Academic literature on the topic 'Ciments sulfo-alumineux'

Le ciment sulfoalumineux est constitué d’une phase principale appelée yeelimite, qui est connue pour être un des principaux précurseurs de la formation d’ettringite. L’ettringite est capable d’incorporer de nombreux métaux lourds par des substitutions isomorphes sans altération de sa structure cristalline. Ainsi la mise au point d’un liant destiné au piégeage de métaux a été réalisée. L’étude de l’hydratation du clinker seul et en présence de 4 dosages en gypse (10, 20, 30 et 40 %) a été menée à diverses échéances au moyen de la DRX, ATD-ATG, et de la spectrométrie IR. L’ajout de gypse accélère les réactions d’hydratation. Deux liants optimaux pour la formation d’ettringite ont été retenus : les mélanges 80/20 et 70/30. Le piégeage de 7 polluants synthétiques s’est avéré très efficace : à 28 jours, 99 % des métaux sont piégés. Cependant avec du chromate et bichromate de sodium, des fissurations de la matrice apparaissent pour le mélange 70/30 : le sodium provoque une augmentation de la réactivité de la yeelimite et une dissolution importante du gypse conduisant à une forte production d’ettringite. Avec un dosage en gypse important (30%), la dissolution du gypse se poursuit au cours du temps avec la formation d’ettringite secondaire qui conduit à la dégradation de la matrice. L’ajout de polyol a permis d’améliorer le piégeage du chromate de sodium. D’autre part, l’enrobage de deux types de déchets faiblement radioactifs confiés par le CEA a été réalisé : avec une adjuvantation adaptée, les résultats obtenus en termes de temps de prise, de résistance en compression et de barrière de rétention des polluants se sont avérés excellents
Calcium sulfoaluminate cement is mainly composed of yeelimite known to be a precursor of ettringite formation. Ettringite is able to incorporate several heavy metals by isomorphous substitutions without altering its crystalline structure. The design of a binder required for immobilising heavy metals was undertaken. The hydration study of clinker, and cement containing 4 amounts of gypsum has been carried out by means of XRD, DTA and IR spectrometry. It was pointed out that the addition of gypsum enhances hydration. Two binders were selected : 80/20 and 70/30. The immobilisation of 7 pollutants was very successfull. Nevertheless, damages appeared with the binder 70/30 containing sodium chromate and dichromate : sodium caused activation of yeelimite reactivity and important dissolution of gypsum leading to important ettringite production. With a great amount of gypsum (30 %), dissolution led to secondary ettringite formation which damaged the hardened paste. Adding polyol enhances the retention of sodium chromate. On the other hand, the immobilisation of two types of weakly radioactive wastes supplied by CEA has been made. Results obtained in terms of setting time, compressive strength and leaching were excellent

Les ciments silico-calciques sont largement utilisés pour le conditionnement des déchets nucléaires de faible activité. Cependant, les interactions existant entre certains constituants du déchet et les phases cimentaires peuvent perturber l’hydratation de ces dernières. Ainsi, le zinc ZnII, fréquemment rencontré sous forme de sel chloré dans les cendres d’incinération de déchets alpha contenant du PVC ou du néoprène, est connu pour inhiber la prise du ciment Portland. Une solution à ce problème serait d’utiliser un liant de chimie différente, qui présenterait une meilleure compatibilité avec le déchet à conditionner tout en conservant les qualités d’une matrice cimentaire (coût modeste, mise en œuvre aisée, hydratation avec l’eau apportée par les déchets…). Le potentiel des ciments sulfo-alumineux bélitiques pour le conditionnement du zinc ZnII a donc été évalué. Quatre aspects ont été abordés : le déroulement de l’hydratation, les propriétés des liants hydratés, les mécanismes assurant la rétention du zinc et la durabilité