Scorie de haut fourneau granulée broyée (GGBFS)
INTRODUCTION
La scorie de haut fourneau granulée broyée (GGBFS) est utilisée depuis de nombreuses années comme un matériau cimentaire complémentaire dans le béton à base de ciment Portland, soit comme un adjuvant minéral, soit comme un composant de ciment mélangé.
L'utilisation de GGBFS dans le ciment Portland est régie par AASHTO M302.(1) Trois types de ciments à base de scorie granulée broyée sont généralement fabriqués. Ils comprennent le ciment Portland tel que couvert par AASHTO M85(2), le ciment à base de scorie de haut fourneau Portland (type de ciment mélangé IS), et le ciment à base de scorie (type de ciment à base de scorie S) conformément à AASHTO M240.(3)
L'utilisation de GGBFS comme remplacement partiel du ciment Portland tire parti de l'énergie investie dans le processus de fabrication de la scorie et de ses avantages correspondants en ce qui concerne les propriétés cimentaires améliorées de la scorie. Le broyage de la scorie pour le remplacement du ciment nécessite seulement environ 25 pour cent de l'énergie nécessaire pour fabriquer du ciment Portland.
BILAN DE PERFORMANCE
Quatre agences d'État seraient en train d'étudier l'utilisation de GGBFS comme matériau cimentaire complémentaire (Floride, Maryland, New Hampshire et Oregon).(5) Au moins 11 États (Delaware, Floride, Indiana, Maryland, Massachusetts, Michigan, New Hampshire, Caroline du Nord (utilisation limitée sur une base expérimentale), Pennsylvanie, Caroline du Sud et Virginie) ont actuellement des spécifications couvrant l'utilisation de GGBFS comme remplacement partiel du ciment Portland. Certaines agences ont signalé des problèmes de durabilité (résistance à l'écaillage dû au sel) avec du béton exposé contenant de la scorie de haut fourneau lorsque la quantité de ciment à base de scorie dépasse environ 25 pour cent du ciment total.(6)
L'Environmental Protection Agency (EPA) a recommandé qu'à partir du 1er mai 1995, les agences d'approvisionnement incluent spécifiquement une disposition dans tous les contrats de construction pour l'utilisation de GBBFS, si approprié. (7)
EXIGENCES DE TRAITEMENT DES MATÉRIAUX
Déshydratation
L'humidité dans la scorie de haut fourneau, qui se produit dans le processus de granulation ou dans la scorie pelletisée, doit être éliminée par séchage avant l'utilisation de GGBFS comme additif au ciment Portland ou comme adjuvant minéral au béton à base de ciment Portland.
Broyage
Le traitement pour une utilisation comme matériau cimentaire complémentaire nécessite le broyage de la scorie, généralement en utilisant la même installation ou un équipement similaire que pour la production de ciment Portland.
PROPRIÉTÉS D'INGÉNIERIE
Certaines des propriétés d'ingénierie de GGBFS qui sont d'un intérêt particulier lorsque la scorie de haut fourneau est utilisée comme matériau cimentaire complémentaire dans le béton à base de ciment Portland incluent la réactivité hydraulique de la scorie et sa finesse.
Réactivité hydraulique : Selon le processus de trempe, la structure de la scorie de haut fourneau pelletisée peut varier de cristalline (trempe lente) à vitreux (trempe rapide). Une trempe rapide est importante si des propriétés cimentaires doivent être atteintes. La composition chimique de GGBFS utilisée dans le béton à base de ciment Portland doit également respecter les limitations de contenu en soufre et en sulfate décrites dans AASHTO M302.(11)
Finesse : Le laitier de haut fourneau granulaire est un matériau granulaire vitreux, et sa distribution de particules, sa forme et sa taille de grain varient, en fonction de la composition chimique et de la méthode de production, allant de particules friables semblables à du pop-corn à des grains denses de taille de sable. Le laitier de haut fourneau pelletisé, par rapport au laitier de haut fourneau refroidi à l'air et au laitier de haut fourneau expansé, a une texture relativement lisse et une forme arrondie. Le broyage réduit la taille des particules à une finesse de ciment pour une utilisation en tant que ciment hydraulique, qui est généralement inférieure à 3500 cm2/g.(8)
Certaines des propriétés des mélanges de béton contenant du GGBFS qui sont d'un intérêt particulier lorsqu'il est utilisé comme remplacement partiel du ciment incluent le développement de la résistance, la maniabilité, la chaleur d'hydratation, la résistance à la réactivité alcali-agrégat, la résistance à l'attaque des sulfates et l'écaillage par le sel.
