Literatura académica sobre el tema "Laitier de hauts fourneaux (LHF)"

Abstract L'élimination du mercure en solution aqueuse par le laitier des hauts fourneaux a été étudiée en système statique. L'influence de plusieurs paramètres, tels que la concentration initiale, la masse du matériau et sa granulométrie, et le temps de contact, a été mise en évidence. Il a été établi que l'élimination dépend de la concentration initiale du sorbat et de celle du sorbant. Les expériences ont été menées à pH 4 et selon les conditions opératoires, des taux d'élimination de 84 et 54 p. 100 ont été enregistrés pour les granulométries de 250 et 500 µm respectivement pour une masse de 0,5 g de sorbant. L'équilibre sorbant/sorbat a été bien décrit par le modèle cinétique du pseudo-second ordre et par le modèle d'adsorption de Langmuir. La capacité d'adsorption maximale du matériau, selon Langmuir, est de 87,72 µg/g. Selon les résultats obtenus, le laitier des hauts fourneaux peut constituer un support efficace pour l'élimination du mercure des eaux usées industrielles.

Le béton à ultra-hautes performances (BUHP) est un type relativement nouveau de composite à base de ciment aux propriétés mécaniques et de durabilité les plus exceptionnelles. Cette thèse traite de la possibilité de développer un BUHP à faible empreinte carbone avec un taux élevé de remplacement du ciment (jusqu'à 50 %) par du laitier granulé de haut fourneau moulu (LHF) et une faible teneur en fumée de silice (FS). Dans cette étude, le ciment est remplacé par du laitier à 30 % et 50 % en volume. Des laitiers de deux finesses différentes sont utilisés, avec des finesses Blaine de 420 m²/kg (SL1) et 700 m²/kg (SL2), respectivement, à un rapport eau/liant (E/L) constant de 0,16 pour tous les mélanges. Les effets de la finesse et du dosage du laitier sur le comportement à court et long termes des BUHP sont étudiés.Les résultats expérimentaux montrent qu'il est effectivement possible de produire des BUHP à base de SL2 avec un comportement similaire à celui des matériaux conventionnels à base de fumée de silice. Le remplacement partiel du ciment avec une faible teneur en laitier (30 %) réduit la demande en superplastifiant (SP) et accélère le processus d'hydratation et la prise. Avec une teneur élevée en SL1 (50 %), la teneur en SP augmente, ce qui retarde la réaction d'hydratation et la prise. Cependant, la maniabilité du BUHP contenant 50 % de SL2 a été considérablement améliorée. Un effet d'accélération a donc été observé. Les mélanges à base de SL2 (à un taux de remplacement de 30 %) présentent le retrait endogène le plus élevé. Les mesures de résistance à la compression indiquent qu'une teneur de 30 % en SL1 améliore légèrement la résistance à la compression du béton à 28 jours. En raison de sa réactivité relativement élevée, le SL2 augmente la résistance à la compression à 3 jours lorsqu'une faible teneur est utilisée. La résistance à la compression du mélange incorporant 50 % de SL2 était proche de celle du béton de référence après 28 jours d'hydratation. Les résultats montrent également que tous les BUHP testés ont une résistance à la traction par fendage supérieure à 6 MPa à 28 jours. La caractérisation de la microstructure a montré que tous les mélanges analysés ont une microstructure ultra-dense avec une porosité réduite. L'effet du laitier était plus visible à 30 % et 50 % de remplacement du ciment par du SL2 et avec la présence de particules de FS. Dans ce cas, la porosité de ces bétons a été extrêmement réduite et le réseau poreux est devenu plus fin, ce qui diminue leurs propriétés de transfert. À long terme, tous les mélanges présentent une durabilité très élevée car leurs matrices sont presque imperméables au dioxyde de carbone et aux chlorures.D'un point de vue environnemental, le remplacement partiel du ciment par du LHF réduit les impacts environnementaux des BUHP. Pour 1 m3 de BUHP, l'incorporation de 50 % de laitier superfin (SL2) réduit les émissions de CO2 d'environ 41 %, ce qui rend le SL2-50SF plus durable que le béton de référence à base de FS. Cependant, cette teneur élevée en SL2 augmente le coût de production de 15 % par rapport au mélange de référence
