefois, lors d’essais exCcutCs dans des tra- vaux antcrieurs avec d’autres ciments et dans des conditions identiques ( B part la dur6e d’agitation qui n’a 6t6 que vingt- quatre heures), j’avais d6j& eu l’occasion de remarquer que I’alcalinitk du liquide en contact avec les ciments Ctait 6lev6e et atteignait respectivement 0,084 g pour 100 cm’ pour un ciment de haut fourneau normal au contact de sulfate de ma- gn6sium B 20 p. 1.000 ; de 0,001 g pour 100 cma pour un ciment sursulfat6 avec la m h e solution ; de 0,180 g pour 100 cm’ pour un ciment de haut fourneau normal au contact de l’eau de mer et de 0,030 g pour 100 cms pour un ciment sursulfatC au contact de l’eau de mer.

Ceci d6montre que lorsque le ciment est en exch par rap- port 5 la solution agressive, les conditions de pH et I’alcali- nit6 sont modifides et se rapprochent des conditions idhales de formation de sulfoaluminate de chaux. Les modalitCs d’attaque d’un b6ton par les solutions agressives varieront donc suivant que l’une ou l’autre substance r6agissante : constituants du ciment, ou sels de la solution, sera en exchs par rapport i 1 ’autre.

La diff6rence de comportement entre les deux ciments peut &re d6duite Cgalement de l’observation des tableaux.

Ces recherche9 complhtent celles que nous avons publi6es

Page 15: Contribution à l'étude de la décomposition des ciments

156 G . BATTA

pr6cCdemment et se rapprochent donc des conditions qui se rencontrent lorsqu’une eau agressive, en s’infiltran t dans un ouvrage d’art, se trouve en contact avec un excbs dc ciment.

Conclueions

La prEsente etude completant celles qui ont 6t6 entreprises prEcCdemment, nous permet les conclusions suivantes :

1” Un laitier pour cimenterie, a 6t6 6tudi6 dam des condi- tions identiques B celles auxquelles avaient 6t6 soumis un ciment Portland et un ciment sursulfatd, dam des Btudes ant& rieures. Aprbs trois moie et dans les conditions exPCrimentales renseignbes, l’eau pure n’a extrait que 6 % de la chaux du laitier, l’eau de mer a rdagi avec 9 % de cette chaux et la solu- tion de sulfate magnCsique B 20 p. 1.000, avec 25 %. Le sel de Candlot ne paraft pas s’&tre produit dans les divers cas envisagks.

2” Les essais de corrosion sur Cprouvettes donnent g.Cn6rn- lement des chiffres cinq B dix fois plus faibles que ceux obte- nus avec du ciment p u l v h l e n t . 11s confirment une fois de plus le ph6nomBne de diffusion de la chaux signale par Maynard.

3” Enfin les essais effectuCs en prCsence d’un excbs de ciment, nous montrent que la fixation de l’ion SO, par le ciment semble &re li6e 1’616vation du pH. Ces conditions ophratoires se rapprochent du reste de celles qui se prCaentent. tlnns I n pratique de la construction.

* * *

Le prdsent travail a 616 entrepris grace 3 I‘intervention du Fonds du Centenaire de I’Association des IngCnieurs de Libge. Je lui adresse mes vifs remerclments, ainsi q u ’ i M. Emile Binet, chimiste attach6 & ce Fonds, qui a effectuC la partie ana- lytique de ce travail.

UNIVERSITI! DE LI&GE, Laboratoire de Chimie industrielle rnindrak

et de Chimie des rnatdriaua: techniques.

ComrnuniyiiP c i la SociEf2 chimique de Belg ique . le 10 jons irr 1945.