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THEME: EFFET DES LAITIERS SUR LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES
BÉTONS : EFFET À TRÈS LONG TERME (PLUS D’UN AN)
HOUNTONDJI Babilas
MINI PROJET DU COURS DE PATHOLOGIE DES MATERIAUX
2
1. INTRODUCTION
2. LE LAITIER: FABRICATION, DIFFÉRENTS TYPES DE LAITIER
ET PRODUCTION
3. EFFET DES LAITIERS SUR LES PROPRIÉTÉS
MÉCANIQUES DES BÉTONS: EFFETS A TRÈS LONG TERME
4. CONCLUSION
3 .1
EFFET EN FLEXION
3 .2
EFFET EN COMPRESSION
3 .3 EFFET AU FLUAGE
3
1- INTRODUCTION
Environnement
des ouvrages
en BA
Composantes
du ciment
Rôle prépondérant sur les propriétés
mécaniques des bétons (Boubekeur T., 2011)
4
1- INTRODUCTION
Laboratoires de
Recherches sur les
matériaux
Composites
cimentaires
Addition de laitier améliore
considérablement les propriétés
mécanique des bétons
(Hadj Sadok A., 2008 & Bougara A., 2001).
Exposé intitulé ‘’effet des laitiers sur les
propriétés mécaniques des bétons :
effet à très long terme’’.
5
2- LE LAITIER: FABRICATION, DIFFÉRENTS
TYPES DE LAITIER ET PRODUCTION
6
2-1- FABRICATION DU LAITIER
En Industrie sidérurgique
Dans le procédé de réduction et de fusion du minerai de
fer dans le haut fourneau
la fonte rassemble tous les éléments qui sont réduits
au cours de l’opération (fer, manganèse, silicium …)
Les oxydes non réduits se retrouvent dans un
produits complexe le laitier
De densité proche de 2,8, le laitier surnage la fonte plus
lourde de densité 7, à une température de 1425 à 1550° 𝐶.
- Le laitier est évacué du haut fourneau sous forme liquide puis refroidi.
- Le mode de refroidissement du laitier défini les différents produits obtenus.
7
2-2- DIFFÉRENTS TYPES DE LAITIERS
- Obtenu en mettant le
laitier liquide au
contacte d’une quantité
importante d’eau et à le
refroidir très
rapidement.
- Il est de granulométrie
0-5 mm, de densité
apparente de 0,7 à 1,7
et de densité absolue
de 2,6 à 2,8.
- broyé il est utilisé dans
l’industrie du ciment en
substitution du clinker
LAITIER GRANULÉ
- Obtenu par
refroidissement très lent
du laitier liquide dans
des fosses à proximité
du haut fourneau.
- Il est de granulométrie
0-300 mm, de masse
volumique apparente de
1,2 à 1,4 t/ 𝑚3
, de
bonne dureté et
résistant à l’abrasion
(Burteau M., 1995).
- Il possède une porosité
(3 à 20%).
LAITIER CRISTALLISÉ
- C’est un laitier
cristallisé dans lequel,
Le procédé de
refroidissement
comporte une injection
d’eau complétée par
une injection d’air et de
vapeur d’eau.
- Il a une masse
volumique apparente
de 0,3 à 1,1 t/𝑚3, de
faible résistance
mécanique (1 à 8
MPa à la compression)
LAITIER EXPANSÉ - Obtenu en déversant le
laitier liquide dans un
tube incliné et arrosé
par des jets d’eau. le
laitier commence à se
refroidir et subit un
début d’expansion. Il
aboutit dans un
tambour tournant qui le
disperse.
- Il est de granulométrie
0-20 mm, de masse
volumique absolue de
1,4 à 1,6 t/ 𝑚3
, de
porosité 45 à 50%
(Burteau M., 1995).