Ultra-High Performance Concrete (UHPC) is a relatively new type of cement-based composite with exceptional mechanical and durability properties. This work explores the possibility of developing a more sustainable UHPC with a high level of cement replacement (up to 50%) by ground granulated blast furnace slag (GGBS) and low silica fume (SF) content. In this study, cement is replaced by slag at 30% and 50% by volume. Slags of two different finenesses are used, with Blaine finenesses of 420 m²/kg (SL1) and 700 m²/kg (SL2), respectively, at a constant water-to-binder ratio (w/b) of 0.16 for all mixes. The effects of slag fineness and dosage on the early-age and long-term behaviour of UHPC are investigated.Experimental results show that it is indeed possible to produce SL2-based UHPCs with a behaviour similar to that of conventional silica fume-based materials. Partial replacement of cement with low slag content (30%) reduces the need for superplasticizer (SP), promotes the hydration process and accelerates setting. With high SL1 content (50%), the SP content increases, resulting in a delay in the hydration reaction and setting. However, the workability of the UHPC containing 50% of SL2 was significantly improved. An acceleration effect was therefore observed. The SL2-based mixes (at 30% replacement level) show the highest autogenous shrinkage. Compressive strength measurements indicate that a 30% SL1 content slightly improves the compressive strength of the concrete at 28 days. Due to its relatively high reactivity, SL2 increases the compressive strength at 3 days at a low level. The compressive strength of the mix containing 50% of SL2 was close to that of the reference concrete after 28 days of hydration. The results also show that all the UHPCs tested have a splitting tensile strength greater than 6 MPa at 28 days. The microstructure characterization showed that all the mixes analysed have an ultra-dense microstructure with reduced porosity. The effect of slag was more pronounced at 30% and 50% of SL2 replacement and with the presence of SF particles. In this case, the porosity of these concretes was extremely reduced and the overall pore network became finer, reducing their transfer properties. In the long term, all mixes show superior durability as their matrices are almost impermeable to carbon dioxide and chloride.From an environmental point of view, the partial replacement of cement with GGBS reduces the environmental impact of UHPC. For 1 m3 of UHPC, the incorporation of 50% of superfine slag (SL2) reduces CO2 emissions by about 41%, making SL2-50SF more sustainable than the SF-based reference concrete. However, this high SL2 content increases the production cost by 15%, compared to the reference mix

Ce travail a pour but le conditionnement des huiles tritiées et s’inscrit dans la problématique des déchets nucléaires sans filière de gestion. La stratégie consiste à directement conditionner des huiles minérales modèles dans des matrices alcali-activés (MAA), également fonctionnalisées avec un piégeur à hydrogène/tritium γ-MnO2/Ag2O. Géopolymères (GEO) et laitiers de hauts fourneaux (LHF) sont considérés comme MAA. En présence de tensioactifs, l’huile est émulsionnée avec succès (gouttelettes fines et homogènes) dans les deux types de MAA. Deux modes d’actions des tensioactifs sont observés agissant par: 1) réduction de la tension interfaciale ou 2) promotion d’interactions huile-particules. Le mécanisme 1 doit être favorisé si l’ouvrabilité des coulis est requise alors que le mécanisme 2 doit être ciblé afin de permettre un meilleur confinement de l’huile grâce aux interactions huile-particules. Après durcissement, des composites MAA-Huile sont obtenus. Il n’y a pas d’influence de l’huile et des tensioactifs sur la prise et le développement des propriétés mécaniques des MAA. Les principaux produits de réaction (C-A-S-H pour LHF et N-A-S-H pour GEO) ne sont pas impactés. Néanmoins, l’addition de tensioactifs entraîne une porosité plus importante à cause de la stabilisation de bulles d’air. Les composites MAA-Huile contenant 20%vol. d’huile ont tous des résistances en compression supérieures à 20 MPa, ce qui est plus que les 8 MPa requis par l’ANDRA. Globalement, en accord avec les observations aux états frais et durci, les GEO possèdent de meilleures performances pour l’immobilisation d’huile que les LHF. L’efficacité du piégeur γ-MnO2/Ag2O a été caractérisée dans les MAA par production d’hydrogène in-situ par irradiations gamma et corrosion du magnésium. Les deux types d’expérience s’accordent sur la meilleure performance de piégeage dans le GEO que dans le LHF. Cela s’explique par la présence d’espèces soufrés réductrices dans le LHF qui réagissent avec les oxydants constituant le piégeur. Finalement, des mesures de mouillabilité ont démontré que les huiles industrielles ont une excellente affinité pour le GEO, démontrant qu’une exposition longue durée à de l’infiltration d’eau ne délogera pas l’huile des composites MAA-Huile. Dans le contexte du traitement des déchets nucléaires, les GEO fonctionnalisés avec un piégeur γ-MnO2/Ag2O semblent être une option intéressante pour le stockage des huiles tritiées. Néanmoins, des études complémentaires doivent être menées au sujet du confinement de l’HTO, ce qui pourrait faire renaitre l’intérêt d’utiliser le LHF