des matériaux obtenus (lixiviation et modélisation à l’aide d’un code de transport réactif). Les influences du dosage en gypse, de l’échauffement induit par l’hydratation de pièces massives, et de la teneur en chlorure de zinc ont été déterminées.Il en résulte que les matériaux à base de ciment sulfo-alumineux gypsé à hauteur de 20 % sont de bons candidats pour le conditionnement du zinc : pas de retard d’hydratation, assemblage minéralogique robuste vis-à-vis de la température (dans la gamme 20 – 85°C), bonne résistance mécanique, stabilité dimensionnelle et très bonne rétention du zinc, même lors d’une lixiviation prolongée par l’eau pure
Calcium silicate cements are widely used for low- and intermediate-level radioactive waste conditioning. However, wastes produced by nuclear activities are very diverse and some of their components may chemically react with cement phases. For instance, ashes resulting from the incineration of technological wastes including neoprene and polyvinylchloride may contain substantial amounts of soluble zinc chloride. This compound is known to strongly delay or inhibit Portland cement setting. One approach to limit adverse cement-waste interactions is to select a binder showing a better compatibility with the waste while keeping cement matrix advantages (low cost, simple process, hydration with water provided by the waste…).This work thus investigates the potential of calcium sulfoaluminate cement for zinc ZnII immobilization. Four aspects were considered: hydration (kinetics and products formed), properties of hydrated binders, mechanisms of zinc retention and durability of the cement pastes (based on leaching experiments and modelling). The influence of three main parameters was assessed: the gypsum content of the cement, the concentration of ZnCl2 and the thermal evolution at early age.It follows that materials based on a calcium sulfoaluminate cement containing 20% gypsum are interesting candidates for zinc ZnII stabilization/solidification: there is no delay in hydration, mineralogy of the hydrated phases is slightly dependent on thermal history, mechanical strength is high, dimensional changes are limited and zinc ZnII is well immobilized, even if the cement paste is leached by pure water during a long period (90 d)

Les ciments silico-calciques sont largement utilisés pour le conditionnement des déchets nucléaires de faible activité. Cependant, les interactions existant entre certains constituants du déchet et les phases cimentaires peuvent perturber l'hydratation de ces dernières. Ainsi, le zinc ZnII, fréquemment rencontré sous forme de sel chloré dans les cendres d'incinération de déchets alpha contenant du PVC ou du néoprène, est connu pour inhiber la prise du ciment Portland. Une solution à ce problème serait d'utiliser un liant de chimie différente, qui présenterait une meilleure compatibilité avec le déchet à conditionner tout en conservant les qualités d'une matrice cimentaire (coût modeste, mise en oeuvre aisée, hydratation avec l'eau apportée par les déchets...). Le potentiel des ciments sulfo-alumineux bélitiques pour le conditionnement du zinc ZnII a donc été évalué. Quatre aspects ont été abordés : le déroulement de l'hydratation, les propriétés des liants hydratés, les mécanismes assurant la rétention du zinc et la durabilité des matériaux obtenus (lixiviation et modélisation à l'aide d'un code de transport réactif). Les influences du dosage en gypse, de l'échauffement induit par l'hydratation de pièces massives, et de la teneur en chlorure de zinc ont été déterminées. Il en résulte que les matériaux à base de ciment sulfo-alumineux gypsé à hauteur de 20 % sont de bons candidats pour le conditionnement du zinc : pas de retard d'hydratation, assemblage minéralogique robuste vis-à-vis de la température (dans la gamme 20 - 85°C), bonne résistance mécanique, stabilité dimensionnelle et très bonne rétention du zinc, même lors d'une lixiviation prolongée par l'eau pure.

