Adsorption, lubrification et interactions de contact dans les pâtes denses ciment-polymère

1. Adsorption, lubrification et interactions de contact dans les pâtes denses ciment-polymère Hélène Lombois1,2, Jean-Louis Halary1, Henri van Damme1, Pierre Colombet†2 (1) Ecole Supérieure de Physique et Chimie Industrielles, ESPCI, 10 rue Vauquelin, 75231 Paris cedex 5, France (2) CTG Italcementi Group, Les Technodes, 78931 Guerville cedex, France

2. Stratégie de l’étude • Pâtes granulaires denses • milieux intermédiaires entre suspensions colloïdales floculées et • milieux granulaires secs • pouvant présenter un comportement dilatant • des chaînes de contacts  blocage sous écoulement •  introduction de polymère pour atténuer ces effets • action dispersante ou floculante • épaississement de la solution interstitielle • lubrification des contacts • Étude : • importance relative épaississement / lubrification • influence de l’adsorption du polymère

3. Matériaux • Constituants Descripteur • ciment Portland c • eau E/C • polymère P/C P/E : concentration en polymère du fluide dispersant PA : polymère acrylique, s ’adsorbe en mono-couche POE : PolyOxyEthylène, ne s’adsorbe pas

4. Nf Rhéologie de cisaillement : méthode expérimentale • Préparation de la pâte • mélange ciment et solution de polymère pendant 3min • au mélangeur à ailettes • formulations de P/E donné (rhéologie du fluide interstitiel • fixée) et c variable • Rhéomètre à contrainte imposée avec capteur de force normale • Géométrie plan/plan (diamètre=40mm, entrefer=1700µm) • plateaux striés  pas de glissement • pas de pré-cisaillement • mesure 10min après début du mélange • 3min de repos puis rampe de contrainte • (8.10-3-7950 Pa en 15min)

5. Rhéofluidification et dispersion Suspensions et pâtes de PA (adsorption) Suspensions et pâtes de POE (pas d’adsorption) Action dispersante du polymère  plateau newtonien : newt Pas d’action dispersante du polymère  défloculation sous cisaillement : plat

6. Épaississement et lubrification Suspensions et pâtes de PA (adsorption) Suspensions et pâtes de POE (pas d’adsorption) Inversion des tendances entre faible et fort c : compétition épaississement / lubrification C’est toujours le niveau de viscosité du fluide dispersant (l’épaississement) qui prime

7. Épaississement et lubrification • Viscosité relative : • Taux interfacial de polymère actif : e*pactif • = (épaisseur de la couche fluide séparant • les particules) * ( fraction volumique de • polymère dans le fluide dispersant) • Lubrification hydrodynamique • Deux régimes

8. couronne soumise au rhéo-épaississement r disque de pâte de comportement newtonien Frottement glissant  loi de Coulomb : Rhéo-épaississement et blocage Bosse de viscosité pour pâtes pures, de PA ou de POE  dilatance engendrant une friction entre structures particulaires = newtonien+ friction avec

9. Rhéo-épaississement et blocage Valeur de µ élevée, indépendante de e*pactif  frottement ‘sec’ (liquide interstitiel expulsé) influence adsorption polymère ? Corrélation linéaire entre Ft et Nf  loi de Coulomb avec coefficient de frottement dynamique µ

10. Conclusion Adsorption du polymère :  action dispersante  matériau newtonien à faible , frottement granulaire régi par lubrification hydrodynamique, peut excéder la contribution hydrodynamique volumique, provoquant une inversion de comportement Pas d’adsorption du polymère :  particules non-dispersées, défloculation sous cisaillement  à faible , frottement granulaire régi par lubrification hydrodynamique, mais n’excède pas la contribution hydrodynamique volumique car une partie des contacts est immobilisée dans les flocs Gradient de cisaillement plus élevé :  rhéo-épaississement  friction entre contacts secs (fluide interstitiel expulsé) sous effet dilatance