1.6 Propriétés des
géopolymères
La synthèse des géopolymères à
partir de diverses sources de matières premières aluminosilicates
offre la possibilité d'obtenir des matériaux possédant des
propriétés physiques et/ou chimiques variables.
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En effet la réaction de géopolymérisation
a lieu à une température inférieure à 100 °C.
En fonction des conditions de synthèse, les produits obtenus peuvent
acquérir 70% de leurs propriétés mécaniques finales
durant les quatre premières heures (Van Jaarsveld et Van Deventer,
1996). En particulier, certains ciments géopolymères
présentent une résistance à la compression de l'ordre de
20 MPa après 4 heures de maintien à 20°C. Après 28
jours, l'on
obtient une résistance à la compression de
l'ordre de 70 à 100 MPa (Davidovits, 1994). Par ailleurs les
géopolymères résistent assez au feu et aux attaques
acides, présentent un faible retrait et une bonne résistance aux
cycles gel-dégel (Liew et al., 2011).
Plusieurs travaux (Herman, 1999 ; Van Jaarseld et
al., 1996) montrent que la structure des géopolymères
présente une faible perméabilité, favorisant leur
utilisation pour l'immobilisation des métaux toxiques. D'après
Davidovits, l'utilisation du ciment géopolymère dans le
génie civil pourrait réduire les émissions de CO2 de
l'industrie cimentière actuelle de 80 % (Davidovits, 1994).
1.7 Facteurs influençant les
propriétés des géopolymères
Ces dernières années, dans le souci de
comprendre le mécanisme de la géopolymérisation, plusieurs
études ont été menées sur les facteurs
influençant les propriétés des
géopolymères.
Xu et Van Deventer, ont étudié la
géopolymérisation de 15 minéraux naturels
d'aluminosilicates. Il ressort de ces travaux qu'une solubilité accrue
de ces minéraux dans la solution alcaline, améliore la
résistance à la compression des géopolymères
obtenus. Par ailleurs, cette étude montre que la résistance
à la compression des géopolymères est influencée
par des facteurs tels que : le pourcentage de CaO et de K2O, le rapport molaire
Si/Al dans le minéraux ; le type de solution alcaline (NaOH ou KOH) et
le ratio Si/Al de la solution activatrice (Xu et Van Deventer, 2000).
Les travaux de Davidovits ont montré que la
réaction de géopolymérisation est plus rapide lorsque la
solution activatrice contient le silicate de sodium ou de potassium
comparée à celle ne contenant que de l'hydroxyde alcalin
(Davidovits, 1991).
Rovnanik a étudié l'effet de la
température sur les propriétés des
géopolymères à base de métakaolinite. Il ressort de
ses travaux que l'augmentation de la température de synthèse des
géopolymères améliore leur propriété
mécanique et augmente la taille et le volume total des pores (Rovnanik,
2010). Une étude similaire réalisée par Muniz-V et
al., a montré qu'il existe une température optimale de
traitement (60°C) à laquelle les géopolymères
présentent de meilleures propriétés mécaniques et
physiques (Muniz-V et al., 2011).
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Shindhunata et al. ont montré que
l'augmentation de la température de traitement accroit la dissolution
des précurseurs et le taux de polycondensation dans la réaction
de géopolymérisation (Shindhunata et al., 2006).
Van Jaarseld et al. ont montré qu'une vitesse
de chauffe et/ou une température élevée font
apparaître des craquelures et ont un effet négatif sur les
propriétés physiques des géopolymères à base
du mélange cendres volantes/kaolinite (Van Jaarseld et al.,
2002).
Duxson a étudié l'évolution des
propriétés mécaniques et de la microstructure des
géopolymères à base de métakaolinite pour des
rapports Si/Al compris entre 1,15 et 2,15. Il obtient une meilleure
résistance à la compression pour un rapport Si/Al égale
1,90. Les analyses microstructurales montrent que les matériaux
présentent une porosité importante et sont peu structurés
pour Si/Al = 1,40, tandis que pour Si/Al = 1,65 les matériaux ont des
pores de l'ordre du micron et sont plus homogenes (Duxson, 2006).
De Silva et al. ont étudié le
rôle de la silice (SiO2) et de l'alumine (Al2O3) dans la cinétique
de la géopolymérisation. Ils ont remarqué que le temps de
prise augmente avec le ratio SiO2/Al2O3 (De Silva et al., 2007).
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