Dans le circuit primaire des réacteurs nucléaires à eau pressurisée, le bore participe au contrôle des réactions de fission. Le traitement de cette solution génère des déchets aqueux contenant une forte concentration en bore (de 1 à 3 mol/L). Le conditionnement de ces déchets à l'aide d'un ciment silico-calcique est compliqué par le fort pouvoir retardateur des ions borate sur l'hydratation du liant. Un traitement des déchets à la chaux est nécessaire pour précipiter les ions borate sous forme d'hexahydroborite. Cette stratégie, si elle limite le retard d'hydratation, ne le supprime pas. Par ailleurs, l'hexahydroborite est instable en milieu cimentaire et se convertit dans le temps en boroaluminate de calcium. Une autre approche pourrait consister à utiliser un ciment sulfoalumineux bélitique à forte teneur en ye'elimite. Ce liant présente en effet l'avantage de former en quantité importante des phases de type AFm et/ou AFt lors de son hydratation, phases qui peuvent incorporer des ions borate dans leur structure.Au cours de ce travail, l'hydratation de ciments sulfoalumineux par des solutions de borate de sodium a été étudiée au jeune âge et à plus long terme (sur une durée de 2 ans) dans l'objectif de préciser l'influence d'un ensemble de paramètres (pH du déchet, concentration en bore, taux de gypse du ciment) sur la vitesse d'hydratation du liant, la nature des hydrates formés, et les propriétés du matériau obtenu (résistance mécanique, stabilité dimensionnelle). Pour ce faire, une démarche analytique, procédant par complexification progressive des systèmes étudiés, a été mise en œuvre. Ainsi ont été successivement abordées la spéciation du bore en solution alcaline, l'étude des phases précipitant au sein des systèmes {CaO, B2O3, Na2O, H2O}, {CaO, B2O3, Al2O3, H2O} et {CaO, Al2O3, B2O3, SO3, H2O}, puis celle des pâtes de ciment gâchées avec une solution boratée simulant le déchet. L'approche expérimentale a été complétée par des modélisations thermodynamiques s'appuyant sur une base de données spécialement développée pour les besoins de l'étude.Il apparaît que le gypse joue un rôle primordial dans le contrôle de la réactivité du ciment. L'ajout de gypse fixe, par un mécanisme indirect, le pH de la solution interstitielle à une valeur proche de 11, ce qui favorise la précipitation transitoire d'un composé boraté faiblement cristallisé, l'ulexite. La dissolution des phases anhydres du ciment est alors fortement ralentie jusqu'à l'épuisement du gypse, conduisant ainsi à des retards de prise considérables. En l'absence de gypse, le retard à l'hydratation est de plus faible amplitude. Dans ces conditions, le pH de la solution interstitielle atteint des valeurs plus élevées, ce qui permet de déstabiliser rapidement l'ulexite. A plus long terme, les ions borate sont incorporés au sein d'une phase de type AFt, en solution solide avec les ions sulfate. Les résultats obtenus permettent de conclure que ce sont les ciments sulfo-alumineux contenant une faible teneur en gypse qui sont les plus adaptés au conditionnement de solutions à forte concentration en bore
In the primary circuit of pressurized water reactors, boron helps controlling the fission reactions. The treatment of this solution produces aqueous low-level or intermediate-level and short lived radioactive with a high boron concentration (up to 1 to 3 mol/L). Stabilization/solidification of such wastes with calcium silicate cement is complicated by the strong retarding effect of borate ions on cement hydration. A calcium hydroxide addition is required to precipitate borate ions into hexahydroborite. With this approach, the hydration delay is limited, but not suppressed. Besides, hexahydroborite is unstable in the cement paste and is progressively converted into a hydrated calcium boroaluminate phase. Another strategy may consist in using belite calcium sulfoaluminate cement with high ye'elimite content. During hydration, this binder forms indeed large amounts of AFm and/or AFt phases which can incorporate borate ions into their structure.In this work, hydration of calcium sulfoaluminate cement by borated solutions was investigated at early age, and over a 2-year period, in order to determine the influence of a set of parameters (boron concentration and pH of the waste, gypsum content of the cement) on the hydration rate of the binder, on the phase assemblage formed, and on the properties of the resulting material (mechanical strength, volume change). An analytical approach was adopted, based on a progressive increase