Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

N° Ordre........../FSI/UMBB/2014 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIR

N° Ordre........../FSI/UMBB/2014 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE M’HAMED BOUGARA-BOUMERDES Faculté des Sciences de l’Ingénieur Mémoire de Magister Présenté par: Mr. BOUALI Khaled En vue de l’obtention du diplôme de MAGISTER en: Filière: Génie des Matériaux Option: Physique et Mécanique des Matériaux Elaboration et caractérisation thermomécanique des mortiers à base d’ajouts de déchets de briques réfractaires Devant le jury composé de: Mr. HAMIANE Messaoud Pr UMBB Président Mr. BENMOUNAH Abdelbaki Pr UMBB Examinateur Mr. SAFRI Abdelhamid MC/A USTHB Examinateur Mr. SAIDI Mohamed MC/A UMBB Encadreur Année Universitaire: 2013/2014 Table des matières 1 Table des matières TABLE DES MATIERES .................................................................................................................................... 1 LISTE DES TABLEAUX..................................................................................................................................... 4 LISTE DES FIGURES ......................................................................................................................................... 6 REMERCIEMENTS ............................................................................................................................................ 8 RESUME ............................................................................................................................................................... 9 INTRODUCTION GENERALE ....................................................................................................................... 12 PARTIE BIBLIOGRAPHIQUE........................................................................................................................ 15 CHAPITRE I: BIBLIOGRAPHIE SUR LES CIMENTS AUX AJOUTS....................................................................... 16 I.1. Historique ............................................................................................................................................. 17 I.2. Définition du ciment ............................................................................................................................ 18 I.3. Constituants du ciment........................................................................................................................ 18 I.4. Matières premières principales du ciment......................................................................................... 19 I.5. Matières auxiliaires.............................................................................................................................. 21 I.6. Ajouts cimentaires ............................................................................................................................... 22 I.6.1. Définition des ajouts cimentaires ................................................................................................ 22 I.6.2. Les ajouts cimentaires.................................................................................................................. 23 I.7. Définition du ciment portland............................................................................................................. 23 I.8. Etapes de fabrication du ciment portland ......................................................................................... 24 I.9. Composition chimique et minéralogique du clinker ......................................................................... 27 I.9.1. Composition chimique.................................................................................................................. 27 I.9.2. Composition minéralogique......................................................................................................... 28 I.10. Catégories des ciments....................................................................................................................... 29 I.10.1. Classification des ciments .......................................................................................................... 29 I.10.2. Types des ciments les plus courants.......................................................................................... 29 I.11. Caractéristiques du ciment ............................................................................................................... 31 I.11.1. Caractéristiques physico-chimiques.......................................................................................... 31 I.11.2. Caractéristiques chimiques........................................................................................................ 33 CHAPITRE II: LES MORTIERS ET LA VALORISATION DES DECHETS ............................................................... 34 II.1. Les mortiers ........................................................................................................................................ 35 II.1.1. Définition ..................................................................................................................................... 35 II.1.2. Constituants des mortiers........................................................................................................... 35 II.1.2.1. Le Liant ................................................................................................................................ 35 II.1.2.2. Le sable................................................................................................................................. 36 II.1.2.3. L’eau de gâchage ................................................................................................................. 38 II. 1.2.4. Les additifs .......................................................................................................................... 38 II.1.3. Différents types des mortiers ..................................................................................................... 42 II.1.3.1. Les mortiers de ciment........................................................................................................ 42 II.1.3.2. Les mortiers de chaux ......................................................................................................... 42 II.1.3.3. Les mortiers bâtards ........................................................................................................... 42 II.1.3.4. Mortier réfractaire .............................................................................................................. 43 II.1.3.5. Mortier rapide ..................................................................................................................... 43 II.1.3.6. Mortier industriel ................................................................................................................ 43 II.1.4. Classification des mortiers ......................................................................................................... 43 II.1.4.1. Classification générale des mortiers................................................................................... 43 II. 1.4.2. Classes des mortiers............................................................................................................ 45 II.1.5. Préparation des mortiers............................................................................................................ 45 II.1.6. Caractéristiques des mortiers .................................................................................................... 46 Table des matières 2 II.2. La valorisation des déchets................................................................................................................ 49 II.2.1. Introduction................................................................................................................................. 49 II.2.1.1. Des solutions écologiques et pérennes ................................................................................ 49 II.2.1.2. Le rôle actif de l’industrie du ciment et du béton............................................................. 49 II.2.1.3. Le maintien de la qualité..................................................................................................... 49 II.2.1.4. Un double bénéfice pour l’environnement ........................................................................ 49 II.2.2. Valorisation des déchets en Algérie........................................................................................... 