Pigment d’oxyde de fer et hydratation du ciment : son effet sur le temps de prise et la résistance

En résumé : Le pigment d’oxyde de fer est une poudre fine, et les poudres fines entrent en concurrence avec tous les autres composants d’un mélange de béton pour l’eau et les adjuvants. Dans la plupart des usines, l’effet sur le temps de prise et la résistance à 28 jours est faible, mais on en accuse souvent le pigment, alors que la cause réelle se trouve ailleurs. Réalisez un mélange témoin et un mélange coloré à partir du même ciment, du même rapport eau/ciment et du même mode de cure, puis comparez les temps de prise et les résultats des essais sur éprouvettes cubiques. Cette seule paire de mélanges répond à la question réelle posée par votre client.

Une centrale à béton change de couleur un vendredi, et les éprouvettes cubiques donnent des résultats faibles le mardi suivant. Le pigment est immédiatement mis en cause, car c’est le seul élément dont le changement est visible. Parfois, cela est justifié. Souvent, ce ne l’est pas.

Voici ce qui se produit réellement dans le malaxeur lorsque vous ajoutez de la couleur.

Le pigment constitue une deuxième poudre dans un système déjà encombré

Les grains de ciment s’hydratent et, ce faisant, absorbent de l’eau et dégagent de la chaleur. L’oxyde de fer rouge (Fe2O3) ne fait ni l’un ni l’autre. Il est chimiquement inerte dans un système de ciment Portland, ce qui explique pourquoi il conserve sa couleur pendant des décennies.

Ce qu’il apporte en revanche, c’est de la surface. Un pigment utilisé à la dose habituelle pour le béton coloré dans la masse ajoute un grand nombre de particules très fines. Ces particules réclament de l’eau, et elles la réclament au moment où le mélange est encore plastique. Le résultat est généralement une légère augmentation de la demande en eau et un mélange plastique qui paraît légèrement plus raide pour un affaissement identique.

Un second effet peut surprendre les centrales à béton. Les surfaces fines des pigments peuvent capter une partie de l’adjuvant entraîneur d’air ou réducteur d’eau avant que celui-ci n’atteigne le ciment. La dose indiquée sur la fiche de fabrication est bien présente dans la cuve. Mais une fraction moindre de cet adjuvant exerce effectivement son action.

C’est sur le temps de prise que vous le remarquez d’abord

Le prise est un événement thermique et chimique. Le silicate tricalcique (C3S, la phase principale conférant la résistance dans le ciment Portland) commence à réagir, et la pâte se rigidifie. Tout ce qui ralentit l’accès de l’eau aux grains de ciment décale cette courbe vers la droite.

En pratique, un mélange pigmenté prend souvent légèrement plus tard que le témoin. Un retard de dix à vingt minutes est courant et généralement sans conséquence. Ce qui importe, c’est la régularité de ce décalage et sa variation éventuelle en fonction de la dose de pigment.

Deux méthodes permettent de trancher. L’aiguille de Vicat (ASTM C191, essai de pénétration sur pâte) fournit un résultat numérique précis en laboratoire. La méthode de résistance à la pénétration (ASTM C403, sonde enfoncée dans un mortier tamisé) fonctionne mieux sur un mélange réel contenant des granulats. Dans les deux cas, l’essai réalisé sur un témoin et un échantillon pigmenté issus du même lot de ciment permet de quantifier l’ampleur du décalage.

Séparer le pigment de tout le reste

La perte de résistance a de nombreuses causes : variation du lot de ciment, humidité des granulats, tolérance de dosage, cure et température du béton lors du coulage influencent tous cette valeur. Si vous modifiez à la fois le pigment et le dosage, vous ne tirez aucune conclusion utile.

Maintenez le témoin fiable : même silo à ciment, même stock de granulats, même rapport eau/ciment (w/c, masse d’eau divisée par masse de ciment), même lot d’adjuvant. Ne modifiez que le pigment. Élaborez des cylindres à partir des deux formulations, curez-les côte à côte et effectuez les essais de rupture à 7 et à 28 jours selon la norme ASTM C39.

