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Matrices cimentaires

Réactivité et résistance à l'irradiation

Dans les ciments Portland, la structure cristalline du silicate tricalcique Ca3SiO5 (polymorphe M1 ou M3) influe sur la réactivité hydraulique du composé, ainsi que nous l’avons montré précédemment [1]. Or l’étude cristallographique de tels composés à grandes mailles de basse symétrie est très complexe. L’idée a été d’utiliser l’irradiation électronique en tant que test de réactivité. L’étude au MET à 200 keV de deux (ortho)silicates de calcium Ca2SiO4 et Ca3SiO5 constitutifs du ciment Portland montre que Ca2SiO4 résiste mieux à l’irradiation, résultat à rapprocher de la réactivité hydraulique plus faible de Ca2SiO4 comparée à celle de Ca3SiO5 [2,3]. Cependant, nous avons aussi montré le comportement sous irradiation gamma des ciments Portland est nettement moins bon comparé à celui des celui d’autres familles de matrices cimentaires [4]...


Diagramme dose vs flux récapitulatif des conditions d’irradiation dans Ca2SiO4 et Ca3SiO5 : gris clair : conduisant à la décomposition (C2S → 2CaOcristallin + SiO2amorphe) ; gris : conduisant à l’amorphisation ; rouge : conduisant à la formation d’un trou

[1] M.-N. de Noirfontaine, F. Dunstetter, M. Courtial, M. Signes-Frehel, R. Schmidt, X-Ray Diffraction in cement plant: a route towards the monitoring of the M1 alite content in clinker directly in the kiln, using the process data. Symposium "The Future of Cement", 200 years after Louis Vicat, Paris, France, Jun 06-08, 2017.
[2] M.-N. de Noirfontaine, F. Dunstetter, M. Courtial, M. Signes-Frehel, G. Wang, D. Gorse-Pomonti, Electron radiation damages to dicalcium (Ca2SiO4) and tricalcium (Ca3SiO5) orthosilicates. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 374 (2016) 111-115.
[3] M.-N. de Noirfontaine, F. Dunstetter, M. Courtial, M. Signes Frehel, G. Wang, D. Gorse - Pomonti, A transmission electron microscopy study of radiation damages to ß dicalcium (Ca2SiO4) and M3-tricalcium (Ca3SiO5) orthosilicates. Journal of Nuclear Materials, 468 (2016) 113-123.
[4] L. Acher, Etude du comportement sous irradiation gamma et électronique de matrices cimentaires et de leurs hydrates constitutifs, Thèse Université Paris Saclay, 5 octobre 2017.

Structure et réactivité des nouvelles matrices cimentaires

Dans le prolongement de nos travaux sur les phases du ciment Portland qui ont montré le rôle de la structure cristalline vis-à-vis de la réactivité hydraulique, nous étudions la cristallographie des phases modèles constitutives des ciments sulfo-alumineux en lien avec la réactivité. De tels ciments contribuent à la réduction de l’empreinte environnementale dans l’industrie cimentière en raison d’une température de cuisson inférieure et d’une plus faible teneur en calcaire dans le mélange initial. En particulier, nous étudions la réactivité de la phase principale du composé majoritaire de ces ciments, la yeelimite, en fonction du dopage en fer, de son rôle (en substitution ou en insertion dans le réseau cristallin) vis-à-vis de la réactivité hydraulique.

 
Structure de la yeelimite, phase principale des ciments sulfo-alumineux (d’après Cuesta et al., Chemistry of Materials, 25 (2013) 1680-1687).