in the complexity of the investigated systems. The focus was successively placed on the speciation of boron in alkaline solution, on the study of the phases formed within the {CaO, B2O3, Na2O, H2O}, {CaO, B2O3, Al2O3, H2O} and {CaO, Al2O3, B2O3, SO3, H2O} systems, and on the characterization of cement pastes prepared with a borate solution which mimicked the waste. The experimental approach was completed by thermodynamic modelling using a database specially developed for the needs of the study. Gypsum appears to play a key role in controlling the reactivity of cement. The gypsum addition sets, by an indirect mechanism, the interstitial solution pH at a value close to 11, which promotes the precipitation of a poorly crystallized borated compound, ulexite. Dissolution of the anhydrous phases is strongly slowed down until the exhaustion of gypsum, and major delays are observed. Without any gypsum, the hydration delay is shorter. Under these conditions, the pore solution pH reaches higher values after mixing. Ulexite is consequently quickly destabilized. Borate anions are then incorporated into a mixed borate/sulphate AFt type phase. It appears that calcium sulfoaluminate cements with low gypsum contents should be recommended to solidify borated solutions

Dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée, une solution d'acide borique de pH contrôlé par ajout de lithine est injectée dans le circuit primaire. Le bore joue le rôle de neutrophage et participe au contrôle des réactions de fission. La solution du circuit primaire est épurée par passage sur colonnes de résines échangeuses d'ions. Ces résines sont périodiquement renouvelées et constituent un déchet de faible activité. Outre des radionucléides, elles contiennent majoritairement des ions borate et lithium. Elles sont actuellement conditionnées dans une matrice organique avant stockage en site de surface. Une évolution du procédé est envisagée, avec remplacement de la matrice organique par une matrice minérale. Cette thèse évalue les potentialités des ciments sulfo-alumineux pour le conditionnement de résines boratées en présence de lithium. Ces liants présentent en effet l'avantage de former des hydrates capables d'insérer les ions borate dans leur structure, et leur hydratation est moins retardée que celle des ciments silico-calciques conventionnels. Une démarche analytique, procédant par complexification progressive des systèmes étudiés, est mise en œuvre. Ainsi, l'hydratation de ciments sulfo-alumineux à forte teneur en ye'elimite est-elle successivement étudiée en présence (i) de sels de lithium, (ii) d'hydroxyde de lithium et de borate de sodium, et (iii) d'hydroxyde de lithium et de résines boratées. L'approche expérimentale est complétée par des simulations thermodynamiques s'appuyant sur une base de données développée pour les besoins de l'étude. Il apparaît que les ions lithium accélèrent l'hydratation du ciment sulfo-alumineux en diminuant la durée de la période d'inertie thermique. Le mécanisme mis en jeu implique la précipitation d'un hydroxyde mixte d'aluminium et de lithium. Au contraire, le borate de sodium ralentit l'hydratation du ciment sulfo-alumineux en augmentant la durée de la période d'inertie thermique. Une espèce riche en bore et sodium, l'ulexite, précipite transitoirement dès le début de l'hydratation. En sa présence, la dissolution de la ye'elimite reste lente. Lors de l'ajout simultané d'hydroxyde de lithium et de borate de sodium dans la solution de gâchage, les mécanismes observés pour chacune des espèces considérées séparément se superposent. Un troisième processus vient s'ajouter dans le cas d'un ciment non gypsé : le lithium favorise la formation initiale d'une phase AFm boratée qui disparaît au profit d'une phase AFt boratée lorsque l'hydratation s'accélère. Les résultats obtenus permettent in fine de proposer une première formulation d'enrobage de résines boratées dont les propriétés sont compatibles avec les exigences requises pour une matrice de conditionnement sur la durée de l'étude