LAITIER BOULETÉ
8
2-3 PRODUCTION DU LAITIER
Ajouts au ciment
les plus utilisés
Laitier
Pour 01 tonne
de fonte
Quantité de
laitier
Masse des oxydes
non réductibles
enfournées
300-400 kg de
laitier
(Behim et al, 2004)
9
Tableau1: Production et utilisation annuelle des laitiers dans le monde
(Trondheim Conference, 1989)
Pays Production
𝟏𝟎𝟔 tonnes
Utilisation
𝟏𝟎𝟔 tonnes
Pays Production
𝟏𝟎𝟔 tonnes
Utilisation
𝟏𝟎𝟔 tonnes
Australie 4,70 0,12 Pays-Bas 1,10 1,00
Canada 2,90 0,20 Norvège 0,10 -
Chine 22,00 16,00 Afrique du
Sud
1,50 0,6
Japon 24,00 8,20 Suisse 0,10 0,03
France 10,40 1,90 Royaume
Uni
1,50 0,25
Allemagne 15,00 2,80 Etats-Unis 13,00 1,00
Inde 7,80 2,80 Algérie 0,6 0,06
10
3- EFFET DES LAITIERS SUR LES PROPRIÉTÉS
MÉCANIQUES DES BÉTONS: EFFETS A TRÈS LONG TERME
11
3-1- EFFET DES LAITIERS SUR LA RÉSISTANCE MÉCANIQUE DES BÉTONS EN
COMPRESSION ET A LA TRACTION PAR FENDAGE, MODULE D’ÉLASTICITÉ
LONGITUDINAL ET COEFFICIENT DE POISSON: EFFETS A TRÈS LONG TERME
Les bétons avec du laitier après le
démoulage sont immergées dans
l’eau à 20°C.
Les résultats pour les deux bétons d’étude sont présentés dans le tableau 2.
Les abréviations utilisées pour les
bétons sont :
- BHP : Béton témoin sans laitier
- BHPL : Béton avec du laitier
12
a
Caractéristiques mécaniques
Résistance à la
compression (MPa)
A l'âge de 6 mois
28jours 6mois 18mois
Résistance à la
traction par
fendage (MPa)
Module
d’élasticité
(GPa)
Coefficient
de
poisson
BHP 58 62 79 5 35 0,33
BHPL 64 68 83 5 40 0,25
Tableau 2 : Caractéristiques mécaniques des différents bétons (Boutiba et al, 2019)
13
• Le module d'élasticité du BHP avec du laitier est plus
important que celui du BHP sans laitier à 180 jours. On
peut conclure que l’introduction du laitier modifie de façon
significative le module d’élasticité.
1
• Les BHP sans laitier développent des valeurs de
coefficient de poisson légèrement plus élevées que celles
des bétons BHPL.
2
• La présence du laitier n’a aucun effet sur le comportement
du béton laitier au fendage.
3
14
Figure 1 : Evolution des résistances en compression en fonction du temps
(28, 180 et 540 jours) de deux types de BHP (Boutiba et al, 2019)
• L'analyse globale des résistances en compression montre
des valeurs supérieures pour les bétons contenant du laitier.
Les laitiers ont entrainé une augmentation des résistances en
compression.
4
15
3-2- EFFET DES LAITIERS SUR LA RÉSISTANCE MÉCANIQUE DES BÉTONS A LA
FLEXION EN 04 POINTS ET ÉVOLUTION DES : EFFETS A TRÈS LONG TERME
Figure 2 : Résistance à la flexion 4 points des différents BHP
(Boutiba et al, 2019)
• L'analyse des resistances à la flexion 4points du béton au
laitier BHPL affiche une même contrainte de rupture que le
béton témoin BHP sans laitier. L'ajout du laitier n'a pas eu
d'effet sur les résistances à la flexion.
5
16
Figure 3 : Evolution en flexion, de l’effort en fonction de l’ouverture
des fissures, pour les différents BHP (Boutiba et al, 2019)
• L'analyse des resistances à la flexion 4 points du béton au laitier dans
la partie linéaire de la figure 3, nommée domaine d’élasticité, montre
un même pic de l'effort pour des ouvertures de l'ordre de 50 µm. Ces
pics faibles sont caractéristiques du comportement fragile de ces types
de béton.
6
17
3-3- EFFET DES LAITIERS SUR LE FLUAGE DES BÉTONS : EFFETS A TRÈS
LONG TERME
Figure 4: Influence de l’ajout de laitier sur le
fluage dans un béton de résistance 40 MPa
(Salhi, 2007) .
• L’augmentation de la teneur de substitution de ciment par de laitier
conduit à une diminution du fluage,
7
18
5 -CONCLUSION
Cet mini-projet s’inscrit dans le
cadre de la valorisation des laitiers
Sur le plan technologique, une
amélioration des propriétés mécaniques
est constatée (à très long terme), ce qui
permet d’assurer une durabilité aux
structures réalisées à partir du laitier.