50 II.2.2.1. Des métiers de l’environnement à apprendre ................................................................... 50 II.2.2.2. La part de responsabilité des industriels ........................................................................... 51 II.2.3. Les déchets inertes ...................................................................................................................... 51 II.2.3.1. Matériaux autorisés............................................................................................................. 51 II.2.3.2. Matériaux interdits.............................................................................................................. 52 II.2.3.3. Le recyclage.......................................................................................................................... 52 CHAPITRE III: LES MATERIAUX REFRACTAIRES ............................................................................................ 54 III.1. Historique.......................................................................................................................................... 55 III.2. Définition des produits réfractaires................................................................................................. 56 III.3. Différentes familles des produits réfractaires ................................................................................ 57 III.3.1. Les réfractaires façonnés .......................................................................................................... 57 III.3.2. Les réfractaires non-façonnés................................................................................................... 58 III.4. Différentes catégories des matériaux réfractaires.......................................................................... 58 III.5. Classification des produits réfractaires........................................................................................... 59 III.5.1. Selon la composition chimique ................................................................................................. 59 III.5.2. Selon la structure....................................................................................................................... 60 III.5.3. Selon la réfractérité................................................................................................................... 60 III.5.4. Selon la fabrication.................................................................................................................... 60 III.6. Briques réfractaires.......................................................................................................................... 60 III.6.1. Définition.................................................................................................................................... 60 III.6.2. Principaux types de briques réfractaires................................................................................. 61 III.7. Effet d’une source de chaleur sur les briques réfractaires............................................................ 63 III.8. Principe de fabrication des briques réfractaires............................................................................ 64 III.10. Réfractaires silico-alumineux ........................................................................................................ 65 III.10.1. Propriétés des réfractaires silico-alumineux......................................................................... 65 III.10.2. Caractérisation des réfractaires silico alumineux................................................................. 65 III.10.3. Brique réfractaire à base de bauxite...................................................................................... 67 III.10.3.1. La bauxite ......................................................................................................................... 67 III.10.3.2. Briques haute teneur en alumine à base de bauxite (HTA).......................................... 68 III.10.3.2.1. Caractéristiques des briques HTA ....................................................................................... 68 III.10.3.2.2. Microstructure des briques HTA ......................................................................................... 69 III.11. Réfractaires de magnésie................................................................................................................ 70 PARTIE EXPERIMENTALE ........................................................................................................................... 71 CHAPITRE IV: CARACTERISATION DES CONSTITUANTS................................................................................. 72 IV.1. Introduction....................................................................................................................................... 73 IV.2. Matériau ............................................................................................................................................ 73 IV.3. Caractérisation des constituants...................................................................................................... 73 IV.3.1. Ciment ........................................................................................................................................ 73 IV.3.2. Sable normalisé.......................................................................................................................... 74 IV.3.3. Eau de gâchage........................................................................................................................... 75 IV.3.4. Déchets de briques réfractaires ................................................................................................ 76 IV.3.4.1. Déchet de brique réfractaire magnésie-spinelle............................................................... 76 IV.3.4.2. Déchet de brique réfractaire haute teneur en alumine (HTA) ....................................... 78 CHAPITRE V: FORMULATION DES MORTIERS A BASE D’AJOUTS DE DECHETS DE BRIQUES REFRACTAIRES 80 V.1. Introduction ........................................................................................................................................ 81 Table des matières 3 V.2. Elaboration des différents mortiers .................................................................................................. 81 V.2.1. Composition du mortier.............................................................................................................. 81 V.2.2. Détermination de la quantité d’eau ........................................................................................... 81 V.2.3. Malaxage de mortier................................................................................................................... 82 V.2.4. Préparation des éprouvettes....................................................................................................... 82 V.3. Différentes formulations réalisées..................................................................................................... 83 V.3.1. Appellations des différentes formulations................................................................................. 83 V.3.2. Proportions des constituants de chaque formulation............................................................... 83 CHAPITRE VI: ETUDE DES PROPRIETES THERMOMECANIQUES DES DIFFERENTES FORMULATIONS............ 86 VI.1. Introduction....................................................................................................................................... 87 VI.2. Caractérisation des différents mortiers à l’état frais..................................................................... 87 VI.2.1. L’étalement ................................................................................................................................ 87 VI.2.2. La masse volumique .................................................................................................................. 87 VI.3. Caractérisation des mortiers à l’état durci..................................................................................... 89 VI.3.1. Résistances mécaniques à la flexion et compression............................................................... 89 VI.3.2. Discussion des résultats des essais de flexion et compression ................................................ 93 VI.3.2. Comportement thermique des différents mortiers ................................................................. 