In pressurized water reactors, a solution of boric acid, the pH of which is controlled by the addition of lithium hydroxide, is injected in the primary circuit. Boron acts as a neutron moderator and helps controlling the fission reactions. The primary coolant is purified by flowing through columns of ion exchange resins. These resins are periodically renewed and constitute a low-level radioactive waste. In addition to radionuclides, they mainly contain borate and lithium ions. They are currently encapsulated in an organic matrix before being stored in a near-surface repository. An evolution of the process is considered, involving the replacement of the organic matrix by a mineral one.In this PhD study, the potential of calcium sulfoaluminate cements (CSAC) to solidify / stabilize borated resins in the presence of lithium is investigated. These binders have the advantage to form hydrates which can incorporate borate ions in their structure, and their hydration is less retarded than that of Portland cement.An analytical approach is adopted, based on a progressive increase in the complexity of the investigated systems. Hydration of ye'elimite-rich CSAC is thus successively investigated in the presence of (i) lithium salts, (ii) lithium hydroxide and sodium borate, and (iii) lithium hydroxide and borated ion exchange resins. The experimental investigation is supplemented by thermodynamic modelling using a database specially developed for the needs of the study.Lithium ions are shown to accelerate CSAC hydration by decreasing the duration of the period of low thermal activity. The postulated mechanism involves the precipitation of lithium-containing aluminum hydroxide. On the contrary, sodium borate retards CSAC hydration by increasing the duration of the period of low thermal activity. Ulexite, a poorly crystallized mineral containing sodium and borates, transiently precipitates at early age. As long as ulexite is present, dissolution of ye'elimite is strongly slowed down. When sodium borate and lithium hydroxide are simultaneously introduced in the mixing solution, these two mechanisms are superimposed. With a gypsum-free cement, a third process is additionally observed: lithium promotes the initial precipitation of a borated AFm phase which is later converted into a borated AFt phase when hydration accelerates.Finally, based on the achieved results, a cement-based formulation is designed for the encapsulation of borated resins. Its properties fulfill the requirements for a conditioning matrix over the duration of the study

Les ciments traditionnels contiennent du clinker Portland qui est à l’origine de fortes émissions de gaz à effet de serre. C’est pourquoi de nouveaux ciments plus éco-respectueux, tels que les ciments sulfo-alumineux, sont actuellement développés. Cette étude s’intéresse au processus de biodégradation de deux de ces ciments (CSA B et CSA F), par comparaison à deux ciments à base de clinker Portland (CEM I et CEM III). Des pâtes de ces quatre nuances cimentaires de même porosité initiale, ainsi que des mortiers, ont été exposés sur quatre différents sites du réseau d’assainissement de l’agglomération nancéienne. Ces échantillons ont été suivis et caractérisés (propriétés physico-chimiques, minéralogie de surface) à fréquence régulière pendant 18 mois. Les conditions environnementales (température, précipitations) de l’agglomération ont également été enregistrées durant cette période. Un essai d’attaque directe à l’acide sulfurique réalisé sur les 4 nuances cimentaires a permis de détecter en majorité du gypse sur leur surface. Il ressort alors que le gypse est le produit de dégradation majoritaire obtenue autant pour les ciments au clinker Portland que pour les CSA. L’analyse des surfaces des échantillons prélevés sur les sites a mis en évidence les éléments caractéristiques des premières phases de biodétérioration : dépôt de soufre, formation de gypse et d’ettringite. La colonisation bactérienne apparaît ainsi dès les premiers mois d’exposition des échantillons sur tous les sites. Néanmoins, certains sites présentent des densités bien plus élevées, notamment lorsque les conditions environnementales saisonnières sont optimales (humidité et température), et que la présence d’H₂S favorable au développement bactérien est probable. Dans ce contexte, du soufre, puis du gypse notamment, apparaissent en surface des échantillons. Le CSA riche en fer et le moins bioréceptif, en raison apparemment de l’apparition en surface de gibbsite qui agirait comme un tampon pour inhiber la succession bactérienne
