Synthèse et caractérisation des géopolymères composites utilisant les matériaux aluminosilicates et les micro composites comme additifs

Abstract

L’objectif principal de cette étude est d’utiliser certains déchets (coquilles d’oeufs de poule et cendres de balles de riz) et un minerai (bauxite) comme matériaux respectivement riches en calcium, silicium et aluminium pour synthétiser des microcomposites et matériaux aluminosilicates comme le calcium aluminate hydraté, le calcium silicate hydraté et le calcium aluminate silicate hydraté. Ensuite, étudier leurs influences sur les résistances à la compression et les propriétés microstructurales des géopolymères composites. Les kaolins prélevés dans les régions du Littoral et de l’Ouest-Cameroun ont été utilisés comme matières premières aluminosilicates. Les microcomposites et matériaux aluminosilicates ont été obtenus à partir des sources de calcium (coquilles d’oeufs de poules), de silice (cendres de balles de riz) et d’alumine (la bauxite). Les calciums aluminate hydratés ont été synthétisés avec des rapports molaires CaO/Al2O3 égaux à 0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1,0 et 1,2. Le calcium silicate hydraté contenant un rapport molaire CaO/SiO2 maintenu à 0,4 a été synthétisé tout comme le calcium aluminate silicate hydraté avec un rapport molaire CaO/Al2O3 également maintenu à 0,4. Les solutions commerciale de sodium silicate et celle provenant des cendres de balles de riz contenant un rapport molaire SiO2/Na2O égal à 1,6 ont été utilisées comme durcisseurs. Les matières premières, les microcomposites, les matériaux aluminosilicates et géopolymères ont été caractérisés par la diffractométrie de rayons X sur poudre, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourrier, les analyses thermiques (DSC/ATG), la microscopie électronique à balayage couplée à l’énergie dispersive à rayons X, la porosimétrie à intrusion de mercure et la mesure des résistances à la compression. Les diffractogrammes de rayons X des microcomposites et des matériaux aluminosilicates présentent des phases cristallines et amorphes. L’influence du rapport molaire CaO/Al2O3 contenu dans les calciums aluminate hydratés sur les propriétés microstructurales et les résistances à la compression des composites géopolymères a été étudiée. Il en ressort que les microstructures des composites géopolymères sont homogènes, compactes et denses. Toutefois, celle du matériau géopolymère utilisant le calcium hydroxyde comme additif possède des zones riches en calcium à aspect spongieux. Le rapport molaire CaO/Al2O3 du calcium aluminate hydraté permettant de produire les géopolymères composites à base de metakaolin avec les résistances à la compression optimales (63,59 MPa) est de 0,4. Ensuite, les effets du calcium aluminate hydraté et du mélange calcium aluminate hydraté et calcium silicate hydraté ont été étudiés en substituant le metakaolin par 0, 5, 10, 15 et 20 % en masse du calcium aluminate hydraté puis par 10 et 20 % en masse du mélange calcium aluminate hydraté et calcium silicate hydraté. Il en ressort que 10 et 20% en masses respectives de calcium aluminate hydraté et du mélange calcium aluminate hydraté et calcium silicate hydraté produisent des géopolymères composites aux résistances à la compression élevées (respectivement 63,59 et 51,19 MPa) et aux diamètres des pores moyens très faibles (respectivement 10,10 et 10,80 nm). Enfin, l’influence du calcium aluminate silicate hydraté sur les propriétés microstructurales et les résistances à la compression des composites géopolymères a été examinée. Il en ressort que les microstructures des composites géopolymères sont homogènes, compactes et denses, exceptée celle du matériau géopolymère contenant 40 % en masse du calcium aluminate silicate hydraté qui est hétérogène et a un aspect spongieux. 5% en masse du calcium aluminate silicate hydraté peut être utilisé comme additif pour synthétiser les géopolymères composites à base de metakaolin avec des résistances à la compression optimales (60,84 MPa).