This work deals with the conditioning of tritiated industrial oils in the context of nuclear wastes that are still deprived of an appropriate treatment solution. The strategy consists in directly conditioning model mineral oils in alkali-activated materials (AAM), additionally functionalized with a γ-MnO2/Ag2O hydrogen/tritium getter. Geopolymer (GEO) and alkali-activated blast furnace slag (AABFS) are considered as AAM. In the presence of surfactants, the oil was successfully emulsified (small and homogeneous droplets) in both types of AAM. Two surfactant mechanisms are distinguished acting by: 1) decreasing the interfacial tension or 2) promoting oil-particles interactions. Mechanism 1 should be favored if workability of fresh mixtures is required, while mechanism 2 should be targeted to provide a better confinement of oil owing to strong oil-particles interactions. After curing, AAM-OIL composites are obtained. There is no influence of the oil and surfactants on the setting time and strength development of AAM. The main reaction products (C-A-S-H in AABFS and N-A-S-H in GEO) are not impacted. However, the addition of surfactants leads to increased porosity of AAM due to air bubbles stabilization. AAM-OIL composites immobilizing 20%vol. of oil all have compressive strengths higher than 20 MPa, which is a more than the 8 MPa required from ANDRA. Overall, according to both fresh and hardened states observations, GEO exhibit higher performances for the immobilization of oil than AABFS. The efficiency of the γ-MnO2/Ag2O getter was assessed in AAM via in-situ hydrogen production by gamma irradiations or magnesium corrosion. Both types of experiments agree to the higher performances of the getter in GEO than in AABFS. This is explained by reducing sulfur species present in AABFS, which react with the oxidizing getter components. Finally, wetting measurements demonstrated that industrial oils have an excellent affinity for GEO, testifying that long-term water seepage is not likely to dislodge them from GEO-OIL composites. In the context of nuclear waste management, GEO functionalized with γ-MnO2/Ag2O getter appears as a promising option for disposal of tritiated oils. However, additional investigations of HTO confinement need to be performed that could renew the interest of using AABFS

Les cendres étudiées sont issues de la combustion de divers charbons et proviennent de la centrale thermique 250 MWe de Provence à Gardanne, la plus puissante des centrales LFC existant au monde aujourd’hui, et de la centrale thermique 52 MWh de Somedith à Marseille. Le comportement physique et mécanique des cendres de LFC étudiées, en présence d’eau, dépend essentiellement de leur composition chimique et minéralogique. En effet, le caractère fortement expansif présenté par la plupart de ces cendres est dû à la formation continue et importante, comme le montrent les résultats ATD, DRX et MEB, des phases gonflantes, ettringite, gypse et éventuellement hydroxyde de calcium, sans formation suffisante de phase liante C-S-H. Deux modèles simples, numérique et empirique, sont ensuite proposés pour prévoir ces comportements. Le premier modèle présente un calcul global et estimatif des produits d’hydratation formés et le second introduit un indice dit de réactivité IR, déterminé à partir des principaux constituants : SiO2, Al2O3, CaOtotale, SO3 et CaOlibre. Un traitement de préhydratation des cendres est proposé et permet d’éteindre la chaux libre et de former une partie de l’ettringite. Les transformations chimiques attendues se produisent bien, mais les propriétés physiques et mécaniques des pâtes de cendre ne sont pas améliorées pour autant. Un traitement alternatif pour la valorisation de ces cendres réside dans un mélange de ces cendres avec du laitier de haut fourneau vitrifié moulu. Les liants obtenus respectent les exigences de la nouvelle norme française des liants hydrauliques routiers NF P 15-108. Dans un tel liant spécial, ces cendres jouent un double rôle : activation et renforcement. Une méthode simple impliquant IR et le pourcentage de CaOlibre et de SO3 débouche sur une utilisation optimale des cendres et une prévision des résistances mécaniques maximales