Si le dosage pigmenté présente une résistance inférieure à celle du témoin aux deux âges et si l’écart s’élargit, l’effet est réel et la dose constitue le premier paramètre à examiner. Si les deux valeurs se situent dans la dispersion habituelle de vos propres essais, le pigment n’est pas en cause ; concentrez-vous alors sur la cure et l’humidité.

Soyez honnête aussi sur la dispersion. Deux cylindres ne constituent pas une preuve. Les centrales à béton qui débattent d’une demi-mégapascal avec des éprouvettes simples débattent généralement du bruit.

Trois éléments qui comptent davantage que la couleur

Doser le pigment par masse, et non à la louche. Un pigment pesé au kilogramme près pour une fournée de 2 mètres cubes est acceptable. Un pigment ajouté à la pelle ne l’est pas, et les variations de couleur qui en découlent sont généralement imputées au fournisseur.

Temps de dispersion. Un pigment versé à la fin du cycle et évacué trente secondes plus tard ne se disperse jamais correctement. Vous obtenez des stries, et un mélange dont le comportement diffère de celui testé en laboratoire. Accordez-lui un intervalle complet de malaxage et observez l’évacuation.

Cure, à chaque fois. Le béton coloré est évalué en surface, et c’est précisément à la surface que les effets de la cure apparaissent en premier. Une dalle pigmentée qui sèche prématurément présente un aspect tacheté et est souvent interprétée comme un défaut de pigment. Or, ce n’en est généralement pas un.

L’endroit où l’usine commet presque toujours une erreur est ici, précisément dans ces trois éléments, et non pas dans le tambour de pigment.

Un essai qui répond à la question en une seule coulée

1. Prélevez le numéro de lot du ciment que vous utiliserez effectivement en production, et maintenez les mélanges témoin et d’essai sur ce même lot.
2. Fixez à l’avance, sur papier, le rapport eau-ciment et la dose d’adjuvant, et notez la consistance (affaissement) visée.
3. Préparez un mélange témoin sans pigment. Coullez des cylindres et effectuez une mesure de prise (essai Vicat ou essai de pénétration).
4. Préparez le mélange pigmenté à la dose utilisée en production. Utilisez le même ciment, les mêmes granulats et le même rapport eau-ciment. Coullez et mesurez de la même manière.
5. Notez l’affaissement pour les deux mélanges. Si la demande en eau a varié, indiquez la quantité d’eau ou d’adjuvant nécessaire pour retrouver l’affaissement cible.
6. Rupturez les cylindres à 7 et à 28 jours. Conservez les résultats avec les registres de fabrication, et non dans le carnet de quelqu’un.
7. Si vous utilisez plusieurs doses de pigment en production, répétez l’essai à la dose maximale prévue. L’effet est fonction de la dose.
8. Conserver un échantillon conservé du lot de pigment (l’échantillon approuvé gardé à des fins de comparaison) et du lot de ciment ensemble, afin que l’argument de l’année prochaine soit étayé par des preuves.

Ce que le fournisseur de pigments vous doit ici

Un fournisseur de pigments ne peut pas vous indiquer comment son produit se comporte dans votre malaxeur. Il peut vous préciser sa composition et vous fournir le même produit, lot après lot, afin que votre essai reste valable.

Nous fabriquons des pigments d’oxyde de fer depuis 26 ans, produisant des teintes rouges (Fe2O3), jaunes (α-FeOOH), noires (Fe3O4), brunes, ainsi que des nuances vertes et bleues composites, destinées au béton, au mortier, à l’enrobé bitumineux, aux revêtements, aux plastiques et au caoutchouc. Notre commande minimale est de 1 tonne (1 000 kg) ; les quantités d’essai peuvent être prélevées sur le même lot de production mentionné dans le devis, avec indication du numéro de lot et du certificat d’analyse fournis conjointement.

Si vous recherchez un temps de prise ou une résistance spécifique pour un mélange coloré, envoyez-nous la formulation du mélange et le lot de ciment que vous utilisez. Nous adapterons le lot de pigment en conséquence, afin que la seule variable dans votre essai soit celle que vous souhaitez réellement tester.

Contact : [email protected] | +86-13400211655