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Theses Year : 2021

Biodeterioration of Portland and sulpho-aluminous cements in urban sewage systems

Biodétérioration des ciments Portland et sulfoalumineux dans les réseaux d’assainissement urbains

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Abstract

Traditional cements contain Portland clinker, which causes high greenhouse gas emissions. For this reason, new more environmentally friendly cements, such as sulpho-aluminous cements, are being developed. This study investigates the biodegradation process of two of these cements (CSA B and CSA F), in comparison with two Portland clinker-based cements (CEM I and CEM III). Pastes of these four cement grades with the same initial porosity, as well as mortars, were exposed at four different sites in the Nancy agglomeration's sewage network. These samples were monitored and characterised (physico-chemical properties, surface mineralogy) at regular intervals for 18 months. The environmental conditions (temperature, precipitation) of the agglomeration were also recorded during this period.A direct sulphuric acid attack test carried out on the 4 cement grades enabled the majority of gypsum to be detected on their surface. It was found that gypsum was the main degradation product obtained for both Portland clinker cements and CSA. The analysis of the surfaces of the samples taken from the sites revealed the characteristic elements of the first phases of biodeterioration: deposition of sulphur, formation of gypsum and ettringite. Bacterial colonisation thus appears from the first months of exposure of the samples on all sites. Nevertheless, some sites show much higher densities, especially when seasonal environmental conditions are optimal (humidity and temperature), and the presence of H₂S favourable to bacterial development is likely. In this context, sulphur and then gypsum in particular appear on the surface of the samples. The iron-rich CSA is the least bioreceptive, apparently due to the appearance of gibbsite on the surface, which acts as a buffer to inhibit bacterial succession.
Les ciments traditionnels contiennent du clinker Portland qui est à l’origine de fortes émissions de gaz à effet de serre. C’est pourquoi de nouveaux ciments plus éco-respectueux, tels que les ciments sulfo-alumineux, sont actuellement développés. Cette étude s’intéresse au processus de biodégradation de deux de ces ciments (CSA B et CSA F), par comparaison à deux ciments à base de clinker Portland (CEM I et CEM III). Des pâtes de ces quatre nuances cimentaires de même porosité initiale, ainsi que des mortiers, ont été exposés sur quatre différents sites du réseau d’assainissement de l’agglomération nancéienne. Ces échantillons ont été suivis et caractérisés (propriétés physico-chimiques, minéralogie de surface) à fréquence régulière pendant 18 mois. Les conditions environnementales (température, précipitations) de l’agglomération ont également été enregistrées durant cette période. Un essai d’attaque directe à l’acide sulfurique réalisé sur les 4 nuances cimentaires a permis de détecter en majorité du gypse sur leur surface. Il ressort alors que le gypse est le produit de dégradation majoritaire obtenue autant pour les ciments au clinker Portland que pour les CSA. L’analyse des surfaces des échantillons prélevés sur les sites a mis en évidence les éléments caractéristiques des premières phases de biodétérioration : dépôt de soufre, formation de gypse et d’ettringite. La colonisation bactérienne apparaît ainsi dès les premiers mois d’exposition des échantillons sur tous les sites. Néanmoins, certains sites présentent des densités bien plus élevées, notamment lorsque les conditions environnementales saisonnières sont optimales (humidité et température), et que la présence d’H₂S favorable au développement bactérien est probable. Dans ce contexte, du soufre, puis du gypse notamment, apparaissent en surface des échantillons. Le CSA riche en fer et le moins bioréceptif, en raison apparemment de l’apparition en surface de gibbsite qui agirait comme un tampon pour inhiber la succession bactérienne.
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Dates and versions

tel-03418738 , version 1 (08-11-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03418738 , version 1

Cite

Awa Yasmina Faridha Sawadogo. Biodétérioration des ciments Portland et sulfoalumineux dans les réseaux d’assainissement urbains. Matériaux. Université de Lorraine, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LORR0146⟩. ⟨tel-03418738⟩
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