Traditional cements contain Portland clinker, which causes high greenhouse gas emissions. For this reason, new more environmentally friendly cements, such as sulpho-aluminous cements, are being developed. This study investigates the biodegradation process of two of these cements (CSA B and CSA F), in comparison with two Portland clinker-based cements (CEM I and CEM III). Pastes of these four cement grades with the same initial porosity, as well as mortars, were exposed at four different sites in the Nancy agglomeration's sewage network. These samples were monitored and characterised (physico-chemical properties, surface mineralogy) at regular intervals for 18 months. The environmental conditions (temperature, precipitation) of the agglomeration were also recorded during this period.A direct sulphuric acid attack test carried out on the 4 cement grades enabled the majority of gypsum to be detected on their surface. It was found that gypsum was the main degradation product obtained for both Portland clinker cements and CSA. The analysis of the surfaces of the samples taken from the sites revealed the characteristic elements of the first phases of biodeterioration: deposition of sulphur, formation of gypsum and ettringite. Bacterial colonisation thus appears from the first months of exposure of the samples on all sites. Nevertheless, some sites show much higher densities, especially when seasonal environmental conditions are optimal (humidity and temperature), and the presence of H₂S favourable to bacterial development is likely. In this context, sulphur and then gypsum in particular appear on the surface of the samples. The iron-rich CSA is the least bioreceptive, apparently due to the appearance of gibbsite on the surface, which acts as a buffer to inhibit bacterial succession

L'emploi d'additions minérales comme le laitier de haut-fourneau dans les ciments permet de réduire de façon conséquente leur impact sur l'environnement. Le développement industriel des ciments au laitier est freiné par des performances mécaniques médiocres et un fort retrait de dessiccation. La présente étude traite de l'accélération de deux ciments au laitier : un CEM III A et un ciment au laitier constitué de 83,5% de laitier de haut-fourneau et de 15,5% d'anhydrite. L'accélération est obtenue par substitution partielle du ciment au laitier par du ciment sulfo-alumineux grâce à la formation d'ettringite qui confère au mortier une montée en résistance rapide et limite le retrait de dessiccation. La présence du clinker Portland dans les ciments au laitier entraîne une prise et un durcissement rapides du mortier liés à l'activation de la yeelimite, constituant principal du clinker sulfo-alumineux, par la portlandite issue de l'hydratation des silicates de calcium. Pour pallier un faible maintien de maniabilité, des retardateurs de prise sont utilisés mais ces derniers ont tendance à altérer les performances mécaniques à moyen terme. Si la présence du clinker Portland dans les premiers instants a un effet négatif, elle permet à plus long terme une activation calcique du laitier et de ce fait une montée en résistance importante. Le taux de chaque constituant (ciment au laitier, ciment sulfo-alumineux et ciment Portland) puis le dosage en sulfate de calcium sont optimisés par l'évaluation des performances mécaniques. Le suivi d'hydratation est réalisé sur pâte pure par diffraction des rayons X (DRX) et thermoanalyse différentielle et thermogravimétrique (ATD-ATG)
The use of supplementary cementing materials such as blast furnace slag, in cements contributes to reduce their environmental impact. The industrial development of slag cements is slowed down by their limited early-age mechanical performances and high drying shrinkage. The present study deals with the acceleration of two slag cements: a slag cement CEM III A and a slag cement containing 83,5% blast furnace slag and 15,5% anhydrite. The acceleration results of the partial replacement of slag cement by calcium sulfoaluminate cement. The hydration of calcium sulfoaluminate cement yields ettringite which allows the cement to develop high early strength. Furthermore, drying shrinkage is limited. The presence of Portland clinker in the slag cements is responsible of quick setting time and quick hardening of the mortar due to the activation of yeelimite, the main component of calcium sulfoaluminate clinker, by portlandite yielded by the hydration of calcium silicate phases. To compensate the limited time of workability, some setting time retarders are introduced but they reduce the medium-term mechanical performances. The presence of Portland clinker has detrimental effect at early age, but increases the medium-term activation of slag and therefore leads to an important improvement of strength. The content of each component (slag cement, calcium sulfoaluminate cement and Portland clinker, and calcium sulphate) is optimized by the evaluation of mechanical performances. To follow the process of hydration of binders, XRD and DTA-TGA analyses have been carried out on cement pastes

