Thermal stability of cements resulting from alkaline activation of kaolin, metakaolin and volcanic scoria with partial replacement of aluminium hydroxide

Abstract

Ce travail porte sur l’étude de la stabilité thermique de ciments résultant de l’activation alcaline de kaolin (K), métakaolin (MK) et scories volcaniques (Z) avec substitution partielle d’aluminium hydroxyde. A cet effet, deux adjuvants (aluminium hydroxyde amorphe (A) et aluminium oxy-hydroxyde (B)) ont été utilisés pour substituer les précurseurs aluminosilicates (0, 10, 20 et 30 % en masse) et les mélanges résultant ont été activés en milieu alcalin. Outre les matières premières et les produits de synthèse, le comportement thermique, les propriétés physiques et mécaniques ainsi que les produits obtenus par traitement thermique (300-1200 °C) ont été étudiés. Les produits de synthèse avec adjuvant ont des résistances à la compression moins élevées que ceux n’ayant pas d’hydroxyde d’aluminium. Ceci tient de ce que les adjuvants se comportent comme des fillers. Au contraire, les produits de synthèse contenant initialement l’adjuvant et traités aux hautes températures ont leur résistance à la compression et leur stabilité en volume améliorées. En effet, sans substitution, les produits de synthèse à base de K ou MK ont une faible rétention en volume (léger gonflement) et des craquelures alors que ceux à base de Z ont des boursouflures à 1100 °C. Par ailleurs, sans adjuvant, les produits de synthèse à base de K ou de MK sont morphologiquement détériorés alors que ceux à base de Z fondent totalement à 1150 °C. Inversement, les produits de synthèse obtenus par substitution de 10 % en A ou 30 % en B étalent une bonne stabilité en volume jusqu’à 1200 °C, une absence de craquelures et de boursouflures. En plus, les produits de synthèse à base de K avec 30 % de B et traités à 1100 °C ont une résistance à la compression de 29,1 MPa alors que ceux substitués avec 10 % de A ont une résistance à la compression de 60,2 MPa à 1150 °C. Traités à 1150 °C, les produits de synthèse à base de MK et à base de Z substitués avec 30 % de B accusent respectivement les résistances à la compression de 76,7 et 35,0 MPa. Ceci tient de leur densification et de la formation de nouvelles phases cristallines (mullite, corindon, néphéline et carnegieite). Malheureusement, traités à 1200 °C, ces produits conduisent à la dissolution partielle de la néphéline et la carnegieite, ce qui génère les pores fermés, d’où une diminution de leur résistance à la compression. Ainsi, au cours de leur activation alcaline, la substitution partielle des aluminosilicates (K, MK ou Z) avec 10 % de A ou 30 % de B améliore la résistance à la compression et la stabilité thermique des produits de cuisson.