Les pouzzolanes et les basaltes

More documents

Recommendations

Info

POUZZOLANES ET BASALTES RÉSUMÉ L'activité pouzzolanique R. DRON Docteur-Ingénieur Service de chimie Laboratoire central L'activité pouzzolanique est due à une réaction de la chaux avec les produits de l'attaque alcaline des silicates acises. Cette réaction donne naissance à des composés hydratés semblables à ceux qui se forment par hydratation du clinker et du laitier granulé. Un processus physico-chimique de J'étape d'attaque est proposé. Il implique une possibilité théorique d'activité pouzzolanique des feldspaths. MOTS CLÉS :30 - Activité (physicochim.) - Pouzzolane - Oxyde - Silicium - Aluminium - Chaux Cinétique - Feldspath - Réaction (chim.) - Hydraté ~ Acidelphase vitreuse (71)- Mécanique (90). Les mélanges de pouzzolane, de chaux et d'eau ont la propriété de durcir et constituent un liant dont on sait qu'il fut utilisé dès l'époque romaine. L'expression activité pouzzolanique définit les phénomènes qui à température ordinaire transforment en un temps raisonnable ces mélanges en un matériau dur et compact. C'est à leur haute teneur en constituants acides, silice et alumine, que les pouzzolanes doivent cette propriété, la réaction pouvant s'écrire de façon très schématique Silice > , , i silicate calcique hydraté V ~t~ CnSLIX H- n J 63U ^ J Alumine f I aluminate calcique hydraté Cette écriture est simpliste dans la mesure où elle pourrait faire croire que des formes à haute cristallinité, comme le quartz et le corindon, sont susceptibles de réagir avec la chaux. Il n'en est rien et la réaction pouzzolanique n'est observable que sur des matériaux qui comportent des phases dans lesquelles la silice et l'alumine sont particulièrement mobilisables. C'est le cas de certaines structures amorphes et plus particulièrement des verres acides. L'activité pouzzolanique des argiles calcinées, amorphes, et des cendres volantes, essentiellement vitreuses, est liée à cette particularité. Il est aujourd'hui communément admis [1] que le même critère s'applique aux pouzzolanes naturelles et que seules la silice et l'alumine constitutives des phases vitreuses sont effectivement réactives. Une exception doit cependant être faite pour certains minéraux cristallisés comme l'analcime, qu'on ne rencontre pas dans les pouzzolanes françaises mais qui est fréquente dans le trass allemand, et dont la structure est zéolitique. Selon Ludwig et Schwiete [2] ce matériau présenterait une activité pouzzolanique supérieure à celle des verres. Les mêmes auteurs estiment 66 que même les feldspathset la leucite combinent encore d'appréciables quantités de chaux. La haute réactivité des zéolites avait déjà été soulignée par Sersale et Sabatelli [3] et antérieurement par Malquori [4]. Elle peut être rattachée à la structure lacunaire de ces minéraux qui favorise la pénétration des agents d'attaque. La réactivité des zéolites a fait croire pendant un certain temps que l'activité pouzzolanique était liée à un processus d'échange ionique du type A - ... Na + A - ... + Ca 2 + ^ "";;:Ca 2+ + 2 Na + A" ... Na + A---'" mais Sestini et Santarelli [5] ont montré que la capacité d'échange de ces minéraux était tout à fait insuffisante pour expliquer les quantités considérables de chaux consommée. En réalité, le squelette zéolitique est détruit et il se forme de nouveaux composés ayant des caractéristiques complètement différentes de celles des matériaux initiaux. Les ions alcalins qui se trouvent ainsi libérés et qui n'entrent pas dans la composition des produits néoformés restent en solution et apparaissent en quelque sorte comme un «déchet», sans qu'ils aient à aucun moment joué un rôle actif. Cette particularité va se retrouver dans le cas où les phases réactives, bien que non zéolitiques, renferment des éléments alcalins. Dans les phases sialiques (feldspaths alcalins, feldspathoïdes), les éléments alcalins et l'aluminium sont en quantité équivalente, de sorte qu'on peut les considérer comme des associations d'aluminates alcalins et de silice neutre. Les verres présents dans les pouzzolanes ayant la même composition que les feldspaths [6], Bull. Liaison Labo. P. et Ch. - 93 - ianv.-févr. 1978 - Réf 2144
ils sont formés de la même association. Notre première écriture de la réaction pouzzolanique est donc inexacte puisque, si l'on peut bien considérer la réaction globale de la silice comme celle d'un acide et d'une base, la réaction de l'alumine consiste en réalité en un dépla cement des bases soude ou potasse par la base chaux, ce qui peut s'écrire schématiquement : Aluminate de sodium Aluminate calcique (ou potassium) ^ hydraté + chaux + eau + soude (ou potasse) Le bilan de la réaction est dans ce cas équivalent à un échange ionique, mais nous verrons plus loin que l'as similation ne doit pas être faite, l'échange ionique étant topochimique alors que les réactions d'hydratation passent toujours par une désagrégation totale du ré seau silico-alumineux initial. Les produits de la réaction pouzzolanique Malquori [4] a résumé les résultats des nombreuses études concernant la nature des phases produites par la réaction pouzzolanique et il a montré que les compo sés trouvés par tous les chercheurs