Il a permis de mieux connaître
l’effet positif de ces derniers
Sur le plan économique, le
coût du laitier est négligeable
19
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  • 1. 1 THEME: EFFET DES LAITIERS SUR LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES BÉTONS : EFFET À TRÈS LONG TERME (PLUS D’UN AN) HOUNTONDJI Babilas MINI PROJET DU COURS DE PATHOLOGIE DES MATERIAUX
  • 2. 2 1. INTRODUCTION 2. LE LAITIER: FABRICATION, DIFFÉRENTS TYPES DE LAITIER ET PRODUCTION 3. EFFET DES LAITIERS SUR LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES BÉTONS: EFFETS A TRÈS LONG TERME 4. CONCLUSION 3 .1 EFFET EN FLEXION 3 .2 EFFET EN COMPRESSION 3 .3 EFFET AU FLUAGE
  • 3. 3 1- INTRODUCTION Environnement des ouvrages en BA Composantes du ciment Rôle prépondérant sur les propriétés mécaniques des bétons (Boubekeur T., 2011)
  • 4. 4 1- INTRODUCTION Laboratoires de Recherches sur les matériaux Composites cimentaires Addition de laitier améliore considérablement les propriétés mécanique des bétons (Hadj Sadok A., 2008 & Bougara A., 2001). Exposé intitulé ‘’effet des laitiers sur les propriétés mécaniques des bétons : effet à très long terme’’.
  • 5. 5 2- LE LAITIER: FABRICATION, DIFFÉRENTS TYPES DE LAITIER ET PRODUCTION
  • 6. 6 2-1- FABRICATION DU LAITIER En Industrie sidérurgique Dans le procédé de réduction et de fusion du minerai de fer dans le haut fourneau la fonte rassemble tous les éléments qui sont réduits au cours de l’opération (fer, manganèse, silicium …) Les oxydes non réduits se retrouvent dans un produits complexe le laitier De densité proche de 2,8, le laitier surnage la fonte plus lourde de densité 7, à une température de 1425 à 1550° 𝐶. - Le laitier est évacué du haut fourneau sous forme liquide puis refroidi. - Le mode de refroidissement du laitier défini les différents produits obtenus.
  • 7. 7 2-2- DIFFÉRENTS TYPES DE LAITIERS - Obtenu en mettant le laitier liquide au contacte d’une quantité importante d’eau et à le refroidir très rapidement. - Il est de granulométrie 0-5 mm, de densité apparente de 0,7 à 1,7 et de densité absolue de 2,6 à 2,8. - broyé il est utilisé dans l’industrie du ciment en substitution du clinker LAITIER GRANULÉ - Obtenu par refroidissement très lent du laitier liquide dans des fosses à proximité du haut fourneau. - Il est de granulométrie 0-300 mm, de masse volumique apparente de 1,2 à 1,4 t/ 𝑚3 , de bonne dureté et résistant à l’abrasion (Burteau M., 1995). - Il possède une porosité (3 à 20%). LAITIER CRISTALLISÉ - C’est un laitier cristallisé dans lequel, Le procédé de refroidissement comporte une injection d’eau complétée par une injection d’air et de vapeur d’eau. - Il a une masse volumique apparente de 0,3 à 1,1 t/𝑚3, de faible résistance mécanique (1 à 8 MPa à la compression) LAITIER EXPANSÉ - Obtenu en déversant le laitier liquide dans un tube incliné et arrosé par des jets d’eau. le laitier commence à se refroidir et subit un début d’expansion. Il aboutit dans un tambour tournant qui le disperse. - Il est de granulométrie 0-20 mm, de masse volumique absolue de 1,4 à 1,6 t/ 𝑚3 , de porosité 45 à 50% (Burteau M., 1995). LAITIER BOULETÉ
  • 8. 8 2-3 PRODUCTION DU LAITIER Ajouts au ciment les plus utilisés Laitier Pour 01 tonne de fonte Quantité de laitier Masse des oxydes non réductibles enfournées 300-400 kg de laitier (Behim et al, 2004)
  • 9. 9 Tableau1: Production et utilisation annuelle des laitiers dans le monde (Trondheim Conference, 1989) Pays Production 𝟏𝟎𝟔 tonnes Utilisation 𝟏𝟎𝟔 tonnes Pays Production 𝟏𝟎𝟔 tonnes Utilisation 𝟏𝟎𝟔 tonnes Australie 4,70 0,12 Pays-Bas 1,10 1,00 Canada 2,90 0,20 Norvège 0,10 - Chine 22,00 16,00 Afrique du Sud 1,50 0,6 Japon 24,00 8,20 Suisse 0,10 0,03 France 10,40 1,90 Royaume Uni 1,50 0,25 Allemagne 15,00 2,80 Etats-Unis 13,00 1,00 Inde 7,80 2,80 Algérie 0,6 0,06
