Présentation
RÉSUMÉ
Cet article présente les ciments géopolymères obtenus avec différentes matières premières aluminosilicates et silicates alcalins solubles de rapport molaire SiO2 /M2O = 1,45 à 1,95. Les matières premières aluminosilicates employées sont des mélanges de laitier de haut-fourneau et argile calcinée MK-750, de laitier et roches ou de laitier et cendres volantes. La chimie de la matrice géopolymère, très différente de celle du ciment Portland, est expliquée à travers la chimie du laitier/MK-750. Les propriétés sont décrites (résistances compression/flexion, retrait, chaleur de réaction, réaction alcali-granulat, résistance aux acides, résistance au feu, besoins énergétiques et émissions de CO2) ainsi que les applications dans la gestion des déchets miniers radioactifs et métalliques (métaux lourds).
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Joseph DAVIDOVITS : Professeur - Institut géopolymère, Saint-Quentin (Aisne), France
INTRODUCTION
Il y a souvent confusion entre la signification des deux termes « ciment géopolymère » et « béton géopolymère ». Un ciment est un liant alors que le béton est le matériau composite résultant de l'addition de ciment à des agrégats. En d'autres termes, pour produire un béton, on achète un ciment (généralement du ciment Portland ou du ciment géopolymère) et on l'ajoute à la gâchée de béton. Cet article traite uniquement des ciments géopolymères .
La comparaison entre la chimie du Portland et celle du géopolymère montre de profondes différences, expliquant leurs propriétés. Le durcissement du Portland se fait par simple hydratation du C 3 S en CSH et Ca(OH) 2 alors que la prise du ciment géopolymère s'effectue par polycondensation d'oligo-(sialate-siloxo) de potassium ou de sodium en poly(sialate-siloxo). La spectroscopie RMN du 29 Si montre bien la différence entre les deux systèmes : d'un coté une matrice faite de petites molécules (oligomères), c'est le CSH, de l'autre une structure polymérisée tridimensionnelle, le géopolymère.
Pour fabriquer un ciment géopolymère, on emploie :
une matière première aluminosilicate : argiles calcinées MK-750, roches calcinées ou non, cendres volantes, laitier de haut fourneau ;
un réactif alcalin inoffensif (silicates solubles de sodium ou de potassium avec un rapport molaire SiO 2 :M 2 O > 1,45, M étant Na ou K) ;
de l'eau.
Cet article présente les quatre catégories de ciments géopolymères faisant l'objet d'utilisation courante, à savoir :
le ciment géopolymère à base de laitier/MK-750 : matrice (K,Na,Ca)-poly(sialate-siloxo) Si:Al = 2 ;
le ciment géopolymère à base de laitier/roches : matrice (K,Na,Ca)-poly(sialate-disiloxo) Si:Al = 3 ;
le ciment géopolymère à base de laitier/cendres volantes classe F : matrice (K,Na,Ca)-poly(sialate-siloxo) Si:Al = 2 ;
le ciment géopolymère à base de laitier/ferrosialate (en développement).
Chaque catégorie fait l'objet d'une étude scientifique impliquant la RMN et la microscopie électronique. L'article présente aussi toutes les caractéristiques physiques (retrait, expansion, chaleur de réaction, résistance au feu), physico-chimiques (réaction alkali-agrégats, etc.) et mécaniques (résistance compression,...
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MOTS-CLÉS
| | | chimie |
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Ciments géopolymères
Que sont les ciments géopolymères ?
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