Stabilité des mousses de ciment : lien avec les propriétés rhéologiques de la pâte de ciment

Les mousses de ciment presentent d'interessantes proprietes : une faible densite, une faible consommation de matiere premiere et une bonne resistance thermique. Certaines proprietes finales de la mousse dependent de sa morphologie. Pour mieux comprendre cette dependance, on veut creer des echantillons de mousse de ciment avec une structure bien controlee. On cree des echantillons de mousses de ciment composes de bulles de meme taille, en choisissant la quantite d'air, de ciment, d'eau et de tensioactif. Pour ce faire, on melange d'une part une mousse aqueuse de morphologie controlee, stabilisee par des tensioactifs, et d'autre part une pâte de ciment. Le but de cette these est d'etudier comment conserver cette structure jusqu'a la prise du ciment. Tout d'abord, nous etudions d'interaction entre tensioactifs et pâte de ciment. Certains tensioactifs ne sont pas compatibles avec la solution alcaline presente dans la pâte de ciment et ne permettent pas de produire une mousse dans ces conditions. Parmi les tensioactifs compatibles avec la solution interstitielle de ciment, certains s'adsorbent sur les grains de ciment. Cette adsorption change les interactions entre grains de ciment et par consequent, la contrainte seuil de la pâte. A faible concentration en tensioactif, la monocouche de molecules adsorbee rend les grains de ciment hydrophobes, ce qui produit une attraction hydrophobe entre grains et une augmentation de la contrainte seuil de la pâte. A forte concentration en tensioactif, les micelles adsorbees engendrent une repulsion sterique entre les grains de ciment et une chute de la contrainte seuil. Dans un deuxieme temps, nous etudions l'effet des bulles d'air sur la contrainte seuil d'une pâte de ciment aeree, lorsque celle-ci contient moins de 40% d'air. Les mesures sont normalisees par la contrainte seuil de la pâte interstitielle afin d'etre comparees a la litterature. Lorsque le tensioactif utilise s'adorbe peu sur les grains de ciment, les resultats sont semblables a ceux de la litterature obtenus sur des fluides a seuil modeles. En revanche, lorsque le tensioactif utilise a une grande affinite avec les grains de ciment, la contrainte seuil normalisee est bien au-dessus des predictions. Notre hypothese pour expliquer ce resultat est une modification des proprietes de surface des bulles a cause de l'adsorption des grains de ciment rendus partiellement hydrophobes par le tensioactif. Ensuite, nous nous focalisons sur la stabilite des mousses de ciment avant la prise, pour une fraction d'air de 83%. On s'interesse tout d'abord a trois series de mesures, en gardant pour chacune le rapport eau-sur-ciment et la taille des bulles constante. Pour chacune des trois series, seule la contrainte seuil de la pâte de ciment est changee par l'addition de superplastifiant ou d'une grande quantite de tensioactif anionique. On obtient alors un resultat inattendu : la meilleure stabilite est observee pour des tailles de bulles relativement faibles. La comparaison avec les mesures des proprietes rheologiques de la mousse fait penser que la bonne stabilite aux faibles contraintes seuil est due a la reorganisation des grains de ciment en un reseau granulaire plus dense. Pour aller plus loin sur l'etude de la stabilite des mousses, nous avons ensuite fait varier la taille des bulles, la rapport eau-sur-ciment et la quantite de tensioactif. Nous avons pu definir un critere de stabilite pour l'ensemble de ces mousses qui depend de la contrainte seuil interstitielle de la pâte de ciment confinee par les bulles et de la taille des bulles. Pour finir, nous mesurons la resistance en compression de mousses de ciment et leur vitesse d'imbibition afin de correler ces proprietes a leur structure