Densité solide des matériaux de construction : évaluation de la pureté des poudres et de la porosité des composants en béton

Problématique / Besoin :

La densité des matériaux de construction tels que le ciment et le bitume joue un rôle important dans la production et les performances. La pureté des poudres et la porosité ouverte des pièces durcies sont des caractéristiques importantes du matériau qui peuvent être évaluées à partir de mesures de densité solide. La densité prélevée via l'Autotap et la densité squelettique via l'Ultrapyc 5000 donnent des mesures de volume extrêmement précises qui sont nécessaires pour l'industrie du bâtiment et peuvent être corrélées à la pureté, la porosité et le débit. 

Méthode utilisée / Réponse apportée :

1. Introduction

La densité solide est une propriété importante des matériaux de construction qui est utilisée pour contrôler la qualité des matériaux, des poudres brutes au produit final formé. Les densités géométriques et squelettiques permettent aux chercheurs et producteurs de calculer la porosité ouverte d'un échantillon solide et durci, ce qui permet de comprendre les propriétés critiques telles que la résistance, la tolérance à la température et la "transformabilité", car, par exemple, une certaine porosité est nécessaire pour éviter la fracture lors de la compression. La mesure de la densité squelettique à l'aide de la série Ultrapyc et de la densité apparente à l'aide de l'Autotap fournit des informations sur les propriétés importantes des matériaux de construction telles que la pureté de la poudre, la densité et la porosité de la dalle. Par exemple, la densité du bitume, (le principal composant de l'asphalte) joue un rôle crucial dans la construction des routes, mais la mesure de cette propriété a toujours été un processus compliqué et long. Les pycnomètres à gaz de la série Ultrapyc d'Anton Paar peuvent rendre ce processus simple, propre et rapide. Des échantillons avec des volumes en vrac aussi grands que 135 cm3 peuvent être logés (améliorant ainsi les statistiques d'échantillonnage), purgés de l'air et exécutés plusieurs fois automatiquement, et un rapport imprimé est généré en quelques minutes. L'échantillon est récupéré indemne et sec, et la même aliquote peut être utilisée pour des analyses ultérieures ou d'autres tests. Cette méthode a déjà été adoptée par un certain nombre de cimenteries dans le monde et est un standard dans des applications telles que le pétrole, le brai, les revêtements, le carbone, les plastiques cellulaires, les sols, les céramiques et les catalyseurs, entre autres. 

2. Pureté des matériaux de construction

L'Ultrapyc 5000 a été utilisé pour mesurer la densité squelettique du patcher de ciment et de la dolomite dans le commerce. Les écarts par rapport à la densité théorique du quartz (2,67 g/cm3), qui est le principal ingrédient du patcher de ciment et de la dolomite (2,85 g/cm3) peuvent indiquer que différentes impuretés sont présentes dans les échantillons. Etant donné qu'il s'agit des poudres fines, le mode PowderProtect de l'Ultrapyc 5000 a été utilisé pour dilater le gaz de la chambre de référence vers la chambre d'échantillon afin d'empêcher l'élutriation de la poudre. Cela permet d'utiliser des pressions cibles élevées pour obtenir les données les plus précises possibles. Une excellente répétabilité a été observée. Il a été constaté que la dolomite étudiée était, avec erreur, pure à 100%. La pureté du ciment était plus difficile à déterminer définitivement en raison du mélange des composants. Par exemple, la densité squelettique mesurée est plus grande que la densité du squartz pur, ce qui indique que les impuretés sont des composants de densité plus élevée tels que la chaux vive (CaO).

3. Densité taraudée

Certains matériaux sont utilisés comme lubrifiants dans le processus de fabrication. La fluidité de ces lubrifiants peut être décrite en utilisant la densité en utilisant la densité taraudée pour obtenir le rapport de Hausner (HR) et l'indice de compressibilité (CI), décrits dans les équations : HR = Vo / Vf, CI = Vo - Vf / 100. Où Vo est le volume initial avant qu'il ne soit tapé, et Vf est le volume final après qu'il ne se compresse plus. La densité taraudée de 136,07 g du patcher de ciment disponible dans le commerce a été mesurée en utilisant l'Autotap. 