  • 10. 10 3- EFFET DES LAITIERS SUR LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES BÉTONS: EFFETS A TRÈS LONG TERME
  • 11. 11 3-1- EFFET DES LAITIERS SUR LA RÉSISTANCE MÉCANIQUE DES BÉTONS EN COMPRESSION ET A LA TRACTION PAR FENDAGE, MODULE D’ÉLASTICITÉ LONGITUDINAL ET COEFFICIENT DE POISSON: EFFETS A TRÈS LONG TERME Les bétons avec du laitier après le démoulage sont immergées dans l’eau à 20°C. Les résultats pour les deux bétons d’étude sont présentés dans le tableau 2. Les abréviations utilisées pour les bétons sont : - BHP : Béton témoin sans laitier - BHPL : Béton avec du laitier
  • 12. 12 a Caractéristiques mécaniques Résistance à la compression (MPa) A l'âge de 6 mois 28jours 6mois 18mois Résistance à la traction par fendage (MPa) Module d’élasticité (GPa) Coefficient de poisson BHP 58 62 79 5 35 0,33 BHPL 64 68 83 5 40 0,25 Tableau 2 : Caractéristiques mécaniques des différents bétons (Boutiba et al, 2019)
  • 13. 13 • Le module d'élasticité du BHP avec du laitier est plus important que celui du BHP sans laitier à 180 jours. On peut conclure que l’introduction du laitier modifie de façon significative le module d’élasticité. 1 • Les BHP sans laitier développent des valeurs de coefficient de poisson légèrement plus élevées que celles des bétons BHPL. 2 • La présence du laitier n’a aucun effet sur le comportement du béton laitier au fendage. 3
  • 14. 14 Figure 1 : Evolution des résistances en compression en fonction du temps (28, 180 et 540 jours) de deux types de BHP (Boutiba et al, 2019) • L'analyse globale des résistances en compression montre des valeurs supérieures pour les bétons contenant du laitier. Les laitiers ont entrainé une augmentation des résistances en compression. 4
  • 15. 15 3-2- EFFET DES LAITIERS SUR LA RÉSISTANCE MÉCANIQUE DES BÉTONS A LA FLEXION EN 04 POINTS ET ÉVOLUTION DES : EFFETS A TRÈS LONG TERME Figure 2 : Résistance à la flexion 4 points des différents BHP (Boutiba et al, 2019) • L'analyse des resistances à la flexion 4points du béton au laitier BHPL affiche une même contrainte de rupture que le béton témoin BHP sans laitier. L'ajout du laitier n'a pas eu d'effet sur les résistances à la flexion. 5
  • 16. 16 Figure 3 : Evolution en flexion, de l’effort en fonction de l’ouverture des fissures, pour les différents BHP (Boutiba et al, 2019) • L'analyse des resistances à la flexion 4 points du béton au laitier dans la partie linéaire de la figure 3, nommée domaine d’élasticité, montre un même pic de l'effort pour des ouvertures de l'ordre de 50 µm. Ces pics faibles sont caractéristiques du comportement fragile de ces types de béton. 6
  • 17. 17 3-3- EFFET DES LAITIERS SUR LE FLUAGE DES BÉTONS : EFFETS A TRÈS LONG TERME Figure 4: Influence de l’ajout de laitier sur le fluage dans un béton de résistance 40 MPa (Salhi, 2007) . • L’augmentation de la teneur de substitution de ciment par de laitier conduit à une diminution du fluage, 7
  • 18. 18 5 -CONCLUSION Cet mini-projet s’inscrit dans le cadre de la valorisation des laitiers Sur le plan technologique, une amélioration des propriétés mécaniques est constatée (à très long terme), ce qui permet d’assurer une durabilité aux structures réalisées à partir du laitier. Il a permis de mieux connaître l’effet positif de ces derniers Sur le plan économique, le coût du laitier est négligeable

Notes de l'éditeur

  1. Dans ce contexte
  2. Tout cela représente des enjeux de santé publique et socio-économiques qui poussent les différents acteurs du domaine de l’eau des PED à innover en développant des procédés