Optimisation d'un géopolymère à base de laitier et de metakaolin pour la rélisation d'un béton de structure

Ce travail concerne le comportement des bétons géopolymères formulés à base de laitier et de métakaolin en utilisant une solution de silicate de sodium comme activateur. La première partie de l’étude s’attache à l’optimisation de la formulation du ciment géopolymère. Pour atteindre cet objectif, un mortier Portland de référence et vingt-quatre mortiers géopolymères ont été développés en faisant varier le rapport massique Laitier/Métakaolin (25/75, 50/50, 75/25) et le rapport molaire SiO2/Na2O, noté RM, des solutions alcalines (RM compris entre 1,0 et 2,0). Les mortiers ont été caractérisés à l’état frais (ouvrabilité et temps de prise) ainsi qu’à l’état durci en termes de résistances mécaniques à la flexion et à la compression, module d’élasticité dynamique et porosité. Les résultats ont montré que le liant géopolymère composé de 50/50 Laitier/Métakaolin avec un rapport molaire RM de 1,8 permet d’obtenir un mortier plus résistant que le mortier de référence tout en assurant une bonne ouvrabilité et une excellente stabilité à l’efflorescence. La deuxième partie du travail porte sur l’étude des performances des bétons géopolymères synthétisés avec le liant optimisé dans la première partie de la thèse. De plus, l’effet des conditions de cure ainsi que l’influence de l’incorporation des granulats recyclés sur les performances de ces bétons ont été évalués. En effet, trois modalités de cure ont été choisies, 20°C et 50% HR, 20°C et 90% HR ainsi qu’une immersion totale dans l’eau à 20°C. Quant à la valorisation des granulats recyclés, trois taux de substitution volumique ont été sélectionnés, à savoir 10, 30 et 50%. Pour tous les matériaux, les propriétés à l’état frais et les performances physiques et mécaniques à l’état durci ont été étudiées. Les résultats obtenus montrent que le durcissement dans un environnement de faible humidité relative conduit à l’obtention de faibles performances physiques et mécaniques en comparaison avec le durcissement à une humidité relative élevée et en immersion totale dans l’eau. En ce qui concerne la valorisation des granulats recyclés, il a été montré que leur introduction induit une diminution de la résistance à la compression et à la traction. En revanche, à des faibles taux de substitution (inférieure à 30%), des performances rhéologiques et mécaniques acceptables sont obtenues.Les résultats expérimentaux du présent travail ainsi qu’un nombre considérable des résultats rapportés dans la littérature ont permis d’évaluer la fiabilité des équations empiriques développées pour la prédiction des propriétés mécaniques des bétons Portland. Pour la prédiction de la résistance à la traction des bétons géopolymères, l’équation proposée pour les bétons Portland reste applicable. Par contre, une nouvelle équation a été proposée pour la prédiction du module d’élasticité.