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Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
UMR 7590 - Sorbonne Université/CNRS/MNHN/IRD

Soutenance de thèse de Domitille Le Cornec

Domitille Le Cornec, doctorante dans l'équipe Propriétés des amorphes, liquides et minéraux soutient sa thèse le mercredi 18 décembre 2019 à 10 h.

IMPMC - Sorbonne Université - 4 place Jussieu, 75005 Paris, tour 23, 4e étage, couloir 22-23, salle 401

 

Étude de la structure des laitiers vitrifiés de hauts-fourneaux et de leur réactivité à l'eau en milieu basique

Résumé

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.


Mots-clés : laitier de hauts-fourneaux ; matériaux cimentaires ; verre ; structure ; aluminosilicates de calcium ; titane.

Abstract


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.

 

Jury

  • Pr. David BULTEEL - Rapporteur
  • Pr. Grant HENDERSON - Rapporteur
  • Pr. Corinne CHANÉAC  - Examinatrice
  • Dr. Angélique VICHOT - Examinatrice
  • Dr. Laurence GALOISY - Directrice de thèse
  • Dr. Horacio COLINA - Directeur de thèse industriel
  • Pr. Georges CALAS - Invité
  • Dr. Laurent IZORET - Invité

Cécile Duflot - 26/11/19

Traductions :

    Zoom Science - La glace d’ammoniac est-elle stable à l’intérieur de Neptune ? - Septembre 2019

    La molécule d’ammoniac (NH3) est peu abondante sur Terre à l’état naturel, mais son rôle important dans l’industrie chimique, notamment pour la fabrication d’engrais, explique qu’elle soit produite massivement à plus de 100 Mt par an. Sa synthèse, via le procédé Haber, repose sur la réaction du diazote...

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