Dans un contexte accru d’économie circulaire et de valorisation des matières premières recyclées, les mâchefers d’incinération de déchets non dangereux (MIDND) constituent des déchets granulaires minéraux identifiés comme ressources renouvelables potentiellement valorisables dans la filière construction, notamment dans le domaine des matériaux cimentaires (type mortier/béton). Compte tenu de l'origine et de la nature des granulats de mâchefers, dans une finalité de concourir à une meilleure compatibilité mâchefer/ciment, il apparait essentiel en premier lieu de considérer des fractions minérales de mâchefers au mieux épurées par l’optimisation de l’enlèvement des métaux ferreux, non-ferreux et indésirables. En second temps, tenant compte des spécificités physico-chimiques résultantes des mâchefers, le choix de la base cimentaire constitue le second facteur prépondérant en sus de la nécessité de meilleure qualité de la fraction minérale de mâchefer. Le présent travail doctoral traite spécifiquement de l’apport de l’utilisation d’un ciment sulfo-alumineux dans le contexte de valorisation des mâchefers en matrice cimentaire. Des sables de mâchefers améliorés de fraction 0/2 mm ont été élaborés et utilisés pour l’étude. Dans une première partie, les résultats de formulation de mortiers cimentaires (ciment Portland, noté OPC / ciment sulfo-alumineux, noté CSA) à base de mâchefers en substitution volumique partielle du sable naturel (25, 50 et 75 %) et totale (100 %), mettent en évidence l’apport bénéfique du ciment CSA sur les résistances en compression par comparaison aux mortiers OPC. Une analyse expérimentale du réseau poreux des mortiers à 90 jours révèle que la frange de porosité supérieure à 50 nm est nettement plus faible pour les mortiers CSA. La thèse met en évidence un résultat majeur et pionnier : en interaction mâchefer, le niveau de basicité du milieu réactionnel joue un rôle prépondérant sur le potentiel de dégagement gazeux (hydrogène) après la mise en œuvre et avant la prise. Ce gaz impacte le niveau de porosité de la frange la plus grossière des mortiers durcis. La seconde partie concerne l’étude physique et microstructurale des mortiers soumis à l’attaque à l’eau pure ou à attaque sulfatique pour des substitutions volumiques de 50 et 100 %, avec les témoins pour référentiels. Les observations MEB sur les différentes matrices mettent en évidence une nette moindre sensibilité des mortiers mâchefer/CSA que des mortiers mâchefer/OPC, traduit par des porosités, fissurations et épaisseurs dégradées moindres
In a world where circular economy and the valorization of raw materials is taking a greater importance, municipal solid waste incineration (MSWI) bottom ash is identified as potentially renewable resource in the construction field and more specifically in cementitious materials like mortar and concrete. Given the origin of the bottom ash and in order to have a better cement/MSWI bottom ash compatibility, the fraction used was as refined as possible by removing ferrous, non-ferrous and unwanted materials. The choice of the cement used is a critical factor as well because it affects the quality of the end product since MSWI bottom ash has particular physicochemical properties. The work in this PhD studies the advantages of using a sulfo-aluminate cement to valorize an improved 0/2 mm fraction of bottom ash that has been developed to be used in cementitious matrices. The first part presents the results of the mortar sample mixes containing bottom ash in a substitution by volume of the standard sand. To better highlight the effect of using a sulfo-aluminate (CSA), CSA mortars containing bottom ash were compared to a Portland cement (OPC) mortars, with substitution rates of 25 %, 50 %, 75 % and 100 % were used. A study of the porosity was then conducted at 90 days ; it shows that the pores larger to 50 nm are remarkably less present for CSA mortars. This thesis brings forward a major and innovative result : the level of alkalinity of the mortar plays an important role in the release of hydrogen gas after mixing and before setting. The presence of these gases creates large porosity in the hardened mortar samples. The second part studies the physical and microstructural aspects of the mortars after being immersed in aggressive environments : pure water and sulfate solution. The substitution rates used in this experiment were 50 % and 100 % by volume as well as the reference mortars with no bottom ash. These samples were then studied in the SEM which showed that CSA/bottom ash mortars were clearly less affected than the OPC/bottom ash mortars. This was highlighted by the porosity, the cracking and the depth of degraded zone