The CFB ashes studied, resulting from the combustion of various coals, come from the 250 MWe Provence power station in Gardanne, the most powerful of CFB power stations existing in the world nowadays, and from the 52 MWth Somedith power station in Marseille. The physical and mechanical character of CFB ashes, in presence of water, depends essentially on their chemical and mineralogical composition. Indeed, the strongly expansive character presented by the majority of these ashes is due to the continuous and significant formation, as showed by the DTA, XRD and SEM results, of the expansive phases, ettringite, gypsum and possibly hydroxide of calcium, without sufficient formation of C-S-H. Two simple models, numerical and empirical, are then proposed to envisage these characters. The first model presents a global and estimated calculation of hydration products formed and the second introduces an index known as of reactivity IR, determined from the principal components: SiO2, AL2O3, CaOtotal S03 and free lime CaO. A treatment of CFB ashes by prehydration is proposed and allows to extinguish the quicklime and to form a part of ettringite. The awaited chemical conversions occur well, but the physical and mechanical properties of the pastes of ash are not much improved. An alternative treatment for CFB ashes valorization is by blend these ashes with a ground vitrified blast furnace slag. The binders obtained respect the requirements of the new French standard of road hydraulic binders NF P 15-108. In such a special binder, these ashes play a double role: activation and reinforcement. Even, a simple method proposed, implying IR and the percentage of free lime CaO and S03, leads to an optimal use of ashes and a forecast of the maximum strength

Le laitier granule de hauts fourneaux est un sous-produit de l'élaboration de la fonte composé d'oxydes de calcium, silicium, aluminium et magnésium sous forme vitreuse. Il est utilisé dans l'industrie cimentière en mélange avec le ciment portland. Dans le cas où le laitier constitue la totalité du liant, il doit nécessairement être activé pour développer des propriétés hydrauliques. Les travaux relatifs à la réactivité de ce type de systèmes sont peu nombreux et sujets à contreverses en particulier en ce qui concerne l'identification et les caractéristiques des produits formes. Dans le cadre de ce travail, l'activation du laitier a été étudiée par des solutions alcalines peu concentrées. L'évolution du système a été essentiellement analysée à partir de l'étude des concentrations ioniques en solution, de l'analyse thermogravimétrique des produits et de leurs caractéristiques structurales déterminées par spectroscopie infrarouge. Lors de l'activation alcaline il se forme des hydrosilicates de calcium hydrates incorporant d'autant plus d'aluminates que la solution est plus basique et de l'aluminate de calcium hydrate. L'identification des produits formes a pu être menée à bien grâce à la synthèse des produits purs susceptibles de se former dans les différentes conditions. La caractérisation de ces références a conduit à: préciser la structure des aluminates de magnésium hydrate ; ils ont une structure en feuillet dans laquelle les ions al#3#+ et mg#2#+ se répartissent de façon statistique dans les différents sites, montrer que les aluminates de calcium et de magnésium hydrate sont des composes définis et non des solutions solides d'aluminate de calcium hydrate et d'aluminate de magnésium hydrate, déterminer dans quels sites se localisaient les ions al#3#+ dans les silicates de calcium hydrate suivant la concentration en hydroxyde

Le laitier de hauts-fourneaux est un sous-produit de l’industrie sidérurgique utilisé comme ajout cimentaire. Ce verre aluminosilicaté riche en calcium (Ca) possède des propriétés hydrauliques latentes. Il permet la fabrication de ciments au laitier ayant une faible empreinte carbone et une bonne résistance aux milieux agressifs. L’objectif de cette thèse est, tout d’abord, d’étudier la structure vitreuse des laitiers et son impact sur les propriétés du matériau. Nous couplons des techniques chimiquement sélectives (XANES et EXAFS) à des techniques permettant une analyse moyenne du matériau (MEB, RPE, PDF) et complétons ces résultats expérimentaux par une modélisation. L’hydratation du laitier se fait par un mécanisme de dissolution-reprécipitation dans lequel le Ca joue un rôle prépondérant. Cet élément se trouve dans des environnements complexes et n’est pas réparti de façon aléatoire dans la structure vitreuse. Les sites du Ca forment un sous-réseau d’éléments modificateurs du réseau vitreux qui pourrait faciliter la dissolution du laitier. Suite à cela, nous étudions la spéciation du titane (Ti) dans les laitiers. Cet élément, présent de façon mineure dans la composition, a été rapporté industriellement comme ayant un impact néfaste sur la résistance mécanique des mortiers contenant des ciments au laitier. Le Ti se trouve majoritairement en coordinance 5 dans les laitiers et il stabilise leur structure vitreuse. Ceci pourrait conduire à une perte de réactivité du matériau et être à l’origine des baisses de performances observées industriellement. Des tests de résistance à la compression sont réalisés sur micro-mortiers
