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Structural studies of cements and concretes anhydrous compounds

Mireille Courtial, Frédéric Dunstetter, Dominique Gorse-Pomonti, Marie-Noëlle de Noirfontaine

L’équipe s’intéresse aux céramiques complexes, et plus particulièrement aux différentes phases qui entrent dans la composition des matrices cimentaires d’aujourd’hui et de demain.

Il s’agit de faire le lien entre conditions d’élaboration, propriétés structurales et réactivité (en fonction d’une teneur en impuretés, en température, dans l’environnement, sous irradiation).

Nous contribuons plus spécifiquement à l’étude cristallographique et structurale (diffraction des rayons X/méthode Rietveld, microscopies électroniques) des divers composés (silicates et aluminates de calcium…) afin d’en comprendre et optimiser la réactivité.


  1. Modélisation thermodynamique du diagramme de phases CaO-SiO2-Al2O3 au service de la fabrication du ciment Portland.

Fig. 1. Système ternaire CaO-SiO2-Al2O3. Coupe isotherme à 1500°C. Le point C indique la composition chimique type d’un ciment Portland [1].


  1. Etude du polymorphisme du silicate tricalcique Ca3SiO5 : relations entre les différents polymorphes et détermination d’un nouveau modèle structural pour le polymorphe monoclinique M1.

Applications : Analyse quantitative dans l’industrie cimentière ; modification de la réactivité des silicates dans certaines conditions d’hydratation [2].

Fig. 2. (a) relations de surstructure entre les mailles tricliniques et monocliniques du Ca3SiO5. (b) Cliché de diffraction (MET) du polymorphe monoclinique M’1 : mise en évidence de la surstructure d’ordre 3 suivant l’axe a [3].


  1. Endommagement sous irradiation électronique de deux orthosilicates de calcium (Ca3SiO5 et Ca2SiO4), en lien avec leur réactivité

Fig. 3. Cliché MET en champ clair et analyse FFT montrant la recristallisation partielle d’un cratère amorphe dans Ca2SiO4-B sous irradiation électronique, en lien avec la teneur en calcium du composé [4].


  1. Evolution structurale sous irradiation de phases cimentaires dans le cadre de l’étude du conditionnement de déchets fortement irradiants par un mortier injectable. Thèse en cours : Loren Acher (LP2C, LSI, LECBA).

Laboratoire de Chimie des Fluides complexes et d’Irradiation (DEN/CEA Marcoule)


  1. Etude structurale par diffraction des rayons X et microscopie électronique dans le cadre de la mise au point d’un nouveau ciment à haute performance

Stage de fin d’étude d’école ingénieur : Estelle Poupelloz

[1] J. Mater. Sci., 47 (2012) 1471-1479
[2] Constr. Build. Mater, 44 (2013) 699-705
[3] Z. Kristallogr., 227 (2012) 102-112
[4] J. Nucl. Mater. 468 (2016) 113-123