94 VI.3.2.1. But du traitement thermique............................................................................................. 94 VI.3.2.2. Méthodologie ...................................................................................................................... 94 VI.3.2.3. Variation de masses des éprouvettes en fonction de température.................................. 95 VI.3.2.4. Transformations physico-chimiques de la pâte de ciment durcie .................................. 95 VI.3.2.5. Analyse thermique différentielle et gravimétrique (ATD-TG)....................................... 97 VI.3.2.6. Interprétation des résultats d’analyse ATD-TG.............................................................. 99 VI.3.3. Analyse par diffractométrie des rayons X............................................................................. 100 VI.3.3.1. Interprétation des analyses par diffractométrie des rayons X ..................................... 102 CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES..................................................................................... 103 I. CONCLUSION GENERALE.................................................................................................................. 104 II. PERSPECTIVES...................................................................................................................................... 105 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ..................................................................................................... 106 Liste des tableaux 4 Liste des tableaux Tableau I.1: Composition chimique du gypse................................................................................................... 19 Tableau I.2: Teneurs moyennes des oxydes constitutifs du clinker................................................................ 28 Tableau I.3: Composition minéralogique du clinker. ...................................................................................... 28 Tableau I.4: Exigences chimiques définies en termes de valeurs caractéristiques des ciments courants.... 33 Tableau II.5: Différentes actions des adjuvants. .............................................................................................. 39 Tableau II.6: Dosages des mortiers. .................................................................................................................. 45 Tableau III.7: Différents types des produits réfractaires. ............................................................................... 59 Tableau III.8: Classes et masses volumiques des briques courantes. ............................................................. 61 Tableau III.9: Dimensions et résistances des briques. ..................................................................................... 62 Tableau III.10: Coefficient linéaire moyen (entre 20 à 1000°C). .................................................................... 67 Tableau III.11: Compostions de la bauxite calcinée suivant les sites d’extraction du minerai .................... 68 Tableau III.12: Composition chimique des briques HTA................................................................................ 68 Tableau III.13: Propriétés physiques des briques HTA. ................................................................................. 69 Tableau IV.14: Propriétés physiques du ciment de S-E-G. ............................................................................. 73 Tableau IV.15: Propriétés mécaniques du ciment de S-E-G........................................................................... 73 Tableau IV.16: Analyse minéralogique du ciment de S-E-G........................................................................... 74 Tableau IV.17: Analyse chimique du ciment de S-E-G. .................................................................................. 74 Tableau IV.18: Composition granulométrique du sable de référence CEN. ................................................. 74 Tableau IV.19: Caractéristiques physico-chimiques et organiques de l’eau de gâchage.............................. 76 Tableau IV.20: Analyse minéralogique d’eau utilisée...................................................................................... 76 Tableau IV.21: Analyse chimique de la brique réfractaire magnésie-spinelle avant son utilisation dans le four de cuisson clinker selon les normes DIN ou parallèlement aux normes DIN......................................... 77 Tableau IV.22: Analyse chimique du déchet de brique réfractaire magnésie-spinelle par FX.................... 77 Tableau IV.23: Caractéristiques physiques de la brique réfractaire magnésie-spinelle avant son utilisation dans le four de cuisson clinker selon les normes DIN ou parallèlement aux normes DIN............................ 77 Tableau IV.24: Analyse chimique de la brique réfractaire HTA avant son utilisation dans le four de cuisson clinker selon les normes DIN ou parallèlement aux normes DIN...................................................... 78 Tableau IV.25: Analyse chimique du déchet de brique réfractaire HTA par FX......................................... 78 Tableau IV.26: Caractéristiques physiques de la brique réfractaire HTA avant son utilisation dans le four de cuisson clinker selon la norme selon les normes DIN ou parallèlement aux normes DIN. ...................... 79 Tableau V.27: Différentes formulations en substituant le sable normalisé par le déchet de brique réfractaire magnésie-spinelle. ............................................................................................................................ 83 Tableau V.28: Différentes formulations en substituant le ciment par le déchet de brique réfractaire magnésie-spinelle................................................................................................................................................. 84 Tableau V.29: Différentes formulations en substituant le sable normalisé par le déchet de brique réfractaire HTA................................................................................................................................................... 84 Tableau V.30: Différentes formulations en substituant le ciment par le déchet de brique réfractaire HTA. .............................................................................................................................................................................. 85 Tableau VI.31: Masses volumiques des différents mortiers............................................................................ 88 Tableau VI.32: Résultats des essais mécaniques sur les mortiers en substituant le sable normalisé par le déchet de brique réfractaire magnésie-spinelle. ............................................................................................... 89 Tableau VI.33: Résultats des essais mécaniques sur les mortiers en substituant le ciment par le déchet de brique réfractaire magnésie-spinelle. ................................................................................................................ 90 Tableau VI.34: Résultats des essais mécaniques sur les mortiers en substituant le sable normalisé par le déchet de brique réfractaire HTA. .................................................................................................................... 91 Liste des tableaux 5 Tableau VI.35: Résultats des essais mécaniques sur les mortiers en substituant le ciment par le déchet de brique réfractaire HTA. ..................................................................................................................................... 92 Tableau VI.36: Variations de masse des éprouvettes ayant subi un traitement thermique. ........................ 95 Tableau VI.37: Pertes de masse des éprouvettes ayant subi un traitement thermique................................. 95 Liste des figures 6 Liste des figures Figure I.1: Différents types d’ajouts cimentaires. ............................................................................................ 22 Figure I.2: Schéma de fabrication du ciment portland selon les différentes voies. ....................................... 24 Figure I.3: Broyeur sécheur à boulets. .............................................................................................................. 25 Figure I.4: Schéma descriptif des différentes phases de cuisson.................................................................... 26 Figure I.5: Grains polycristallins d'un ciment anhydre (image obtenue par microscopie uploads/Industriel/ bouali-khaled.pdf