Blast-furnace slag is a by-product of steel industry used as a supplementary cementitious material. This calcium (Ca)-rich aluminosilicate glass has latent hydraulic properties. It can be used to make slag cements with low-carbon footprints and high resistances to aggressive environments.The objective of this thesis is, first, to study the glassy structure of slags and its impact on the properties of the material. We use chemically selective techniques (XANES and EXAFS), medium-range analysis (SEM, EPR, PDF) and complete these results with a simulation. The hydration of slag is based on a dissolution-reprecipitation mechanism in which Ca plays a significant role. This element is in complex environments and is not randomly distributed in the glassy structure. The Ca sites form a modifier sublattice which could make the dissolution of the slag easier.We, then, study the speciation of titanium (Ti) in the slags. This element is minimally present in the composition but according to industrial reports, it lowers the mechanical resistance of mortars containing slag cements. Ti is mainly five-fold coordinated and stabilizes the glassy structure. This could lead to a loss of reactivity of the material and cause the industrially observed performance deterioration. Compressive strength tests are performed on micro-mortars

Le gaz SiO dans le haut fourneau est émis principalement aux tuyères par réduction de la silice des cendres de coke. Il peut être ensuite réduit en silicium dans le métal et reoxydé en silice dans le laitier. Les réactions de ces deux familles sont étudiées dans un appareil comportant un générateur de SiO et une cellule de transfert vers des échantillons de fer et de laitier liquides.

Aujourd'hui, les problèmes environnementaux sont plus graves que jamais. Des mesures urgentes devraient être prises dans tous les domaines de l'activité humaine, y compris la construction. L'un des principaux contributeurs à l'impact négatif de cette industrie sur l'environnement est la fabrication du ciment Portland ordinaire (OPC) nécessaire à la production de béton et d’autres matériaux cimentaire. Malgré son importance, il présente un inconvénient important: sa production est accompagnée par de grandes quantités de gaz à effet de serre. Ils représentent 5 à 8% des émissions mondiales totales de CO2. Des matériaux cimentaires plus écologiques sont maintenant nécessaires.Des réductions significatives de l’impact sur l’environnement ne peuvent être obtenues que par l’utilisation de liants de nouvelle génération dont la fabrication ne nécessite pas beaucoup de processus et de traitements supplémentaires. L'une d'elles consiste à utiliser des déchets industriels comme liants (différentes laitiers, cendres volantes, cendres de biomasse, etc.). De cette manière, il y a non seulement une réduction de l'impact de processus tels que l'extraction minière ou la calcination, mais également le recyclage des déchets (un principe de l'économie circulaire).Une possibilité consiste à utiliser du laitier de haut fourneau (GGBS) comme base pour ce ciment de nouvelle génération. En raison de sa réactivité relativement faible avec l'eau, des suppléments (également appelés activateurs) doivent être utilisés pour favoriser le processus d'hydratation. Le carbonate de sodium (Na2CO3) est l’un des activateurs les plus prometteurs et en même temps les moins étudiés. Un tel ciment alkali-activé présente des propriétés mécaniques et de durabilité élevées, ainsi qu'une empreinte CO2 très faible. Parmi les principaux problèmes qui entravent son utilisation à l'échelle industrielle, on peut mentionner une évolution de la résistance lente à jeune âge et de rhéologie médiocre.L'objectif de la présente thèse est de développer une nouvelle conception du liant à base de laitier activé par Na2CO3, qui répondrait à toutes les exigences modernes du secteur de la construction, en particulier les propriétés rhéologiques et le développement de la résistance à jeune âge. Ce liant doit toujours répondre à au moins trois critères principaux: faible impact environnemental, faibles risques de danger dans les applications sur le terrain et être économiquement compétitif à l'échelle industrielle.Dans le présent travail, l’influence de différents paramètres tels que le rapport eau/liant, la