Formulation, microstructure, durabilité et comportement mécanique du béton à base de sable de carrière combiné au sable alluvionnaire

The aim of this work is to reduce the overexploitation of river sand by proposing a combination of crushed sand and river sand to develop an optimal mix design for concrete. The approach used in this thesis consisted of a physical, chemical and mineralogical characterization of aggregates from three quarries located in Yaoundé (Cameroon), as well as alluvial sand (from the Sanaga river). Concretes and mortars were formulated by substituting 100%, 90%, 80%, 70%, 50% and 0% of the river sand with crushed sand. The physical and mechanical characterization of the concretes and mortars were carried out, as well as tests of the properties relating to durability. These tests on mortars and concretes were completed by a mineralogical and microstructural analysis using X-Ray Diffraction (XRD) analysis, Thermogravimetric Analysis (TGA) and Scanning Electron Microscope (SEM) examinations. The results showed that the concrete made of crushed sand only has a higher drying shrinkage at a young age compared to the river sand concrete. Compared to conventional concrete (based on 100% river sand), the concrete with 50% crushed sand reduces its slump value, has a lower porosity, and has a compressive strength value of 26.3 MPa at 28 days, which is very similar to that of conventional concrete (26.7 MPa). Moreover, it was found that the strength of the concrete increased by 14.4% and 20.6%, respectively, for concrete without crushed sand (BSR0) and concrete with 50% crushed sand (BSR50) by increasing the time of hardening from 28 to 90 days. The static modulus of elasticity for conventional concrete BSR0 and BSR50 concrete with 50% crushed sand at 90 days was 23.7 GPa and 21.8 GPa, respectively. The results also showed that ettringite, CSH and portlandite contents are similar in tested mortars, while a slight difference of carbonation appeared with a lower carbonation in crushed sand mortars. The research showed that the combination of crushed sand with alluvial sand makes it possible to produce concretes with satisfactory properties. Thus, combining crushed sand with alluvial sand is a good method to reduce the depletion of alluvial sands in Cameroon. Thus, the combination of crushed sand and alluvial sand is a good method to reduce the rate of depletion of alluvial sands in Cameroon.L'objectif de ce travail est de réduire la surexploitation du sable de rivière en proposant une combinaison de sable concassé et de sable de rivière pour développer une conception optimale du mélange pour le béton. La méthodologie adoptée dans cette thèse a consisté à faire une caractérisation physico-chimique et minéralogique des granulats de trois carrières situées dans la ville de Yaoundé (Cameroun), ainsi que d’un sable de rivière (la Sanaga). Des bétons et des mortiers ont été formulés en substituant le sable de rivière par un sable concassé dans les proportions suivantes : 100 %, 90 %, 80 %, 70 %, 50 % et 0 %. Des essais de caractérisation physico-mécanique et l’analyse des propriétés relatives à la durabilité ont été réalisés sur les bétons et mortiers formulés. Ces essais sur mortiers et bétons ont été complétés par une étude minéralogique et microstructurale à l'aide d'analyses par Diffraction des Rayons X (DRX), d’Analyse Thermogravimétrique (ATG) et d’observation au Microscope Electronique à Balayage (MEB). Les résultats ont montré que le béton confectionné avec du sable concassé présente un retrait à sec au jeune âge plus élevé que le béton de sable de rivière. Comparativement au béton de sable de rivière testé, le béton avec 50 % de sable concassé testé présente un affaissement plus faible. Il a une porosité plus faible et une résistance à la compression de 26,3 MPa à 28 jours, très proche de la résistance à la compression du béton de sable de rivière testé qui est de 26,7 MPa. De plus, il a été constaté qu’entre 28 et 90 jours, la résistance à la compression du béton testé augmente de 14,4 % et 20,6 %, respectivement pour le béton sans sable concassé (BSR0) et le béton avec 50 % de sable concassé (BSR50). Le module d'élasticité statique pour le béton de sable de rivière et le béton avec 50 % du sable concassé à 90 jours était de 23,7 et 21,8 GPa, respectivement. Les résultats ont également montré que les teneurs en ettringite, CSH et portlandite sont similaires dans les mortiers testés, tandis qu'une légère différence de carbonatation est apparue avec une carbonatation moins prononcée dans les mortiers de sable concassé. L’étude a montré que la combinaison du sable concassé avec le sable alluvionnaire permet de confectionner des bétons de propriétés satisfaisantes. Ainsi, la combinaison de sable concassé et de sable alluvial est une bonne méthode pour réduire la vitesse d'épuisement des sables alluvionnaires au Cameroun