étaient les sui vants : — le silicate de calcium hydraté CSH, qui se présente sous la forme d'un gel de faible cristallinité, — l'aluminate tétracalcique hydraté C 4AH, 3, hexago nal. Dans certaines conditions, il est possible de trouver aussi — la gehlénite hydratée C 2ASH 8 — l'ettringite 3CaO, Al 20 3, 3S0 4Ca, 32H 20 et le monosulfo-aluminate 3CaO, Al 20 3, CaS0 4, 12H 20. Massazza [1] dans son rapport au 6 e Congrès interna tional de la Chimie du Ciment a confirmé cette conver gence. Ces résultats sont en parfait accord avec les données thermodynamiques déduites de notre étude du sys tème CaO-AI 20 3-Si0 2-H 20 [7]. Rappelons qu'elles peu vent être résumées au moyen d'une représentation triangulaire, valable pour tous les liants silico- alumino-calciques (fig. 1). En l'absence de sulfates, la représentation est celle de la figure 1. La composition d'une pouzzolane ramenée au total CaO+Si0 2+AI 20 3 est figurée par le point Z. Si(OH), Ca(OH) AKOHL C 4 A H ,3 Fig. 1 - Diagramme d'hydratation du système CaO - Al 20, - SiO, - H20 en l'absence de gypse. Celle du mélange pouzzolane + chaux se situe donc sur la droite ZC. Les produits d'hydratation ont la même composition globale que le mélange chaux-pouzzolane qui leur a donné naissance. Cette composition est donc repré sentée par le même point. Nous avons montré que les phases présentes sont cel les qui correspondent aux sommets du domaine trian gulaire dans lequel se place le point représentatif de la composition. Par conséquent, si l'addition de chaux est forte, le point sera dans le domaine II. On trouvera de la chaux éteinte (correspondant à un excès) et deux pha ses néoformées, le silicate de calcium hydraté et l'alu minate tétracalcique hydraté. Si l'addition est plus fai ble, le point représentatif sera dans le domaine I. Lors que le système sera en équilibre, il n'y aura plus de chaux et on trouvera trois phases néoformées : les deux précédentes et la gehlénite hydratée. Il convient toutefois de signaler que dans la pratique on se trouve plus généralement dans le premier cas (correspondant à un excès de chaux). Ce n'est que si l'on opère en présence de sulfate de calcium que peuvent apparaître les sulfo-aluminates. Le diagramme de phases est alors modifié (fig. 2). Si'OHL Ca(OH)2 AI(OH), C3AS 3H 3 2 Fig. 2 - Diagramme d'hydratation du système CaO - Al 20, - Si0 2 - H20 en présence de gypse. Les mêmes raisonnements sont alors applicables et c'est ainsi que pour une addition suffisante de chaux on se trouvera dans le domaine II, donc avec deux pha ses néoformées, le silicate de calcium hydraté et l'et tringite. Cette possibilité, qui n'a jusqu'à présent pas été utilisée dans la technique des graves-pouzzolanes, présenterait un incontestable intérêt. On peut voir que l'addition de sulfate de calcium n'évite cependant pas l'emploi de chaux aux mêmes dosages que dans la technique classique. Le monosulfo-aluminate n'apparaît que lorsque le sul fate de calcium initialement ajouté est totalement consommé par la réaction de formation de l'ettringite. C'est d'ailleurs aux dépens de cette dernière que se formera le monosulfo-aluminate. Mécanisme de la réaction pouzzolanique Les feldspaths, qui sont les constituants essentiels des pouzzolanes, appartiennent à la classe des tectosilica- tes. Leur structure cristalline résulte d'un arrangement de tétraèdres Si 4 + (0 2 ") 4 et AI 3 + (0 2 ") 4 dans lequel cha que oxygène est commun à deux tétraèdres et peut 67
Page 1 and 2: Présentation L E catalogue des str
Page 3 and 4: Morphologie et couleur des pouzzola
Page 5 and 6: BOMBES Fig. 5 - Bombe piriforme rec
Page 7 and 8: Observation des pouzzolanes au micr
Page 9 and 10: Grandissement 50 1 cm = 200 «m Gra
Page 11 and 12: Grandissement 50 1 cm = 200 ftm Gra
Page 13 and 14: Dosage de la phase vitreuse dans le
Page 15 and 16: 1,2- TABLEAU IV Dosage de la phase
Page 17 and 18: Bases minéralogiques de sélection
Page 19 and 20: t CO 1890 1700 1500 1300 - 1100 0 F
Page 21 and 22: Toutes les variétés de plagioclas
Page 23 and 24: Par suite de l'absence de feldspath
Page 25 and 26: POUZZOLANES ET BASALTES Estimation
Page 27 and 28: dès le départ sur l'évolution de
Page 29: Etant donné la difficulté de la m
Page 33 and 34: Conclusion L'activité pouzzolaniqu
Page 35 and 36: La chaux est une chaux aérienne ca
Page 37 and 38: INFLUENCE DES COMPOSANTS Les pouzzo
Page 39 and 40: A Rc (bar) Pouzzolanes types Bombes
Page 41 and 42: classe II, où elle devrait se trou
Page 43 and 44: POUZZOLANES ET BASALTES Définition
Page 45 and 46: 100 90 + t 80 • 70 60 50- 40- 30
Page 47 and 48: Fig. 8 - Centrale de malaxage. Fig.
Page 49 and 50: BB 5 cm Gpz 25 cm Niveau 5 Niveau f
Page 51 and 52: s 1 0 0 § 90 1 80 Ê 2 70 « 60 Ol
Page 53 and 54: conde partie de l'étude a donc ét
Page 55 and 56: tier, et plus particulièrement sur
Page 57 and 58: POUZZOLANES ET BASALTES INTRODUCTIO
Page 59 and 60: après conservation à 20 °C en é
Page 61 and 62: 40 30 20 10 Caract. statistiques N
Page 63 and 64: CONCLUSIONS Les essais de suivi ré
Page 65 and 66: Mise en évidence des propriétés
Page 67 and 68: •S 100 I 90 S 80 I 70 I 60 S 50 G

Les pouzzolanes et les basaltes

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?