Développement de la résistance : Le béton contenant du GGBFS développe une résistance à un rythme quelque peu plus lent que le béton contenant uniquement du ciment Portland, mais peut finalement développer une résistance équivalente. Cela peut être une préoccupation lorsque le développement précoce de la résistance est important (construction par étapes où la première structure doit développer une résistance avant que la seconde structure puisse être placée). Les basses températures (temps froid) ont généralement un impact plus défavorable sur le développement de la résistance avec le béton contenant du GGBFS que le béton contenant uniquement du ciment Portland.
Maniabilité : Le béton contenant du GGBFS comme remplacement partiel du ciment a une maniabilité durable plus longue et une faible perte de fluage pendant la construction par temps chaud.
Chaleur d'hydratation : Le béton contenant du GGBFS présente une chaleur d'hydratation inférieure à celle du béton conventionnel en ciment Portland.
Réactivité alcali-agrégat : L'utilisation de GGBFS comme remplacement partiel du ciment Portland peut réduire les alcalis disponibles et peut réduire la réaction entre certains composants siliceux des granulats de béton et les alcalis dans le béton.(9)
Résistance aux sulfates : L'utilisation de GGBFS comme remplacement partiel du ciment confère au béton une résistance modérée à l'attaque des sulfates.(10)
Écaillage par le sel : Le béton contenant de fortes concentrations de GGBFS peut être susceptible à l'écaillage par le sel (la perte de couches superficielles de mortier de ciment lors de cycles répétés de gel-dégel). En raison de ce problème, certaines agences limitent la quantité de laitier dans un mélange de béton en ciment Portland à 25 pour cent du poids total du ciment.(6)
CONSIDÉRATIONS DE CONCEPTION
Conception du mélange
Les recommandations de proportionnement les plus fréquemment utilisées pour l'utilisation de GGBFS dans les conceptions de mélanges de béton sont couvertes dans ACI 226.1R.(11) Certaines agences exigent qu'un test d'écaillage par le sel soit également effectué pour certains mélanges de béton soumis à des sels de déneigement.(6,12)
Conception structurelle
Les méthodes de conception structurelle conventionnelles AASHTO pour les pavés sont appropriées pour les mélanges de béton contenant du GGBFS.
PROCÉDURES DE CONSTRUCTION
Manutention et stockage des matériaux
Le GGBFS (ou le ciment contenant du GGBFS) est manipulé et stocké comme le ciment Portland conventionnel.
Mélange, placement et compactage
Le même équipement et les mêmes procédures utilisés pour le béton en ciment Portland conventionnel peuvent être utilisés pour doser, mélanger, transporter, placer et finir le béton contenant du GGBFS.
Durcissement
Le développement de la résistance du béton contenant du GGBFS peut nécessiter que l'humidité soit conservée dans le béton pendant une période plus longue que ce qui est normalement requis pour le béton conventionnel. La planification de la construction des pavés doit permettre un temps adéquat pour le gain de résistance spécifié avant le placement des charges de trafic, le début des cycles de gel-dégel et l'application des sels de déneigement.
Contrôle de la qualité
Les mêmes procédures de contrôle de la qualité utilisées pour le béton conventionnel à base de ciment Portland peuvent être utilisées pour le béton contenant du GGBFS.
