Synthesis by supercritical fluids methods of advanced additions for cementitious materials

par Marta Díez García

Thèse de doctorat en Physico-Chimie de la Matière Condensée

Sous la direction de Cyril Aymonier et de Juan José Gaitero Redondo.

  • Titre traduit

    Synthèse en milieux fluides supercritiques de materiaux d’addition avancés pour les ciments


  • Résumé

    Le ciment est le matériau le plus utilisé de nos jours pour plusieurs raisons: de bonnes propriétés mécaniques à la compression, un faible coût et une facilité d'utilisation. Cependant, le ciment est fragile lorsqu'il est soumis à des charges élevées et il est susceptible de se dégrader par des agents externes. Pour cette raison, différents additifs sont utilisés pour modifier le processus de prise et ainsi les propriétés finales du ciment. Parmi ces additifs, il y a un type appelé « accélérateurs de prise » qui permet la prise de la matrice de ciment plus rapidement. Il existe un type d'additifs « accélérateurs » qui constituent des points de germination pour la formation de gel C-S-H autour d'eux. L'objet de ce travail a été de développer une nouvelle voie de synthèse, basée sur la technologie eau supercritique, de deux nanoadditifs d'hydrates de silicate de calcium : la xonotlite et la tobermorite.Dans un premier temps, la synthèse a été effectuée dans des conditions souscritiques. Ensuite, il a été développé un réacteur continu supercritique adapté à la synthèse de ces nanoadditifs. Les synthèses ont été réalisées à 400 ° C et 23,5 MPa. La xonotlite et la tobermorite ont toutes deux été obtenues en réduisant drastiquement les temps de réaction d'heures/semaines (dans des conditions souscritiques) à quelques secondes seulement, dans des conditions supercritiques.Le dernier point étudié a été l'effet d'ensemencement par ces deux additifs de la pâte de ciment. Dans tous les cas, il a été observé, une accélération de la réaction et également une amélioration de la résistance du ciment.En conclusion, ce travail présente une nouvelle méthode ultra-rapide pour synthétiser des hydrates de silicate de calcium très cristallins, et prouve également l'effet « accélérateur » de ces particules lorsqu'elles sont utilisées comme germes dans des pâtes de ciment. Cette recherche propose une nouvelle méthodologie pour la synthèse des additifs pour ciments.


  • Résumé

    Cement is the most used material nowadays due to several reasons: its good mechanical properties to compression, its low cost, and its easy use. However, cement is fragile when submitted to high charges and it is susceptible to degradation by external agents. For this reason different additions are used modify the setting process or the final properties of the cement paste. Among them there are one type called “setting accelerators” that develop the cementitious matrix faster. There is one type of accelerating additions that act as seeds; these are nucleating points for the formation of C-S-H gel around them. The aim of this work is to develop a new synthesis route, based on supercritical water technology, of two calcium silicate hydrates nanoadditions. These products are xonotlite and tobermorite.The first approach to the synthesis was done under subcritical conditions. After that it was developed the supercritical continuous reactor in order to adapt it to the necessities of the synthesis of the nanoadditions. The syntheses were carried out at 400ºC and 22.5 MPa. Both xonotlite and tobermorite were obtained reducing drastically the reaction times from hours/weeks (under subcritical conditions) to just some seconds under supercritical conditions.The last point studied was the seeding effect of both particles into cement paste. In every case it was observed, an acceleration of the reaction and also an improvement of the strength trough mechanical test.As a conclusion this work presents a new ultrafast method to synthesize highly crystalline calcium silicate hydrates, and also proves the accelerating effect of these particles when they are used as seeds in cement pastes. This research proposes a new methodology for the synthesis of additions to cement.


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