Synthèse hydrothermale sous- et supercritique de xonotlite et de tobermorite fonctionnalisées en tant qu'additifs et leur effet sur la processabilité des ciments

Abstract

Plusieurs facteurs influencent le choix des matériaux de construction tels que le comportement mécanique, la durabilité, la facilité de construction et le coût d'exploitation. Les architectes ou les ingénieurs civils doivent proposer de nouvelles solutions pour la construction et l'entretien d'installations plus exigeantes. De plus, ils doivent garantir la viabilité technique et économique de leurs idées en même temps. C'est pourquoi la recherche et le développement de nouveaux matériaux de construction ou l'amélioration des matériaux existants sont essentiels dans le secteur de la construction.Les matériaux à base de ciment sont un bon exemple de cette tendance. Le ciment Portland, bien qu'il remonte au milieu du XVIIIe siècle, a été modifié et amélioré pour différentes applications pendant toutes ces années depuis sa découverte. Les chercheurs ont proposé de nouvelles formulations ou des ajouts répondant aux besoins plus exigeants du marché en matière de ciment et de béton.Ces dernières années, la nanosilice et d'autres nanoadditions telles que certaines nanoparticules d'hydrate de silicate de calcium ont été développées et utilisées pour améliorer les propriétés mécaniques et de durabilité du ciment et du béton. Dans le cas des hydrates de silicate de calcium, ces particules ne réagissent pas directement avec le ciment mais elles provoquent une accélération de l'hydratation du ciment. Cette accélération est due à un mécanisme de nucléation hétérogène qui fait croître plus rapidement le gel C-S-H, le principal produit de l'hydratation du ciment. Ils reçoivent d'ailleurs le nom de "graines".Cependant, ces matériaux en suspension ont tendance à s'agréger et à absorber l'eau de gâchage lorsqu'ils sont ajoutés aux pâtes de ciment. La réduction de l'eau disponible réduit la fluidité et entrave l'ouvrabilité du mélange. Il est donc nécessaire d'augmenter la teneur en eau du mélange pour retrouver les propriétés initiales d'ouvrabilité. Des rapports plus élevés de l'eau sur la poudre de ciment (w/c), génèrent des structures plus poreuses dans les pâtes durcies avec une résistance mécanique plus faible et une durabilité plus faible. Ainsi, l'augmentation de la teneur en eau provoque l'effet inverse de celui que l'on obtiendrait en ajoutant les nanoparticules.La méthode la plus répandue pour résoudre cet inconvénient est l'utilisation d'adjuvants superplastifiants. Ils permettent de réduire la teneur en eau des mélanges de ciment tout en maintenant leurs propriétés d'ouvrabilité. Cependant, plusieurs problèmes ont été signalés concernant l'utilisation de ce type de réducteurs d'eau en présence de nanoadditions, comme le saignement ou la ségrégation.L'objectif de ce travail est d'améliorer la dispersion des particules de semences sans avoir à ajouter plus d'eau. Dans cette optique, la thèse se concentre sur la synthèse et la caractérisation de particules cristallines d'hydrate de silicate de calcium avec des fonctionnalités organiques obtenues par réaction hydrothermique sous-critique et par réaction supercritique/hydrothermique continue afin d'obtenir des particules pouvant être facilement dispersées dans des suspensions de ciment.Dans ce travail, la synthèse de xonotlite (Ca6Si6O17(OH)2) et de tobermorite (Ca5(OH)2Si6O16- 4H2O) avec des molécules de polyéthylène glycol sera discutée. De plus, la fonctionnalisation covalente de la xonotlite et de la tobermorite a également été étudiée en utilisant une molécule de siloxane qui contient un groupe zwitterionique. Une molécule zwitterionique contient une charge positive et négative séparée dans la même molécule et pourrait stabiliser une suspension via des répulsions électrostatiques. Enfin, l'ajout de ces particules organiquement fonctionnalisées au ciment a été effectué et leur effet sur la rhéologie, la réaction d'hydratation et les propriétés mécaniques au jeune âge a été étudié.