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ACTION DE LHYDROXYDE DE LITHIUM EN COMPARAISON
AVEC LA SOUDE ET LA POTASSE SUR LA REACTION
ALCALI-SILICE
D. BULTEEL, E. GARCIA-DIAZ et P. DEGRUGILLIERS
Laboratoire de génie civil et environnemental de
lEcole Nationale Supérieure des Techniques
Industrielles et des Mines Douai, France
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OBJECTIF
? Le but de cette étude est daméliorer la
compréhension du rôle du lithium sur le mécanisme
daltération de la Réaction Alcali-Silice

• Une méthode chimique développée au laboratoire
  permet des mesures quantitatives
• ? de variables davancement spécifiques à la RAS
  sur un granulat réactif
• ? des espèces alcalines
• Etude comparative dans les mêmes conditions mais
  avec trois cations différents Na , K et Li

La réaction a été réalisé à 80C sur trois
milieux réactionnels modèles constitués par un
granulat réactif, de la portlandite et une
solution 1/ NaOH 2/ KOH 3/ LiOH
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MECANISME CHIMIQUE DE LA RAS
? ETAPE 1 formation de sites Q3
Q4
Q3
? ETAPE 2 dissolution de la silice
Q3
Q0
? Précipitation des ions siliceux
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DEFINITION DES VARIABLES DAVANCEMENT
? Formation de sites Q3 (étape 1)
? Dissolution de la silice (étape 2)
Mais aussi des paramètres des espèces alcalines
- basicité - concentration en ions
hydroxyles - teneur en portlandite consommée
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MATERIAUX
Microscopie optique en lumière transmise
polarisée analysée
? Le matériau était un granulat réactif de type
silex provenant du Nord de la France
? La valeur initiale de sites Q3 dans le
granulat est proche de 0,07 moles de sites Q3 par
moles de silice initiale
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EVOLUTION DE LA FRACTION MOLAIRE DE Q4
Conditions 80C 1 g silex 0,16-0,63 mm 0,5 g
Ca(OH)2 10 ml à 0,79 mol/l de - KOH - NaOH -
LiOH

• Forte consommation des Q4 pour KOH et NaOH
• Faible consommation des Q4 avec LiOH

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EVOLUTION DE LA FRACTION MOLAIRE DE Q3
Conditions 80C 1 g silex 0,16-0,63 mm 0,5 g
Ca(OH)2 10 ml à 0,79 mol/l de - KOH - NaOH -
LiOH

• Création importante des sites Q3 pour KOH et NaOH
• Faible création de sites Q3 avec LiOH

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EVOLUTION DE LA FRACTION MOLAIRE DE Q0
Conditions 80C 1 g silex 0,16-0,63 mm 0,5 g
Ca(OH)2 10 ml à 0,79 mol/l de - KOH - NaOH -
LiOH

• Formation importante de silice dissoute Q0 pour
  KOH et NaOH
• Très faible formation de silice dissoute Q0 avec
  LiOH

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EVOLUTION DES FRACTIONS MOLAIRES DE Q0
Silex, portlantide et solution de KOH
Conditions 80C 1 g silex 0,16-0,63 mm 0,5 g
Ca(OH)2 10 ml de KOH à 0,79 mol/l

• Formation importante de silice dissoute Q0 se
  trouvant à la fois se forme de silice précipitée
  et en solution à lexception dune phase initiale

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EVOLUTION DES FRACTIONS MOLAIRES DE Q0
Silex, portlantide et solution de NaOH
Conditions 80C 1 g silex 0,16-0,63 mm 0,5 g
Ca(OH)2 10 ml de NaOH à 0,79 mol/l

• Formation importante de silice dissoute Q0 se
  trouvant à la fois se forme de silice précipitée
  et en solution à lexception dune phase initiale

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EVOLUTION DES FRACTIONS MOLAIRES DE Q0
Silex, portlantide et solution de LiOH
Conditions 80C 1 g silex 0,16-0,63 mm 0,5 g
Ca(OH)2 10 ml de LiOH à 0,79 mol/l

• Très faible formation de silice dissoute Q0 qui
  se retrouve exclusivement sous la forme de silice
  précipitée.
• Absence de silice en solution

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EVOLUTION DES VARIABLES DAVANCEMENT
Comparaison entre KOH, NaOH et LiOH

• Laugmentation de FMQ3 montrent que la création
  de sites Q3 prévaut sur la réaction de dissolution

RAS se développe
? Avec KOH et NaOH
? Avec LiOH
RAS est limitée
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EVOLUTION DES ESPECES ALCALINES
Silex, portlantide et solution de KOH
Conditions 80C 1 g silex 0,16-0,63 mm 0,5 g
Ca(OH)2 10 ml de KOH à 0,79 mol/l

• Faible décroissance de la basicité
• Forte consommation des ions hydroxyles
• et de portlandite

RAS se développe
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EVOLUTION DES ESPECES ALCALINES
Silex, portlantide et solution de NaOH
Conditions 80C 1 g silex 0,16-0,63 mm 0,5 g
Ca(OH)2 10 ml de NaOH à 0,79 mol/l

• Stabilité de la basicité
• Forte consommation des ions hydroxyles
• et de portlandite

RAS se développe
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EVOLUTION DES ESPECES ALCALINES
Silex, portlantide et solution de LiOH
Conditions 80C 1 g silex 0,16-0,63 mm 0,5 g
Ca(OH)2 10 ml de LiOH à 0,79 mol/l

• Stabilité de la basicité
• Concentration en ions hydroxyles basicité
• Très faible consommation de portlandite

RAS est limitée
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CONCLUSION
? Lutilisation dun milieu réactionnel modèle
constitué dun silex réactif, de portlandite et
dune solution alcaline comme KOH, NaOH et LiOH,
le tout à 80C, permet davoir des conditions
très favorables pour développer la RAS
? Grâce à la mesure quantitative de variables
davancement spécifiques à la RAS mais aussi des
espèces alcalines, nous montrons que
? Avec KOH et NaOH, la RAS se développe
? Avec LiOH, la RAS est limitée
Le Lithium est un inhibiteur de la RAS et pas
seulement un retardateur parce quil limite le
mécanisme de formation des produits de la RAS
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CONCLUSION
? Dans le milieu réactionnel modèle, avec LiOH,
la formation de nouveaux sites Q3 est réduite
donc, dans les mortiers et bétons avec le
lithium, la teneur en sites Q3 devrait rester
très faible
? Dans des travaux antérieures, nous avions
montré une relation entre laugmentation de la
teneur en sites Q3 et des mesures dexpansion.
Le Lithium induit une faible quantité de nouveaux
sites Q3 donc le risque dexpansion serait faible
Cette relation pourrait expliquer labsence
dexpansion sur les mortiers ou bétons observés
dans la littérature
Quelle est le mécanisme qui permet de limiter la
formation des produits de la RAS avec LiOH ?