Dans le domaine du bâtiment, le développement des chapes flottantes est freiné du fait d'un relevage des angles, également appelé curling, qui conduit à des désordres dans les revêtements durs. Lors du séchage de la chape, un gradient d'humidité se forme dans l'épaisseur d ela chape. Il en résulte un retrait différentiel dans l'épaisseur qui provoque le curling. Il est donc proposé dans la thèse de considérer le curling comme une conséquence du retrait / gonflement qui caractérise tous les matériaux cimentaires. L'objectif du travail est de faire le lien entre les caractéristiques physiques du matériau formulé constitutif de la chape et les variations dimensionnelles qui se produisent que ce soit en configuration endogène ou non. L'utilisation conjointe des outils expérimentaux et de modélisation permet d'identifier les leviers matériaux permettant d'orienter la conception du matériau pour minimiser le curling. C'est dans ce cadre qu'une chape liquide autonivelante en ciment sulfo-alumineux est étudiée. Elle présente en effet de nombreux avantages et défis relevés dans ce travail. La mise au point et l'adaptation de techniques de caractérisation au très jeune âge (durant les premières 24h) sont un point fort de l'étude. Nous procéderons au suivi des déplacements verticaux de la surface de la chape avant 24h (mesurés par stéréo-corrélation), des déformations linéiques mesurées dès les début de la prise, au suivi de l'hydratation et de ses conséquences sur les propriétés physiques du matériau. La détermination de ces paramètres permet au niveau expérimental de caractériser la chape dès son coulage et apportent des données qui alimentent une approche de modélisation. Celle-ci s'inscrit dans le cadre de la théorie des milieux poreux dans lequel le couplage hydro-mécanique repose sur le mécanisme de couplage entre la pression capillaire et le degré de saturation du matériau. Les études expérimentales et numériques montrent que l'hydratation du matériau, le module d'élasticité et des distributions poreuses jouent un rôle majeur sur les cinétiques d'évolution des variations dimensionnelles. La mesure des variations volumiques fait apparaître une composante de gonflement. La nature de cette déformation est en adéquation avec ce qui est souvent écrit sur le sujet des liants ettringitiques. Néanmoins les mécanismes à l'origine du gonflement ne sont pas encore clairement identifiés dans la littérature. Il semble que la force motrice du gonflement soit liée à la pression de cristallisation d'après les observations au MEB environnemental et à l'évolution de la phase solide d'après la modélisation
In the area of the construction, the development of floating screeds in building is slowed down because of a lifting of angles, also called curling, which leads to disorders in hard coatings. The aim of the work is to link the physical characteristics of the formulated material of the screed and the volume variations that occur, whether in endogenous configuration or not, to minimize curling. The determination of these parameters allows on an experimental level to characterize the screed right from its casting and to give data for a modelling approach. This one is based on the theory of porous environments, where the hydro-mechanical coupling is based on the mechanism of coupling between capillary pressure and the degree of saturation of the material. A self-levelling and liquid screed of calcium sulfo-aluminate cement is studied. The development and the adaptation of techniques of characterizing during the very early age (during the first 24 hours) are a key point of the study. We will follow the vertical movements of the surface of the screed before 24 hours (measured by stereo-correlation), the lineic deformations right since the beginning, the hydration and its consequences on the physical properties of the material. The experimental and numerical studies show that the hydration of the material, the modulus of elasticity and the porous distributions play a major role on the kinetics of evolution of the dimensional variations. A swelling component has been showed. The driving force of the swelling is related to the crystallization pressure according to the observations in the environmental SEM and in the evolution of the solid phase according to the modelling