concentration de Na2CO3, la finesse du laitier et les conditions de durcissement sur les propriétés du mélange à jeune âge et à long terme a été étudiée. Sur la base des résultats du processus d’hydratation, les additifs à base de phosphonate qui permettent de contrôler efficacement la rhéologie de tels liants ont été testé avec succès. Ils permettent non seulement de contrôler le temps de prise, mais fournissent également un effet plastifiant.En ce qui concerne l’amélioration des propriétés de résistance au jeune âge, différentes méthodes ont été utilisées. L’utilisation d’un traitement thermique ou d’une augmentation de la finesse du GGBS s’est avérée efficace. L’exploration des causes d’une longue période d’induction a montré que l’accélération pouvait également être obtenue par l’ajout d’une source de calcium à cinétique de dissolution contrôlée. En conséquence, le liant est devenu plus réactif et plus robuste à certains facteurs (concentration d’activateur, rapport eau/liant, conditions de durcissement, etc.). Pour compenser l'empreinte carbone supplémentaire de la source de calcium ajoutée, le liant a été dilué avec succès par le calcaire sans aucune dégradation des propriétés à un certain pourcentage de dilution
Today, environmental problems are more acute than ever. Urgent measures should be taken in all spheres of human activity including construction and civil engineering. One of the major contributors of negative environmental impacts from this industry is the manufacturing of ordinary Portland cement (OPC) required for concrete and other cementitious materials production. Although its importance to economical development, it has a significant drawback - its production is accompanied by the emission of large quantities of greenhouse gases. They account for 5-8% of total world CO2 emissions. More environmentally friendly cementitious materials are now required.Significant reductions of the environmental impact can be achieved only through the use of new-generation binders whose manufacture does not require a lot of additional processes and treatments. One route is through the use of industrial wastes as binders (different slags, fly ash, biomass bottom ash, etc.). In this way there is not only a reduction in the impact of processes such as mining or calcination, but also the recycling of waste materials (circular economy principle).One possibility is to use ground granulated blast furnace slag (GGBS) as the basis for such a new generation cement. Due to its rather low reactivity with water, additional supplements (also called activators) should be used to promote the hydration process. One of the most promising, and at the same time least studied, activators is sodium carbonate (Na2CO3). Such alkali-activated cements present high mechanical and durability properties, as well as a very low CO2 footprint. Among the main problems hindering its industrial scale adoption are their poor rheology and too slow strength gain within the first days of hardening.The objective of the present thesis is to develop a new binder based on Na2CO3 activated GGBS that would meet all the modern requirements of the construction industry, in particular regarding the rheological properties and early age strength development. In addition this binder should always respond to at least three main criteria: low environmental impact, low health and safety concerns in field applications, and be economically competitive at industrial scale.In the present work, the influence of different parameters like water/binder ratio, Na2CO3 concentration, slag fineness and curing conditions on both early age and long term properties of the mixture were studied. Based on the results of the hydration process analysis, phosphonate based additives that allow for the effective control of the rheology of such binders were successfully tested. They not only allow control over the setting time, but also provide a plasticizing effect.Regarding the improvement of early age strength properties, various methods have been used. The use of heat treatment or an increase of GGBS fineness turned out to be efficient. Exploring the causes of the long induction period has shown that acceleration can also be achieved by the addition of a calcium source with controlled dissolution kinetics. As a result, the binder became more reactive and robust against certain factors (activator concentration, Water/Binder ratio, curing conditions, etc.). To compensate for the additional carbon footprint from the added calcium source, the binder was successfully diluted by limestone without any degradation of the properties below some dilution percentages