Structural and thermodynamical study of hydartes cement model
Etude structurale et thermodynamique d'hydrates modèle du ciment
Résumé
The C-S-H phase obtained by cement dissolution/precipitation process is responsible for the cement mechanical properties ; her structure is thought to be similar to Tobermorite (natural mineral). The topic is to study cement cohesion by prospecting lamellar tobermoritic sheets. The lamellar structure of synthesised tobermoritic C-S-H is highlighted : samples with Ca/Si ratio 0.9 are well crystallised. The dehydration/rehydration process study identified the existence of 3 tobermorite phases and thermal behaviour similarities with a "real" cement. We demonstrate the irreversibility of 14-11 Å transition. The study is oriented to understand the cohesion interlayer water role in relation with the two possible 11 Å natural tobermorite structures: Hamid's structure (independents layers) and Merlino's structure (bounded layers). The confrontation between experimental (29Si-RMN and infra-red spectroscopy) and numerical results (ab-initio and free energy minimisation) indicate the Hamid's structure as an acceptable model of Tobermoritic C-S-H. Keywords : Tobermorite, C-S-H, XRD, adsorption isotherms, infra red spectroscopy, NMR, ab-initio, free energy minimisation.
Les hydrates de ciment (C-S-H) obtenus par dissolution/précipitation du ciment anhydre, constituent la matrice donnant au matériau ses propriétés mécaniques et sont structurellement analogues de la tobermorite, un calcio-silicate lamellaire naturel. La compréhension de la cohésion du ciment passe donc par la compréhension de la cohésion entre feuillets tobermoritiques. La structure lamellaire de différents échantillons de CSH tobermoritiques synthétisés par "chimie douce" a été mise en évidence ; les échantillons avec un rapport Ca/Si égal à 0.9 étant particulièrement bien cristallisés. L'étude du processus de déshydratation pour ces échantillons a permis d'identifier 3 phases et de montrer la similarité de comportement vis à vis du "vrai" ciment. Nous montrons que la transition 14-11 Å est irréversible. Se pose alors la question du rôle de l'eau interfoliaire dans la cohésion du matériau en relation avec les deux structures possibles décrites dans la littérature pour la tobermorite naturelle 11 Å : la proposition d'Hamid (1981) décrivant un ensemble de feuillets indépendants et celle de Merlino et al (1999) décrivant des feuillets chimiquement liés. La confrontation entre résultats expérimentaux (29Si-RMN et spectroscopie infra-rouge) et numériques (calculs ab-initio et minimisation d'énergie) indique que la structure d'Hamid est un modèle acceptable pour les C-S-H tobermoritiques. La nature des liaisons inter-feuillets est d'origine coulombienne au sens de l'énergie de réseau des solides ioniques.