Water absorption of porous aggregates : measurement and consequences on cementitious materials mix-designs

Face à la pénurie de granulats alluvionnaires, l’utilisation de granulats issus de roches massives est devenue systématique pour la formulation de mortiers ou de bétons. Ainsi, la part des granulats concassés de roche massive a fortement augmenté lors de la dernière décennie alors que, pour des raisons normatives dans le domaine du recyclage, la part des granulats recyclés est amenée à le faire lors de la prochaine. La relation de ces granulats avec l’eau et, plus particulièrement, de leur fraction fine est beaucoup plus complexe que celle de leurs prédécesseurs, les granulats naturels alluvionnaires. Ces particules plus poreuses sont à même d’absorber des quantités d’eau plus importantes mais elles le font, par ailleurs, avec des cinétiques peu comparables. Pour contrôler l’absorption d’eau des granulats poreux, il est d’usage de compenser l’absorption des granulats au moment de la formulation après avoir caractériser les granulats. Cependant, l’angularité et la rugosité de surface des granulats recyclés imposent d’adapter les normes actuelles utilisées pour la caractérisation de granulats alluvionnaires. Dans ce travail de thèse, nous proposons de mettre en place différentes méthodes pour caractériser les granulats concassés et recyclés. Dans un premier temps, nous étudions la méthode consistant à déterminer l’absorption d’eau par séchage de granulats saturés et nous montrons que cette méthode est plus particulièrement adaptée dans le cas de granulats de morphologie anguleuse. En effet, nous montrons que la baisse du taux de séchage est bien associée au passage de l’évaporation inter-grains à l’évaporation de l’eau intra-grains et que cette méthode permet une bonne estimation de l’absorption de granulats fins poreux. Dans un second temps, nous montrons que l’étude de la perte de rhéologie d’un mortier, à travers des mesures d’étalement, permet de déterminer l’absorption d’eau de granulats poreux. Nous étendons, dans une deuxième partie, notre étude aux conséquences inhérentes à l’utilisation de ces granulats dans un nouveau matériau cimentaire. Nous observons, à l’aide de la spectrométrie RMN, les transferts d’eau de la pâte de ciment fraîche vers les granulats poreux. Nous observons que l’absorption d’eau de granulats recyclés peut être réduite dans une pâte de ciment fraîche par rapport à l’absorption dans l’eau pure. Nous montrons que le prétraitement thermique généralement imposé en laboratoire aux granulats recyclés impacte la microstructure par la déshydratation d’hydrates tels que les aluminates et les silicates de calcium. En présence de la solution interstitielle de la pâte de ciment, la réhydratation des anhydres peut amener à une précipitation de calcium dans la porosité qui limite l’absorption par colmatage des poresThe environmental threat on non-renewable resources such as rounded natural aggregates strongly affects the materials available for the production of mortar or concrete. This leads to an increase in the relative contribution of alternative resources such as recycled or crushed aggregates. The interaction of water with these inclusions, especially the finest sand particles, is far more complex than in the case of the standard rounded natural aggregates. These alternative particles are indeed able to absorb far more water with very different kinetics than their previous counterparts. In order to take into account aggregates water content and correct the resulting water absorption with the aim of always producing the same material with the same properties, it is usual to correct the amount of mixing water added in the mix-design. However, the traditional standard used to measure rounded aggregates water absorption is not suitable for crushed aggregates. We propose, as a first step, to develop tests allowing for the assessment of water absorption and its kinetics in the case of crushed and recycled sands. To achieve this, we measure rheology losses of mortars by slump flow test and drying kinetics of saturated porous aggregates. We show that these methods are suitable to determine water absorption of crushed or recycled aggregates. In the second phase, we study the consequences of the use of porous aggregates in a new cementitious material. We observe water transfers between aggregates and fresh cement paste using nuclear magnetic resonance. We measure a lower final water absorption in the fresh cement paste than in pure water. We show that oven-drying of recycled aggregates in laboratory can impact cement paste microstructure by hydrates dehydration like calcium silicates or calcium aluminates. The rehydration of anhydrous by interstitial solution of fresh cement paste involves calcium precipitation in the pores and this precipitation can reduce water absorption by clogging aggregates porosit