Les cendres volantes sont un sous-produit de la combustion du charbon pulvérisé dans les centrales électriques. Pendant la combustion, les impuretés minérales du charbon (argile, feldspath, quartz et schiste) fusionnent en suspension et flottent hors de la chambre de combustion avec les gaz d’échappement. En s’élevant, le matériau fondu se refroidit et se solidifie en particules vitreuses sphériques appelées cendres volantes. Les cendres volantes sont récupérées des gaz d’échappement par des précipitateurs électrostatiques ou des filtres à manche. La fine poudre ressemble au ciment portland, mais elle est chimiquement différente. Les cendres volantes réagissent chimiquement avec le sous-produit hydroxyde de calcium libéré par la réaction chimique entre le ciment et l’eau pour former des produits cimentaires supplémentaires qui améliorent de nombreuses propriétés souhaitables du béton. Toutes les cendres volantes présentent des propriétés cimentaires à des degrés divers, en fonction des propriétés chimiques et physiques des cendres volantes et du ciment. Par rapport au ciment et à l’eau, la réaction chimique entre les cendres volantes et l’hydroxyde de calcium est généralement plus lente, ce qui retarde le durcissement du béton. Le durcissement retardé du béton couplé à la variabilité des propriétés des cendres volantes peut créer des défis importants pour le producteur et le finisseur de béton lors de la mise en place de planchers à revêtement métallique.
Deux types de cendres volantes sont couramment utilisés dans le béton : La classe C et la classe F. La classe C est souvent constituée de cendres volantes à haute teneur en calcium avec une teneur en carbone inférieure à 2 % ; tandis que la classe F est généralement constituée de cendres volantes à faible teneur en calcium avec une teneur en carbone inférieure à 5 % mais pouvant parfois atteindre 10 %. En général, les cendres de classe C sont produites à partir de la combustion de charbons subbitumineux ou de lignite et les cendres de classe F de charbons bitumineux ou anthraciteux. Les propriétés de performance des cendres de classe C et F varient en fonction des propriétés chimiques et physiques des cendres et de leur interaction avec le ciment du béton. De nombreuses cendres de classe C, lorsqu’elles sont exposées à l’eau, réagissent et durcissent comme le ciment, mais pas les cendres de classe F. La plupart, sinon toutes, des cendres de classe F ont un comportement similaire. La plupart, sinon la totalité, des cendres de classe F ne réagiront qu’avec les sous-produits formés lorsque le ciment réagit avec l’eau. Les cendres volantes de classe C et F ont été utilisées dans ce projet de recherche.
À l’heure actuelle, plus de 50 % du béton placé aux États-Unis contient des cendres volantes. Les taux de dosage varient en fonction du type de cendres volantes et de leur niveau de réactivité. Généralement, les cendres volantes de classe F sont utilisées à des doses de 15 à 25 % de la masse du matériau cimentaire et les cendres volantes de classe C à des doses de 15 à 40 %. Cependant, les cendres volantes n’ont pas été utilisées dans les dalles intérieures revêtues d’acier en raison des problèmes ou des défis inhérents à la variabilité des cendres volantes et au retardement du durcissement du béton. La vitesse et l’uniformité du durcissement du béton sont des paramètres critiques pour établir la fenêtre de finition et peuvent influencer directement la qualité de la finition finale du plancher. Un durcissement du béton retardé ou non uniforme augmente considérablement le risque d’une finition prématurée ou inadéquate, ce qui se traduit par des finitions à la truelle d’acier de mauvaise qualité. Jusqu’à présent, les propriétaires de bâtiments, les fournisseurs de béton et les finisseurs ont été réticents à remplacer le ciment par des cendres volantes dans les sols lissés à la truelle d’acier en raison des risques accrus associés aux cendres volantes. Ces risques comprennent le collage de la surface, le retard de durcissement du béton et la fissuration de retrait volumétrique précoce causée par le retard de prise.
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