4. Densité du bitume

Connaître la densité bitume / asphalte est essentiel pour convertir le volume en masse lors de la vente du produit. La valeur de densité est également nécessaire pour classer l'asphalte / bitume par densité après distillation et lors du développement de produits nouveaux et plus résistants. Auparavant, suivant le norme ASTM D70, ces mesures prenaient du temps et étaient compliquées. L'Ultrapyc rend désormais le processus rapide, simple et propre. L'Ultrapyc 5000 a été utilisé pour mesurer la densité squelettique d'un substitut de bitume disponible dans le commerce, une charge d'asphalte, à 25° C. Afin de mesurer afficacement et proprement la densité du substitut de bitume, un godet en aluminium jetable a été utilisé pour maintenir l'échantillon à l'intérieur de la cellule d'échantillon. Ce godet jetable élimine le besoin de nettoyer la cellule d'échantillon de l'instrument après les mesures. 

Tout d'abord, le volume du godet jetable vide a été mesuré. Il a ensuite été rempli du substitut de bitume et soigneusement placé dans la cellule. Le substitut de bitume a été testé en premier pour minimiser l'effet de toute pression de vapeur et garantir qu'aucun matériau n'a contaminé l'instrument. L'ensemble du processus comprenant : le remplissage du godet avec l'échantillon, la saisie des paramètres d'analyse, l'exécution de la mesure et la préparation de l'instrument pour la mesure suivante (en jetant le godet / échantillon jetable) a pris moins de 30 minutes. Il est important de noter que les données de sortie sont calculées à la fois avec le volume de l'échantillon + le godet jetable. Ainsi, le volume du godet jetable, déterminé au préalable, doit être soustrait manuellement et la densité recalculée avec ce nouveau volume. En variante, les étalonnages initiaux auraient également pu être effectués avec le godet avant de le remplir avec l'échantillon. 

5. Porosité ouverte des morceaux de ciment

La résistance de la dalle et les propriétés de dissolution peuvent être évaluées à partir de calculs du pourcentage de porosité ouverte à partir de mesures de densité squelettique. Pour calculer le pourcentage de porosité, la densité géométrique est également nécessaire. Dans ce cas, la densité géométrique ou apparente a été obtenue en divisant la masse mesurée par le volume géométrique calculé de l'échantillon cylindrique. Les échantillons de ciment et de substitut de bitume ont été préparés selon les instructions sur l'emballage commercial et laissés à durcir. Les pièces solides durcies ont ensuite été mesurées avec l'Ultrapyc 5000. L'Ultrapyc 5000 a été régulée en température à 25° C. Une bonne répétabilité entre les essais a été observée. Couplée au volume en vrac, la porosité ouverte des morceaux de ciment et de bitume de remplacement a été calculée en utilisant l'équation ci-dessous pour être respectivement de 31,3% et 37,6%. % porosité = VB - VS / VS * 100. Dans cette équation, VB est le volume en vrac et VS est le volume du squelette. 

6. Conclusion 

L'Ultrapyc 5000 est idéal pour mesurer la densité des matériaux de construction. Des mesures très précises et répétables garantissent que les densités squelettiques peuvent être mesurées facilement et en toute confiance et corrélées avec la pureté, comme discuté dans l'analyse de la dolomite, et les propriétés de porosité comme on le voit dans les analyses de ciment durci et de substitut de bitume. Des mesures préciss de la densité squelettique permettent aux chercheurs d'évaluer rapidement cette propriété du matériau et de cibler de nouveaux matériaux. De plus, la pycnométrie à gaz est un moyen plus rapide, plus propre et plus précis de mesurer la densité du bitume par rapport aux méthodes plus traditionnelles, telles que ASTM D70 et EN 15326.