Introduction

Béton haute performance (CHP) est un matériau de construction moderne qui a gagné en popularité en raison de ses excellentes propriétés, comme une haute résistance, durabilité, et perméabilité réduite. HPC est spécialement conçu pour répondre aux exigences des projets de construction modernes en offrant des caractéristiques de performance améliorées. L'un des composants essentiels qui contribuent à l'amélioration des performances du HPC est l'utilisation d'adjuvants minéraux. Dans ce blog, nous discuterons du rôle des adjuvants minéraux dans le HPC, avec un accent particulier sur la fumée de silice.

Que sont les adjuvants minéraux?

Définition et importance

Adjuvants minéraux, également appelés matériaux cimentaires complémentaires (SCM), sont des matériaux finement divisés qui sont ajoutés aux mélanges de béton pour améliorer leurs performances. Ces matériaux sont issus de sources naturelles ou de sous-produits industriels et sont utilisés pour remplacer une partie du ciment dans le béton. L'utilisation d'adjuvants minéraux présente plusieurs avantages, tel que:

• Durabilité et performance améliorées du béton
• Réduction de la consommation de ciment
• Réduction de l'impact environnemental et de l'empreinte carbone
• Rentabilité

Certains types courants d'adjuvants minéraux comprennent les cendres volantes, laitier granulé de haut fourneau broyé (GGBFS), fumée de silice, et métakaolin.

Fumée de silice dans le béton haute performance

Aperçu

Fumée de silice, également connu sous le nom de microsilice, est un sous-produit de la production d'alliages de silicium et de ferrosilicium dans les fours à arc électrique. Il se compose de particules sphériques très fines riches en dioxyde de silicium (SiO2) contenu, qui oscille généralement entre 85% et 98%. En raison de ses propriétés uniques, la fumée de silice est devenue un composant essentiel de béton haute performance mélanges.

Propriétés de la fumée de silice

La fumée de silice présente plusieurs propriétés qui en font un adjuvant minéral très efficace pour le HPC, tel que:

• La taille des particules: Les particules de fumée de silice sont extrêmement fines, avec un diamètre moyen d'environ 0.1 micromètres, lequel est 100 fois plus petits que les particules de ciment. Cette petite taille de particules contribue à améliorer la densité de tassement du béton, entraînant une perméabilité réduite et une résistance accrue.
• Activité pouzzolanique: La fumée de silice présente une activité pouzzolanique élevée, ce qui signifie qu'il réagit avec l'hydroxyde de calcium (un sous-produit de l'hydratation du ciment) pour former du silicate de calcium hydraté supplémentaire (CSH) gel, le liant primaire du béton. Cette réaction contribue à renforcer la résistance, durabilité, et résistance aux attaques chimiques.
• Haute teneur en silice: La haute teneur en SiO2 de la fumée de silice en fait un excellent adjuvant minéral, car il participe activement au processus d'hydratation et améliore la microstructure du béton.

Avantages de l'utilisation de la fumée de silice dans le HPC

L'incorporation de fumée de silice dans des mélanges de béton à haute performance offre plusieurs avantages, y compris:

• Résistance à la compression accrue: La fumée de silice peut améliorer considérablement la résistance à la compression du béton en améliorant sa microstructure et en augmentant la formation de gel CSH. Des recherches ont montré que les mélanges de béton contenant de la fumée de silice peuvent atteindre des résistances à la compression supérieures à 100 MPa.
• Durabilité améliorée: L'utilisation de fumée de silice dans le HPC conduit à une microstructure plus dense et plus imperméable, ce qui améliore la durabilité du béton. Cela se traduit par une résistance accrue aux produits chimiques agressifs, pénétration de chlorure, et attaques de sulfates.
• Résistance améliorée à l’abrasion et à l’érosion: La microstructure dense du HPC contenant de la fumée de silice offre une meilleure résistance à l'abrasion et à l'érosion, ce qui le rend adapté aux applications telles que les sols industriels, tabliers de pont, et ouvrages hydrauliques.

• Réaction alcali-silice réduite (RSA): L’activité pouzzolanique de la fumée de silice peut aider à atténuer le risque d’ASR dans le béton. ASR is a deleterious reaction between the alkalis in cement and reactive aggregates, leading to the formation of a gel that swells and causes cracking in the concrete. By consuming the calcium hydroxide and reducing the alkalinity of the concrete, silica fume helps to minimize the potential for ASR.
• Meilleure force de liaison: L'utilisation de fumée de silice dans HPC peut conduire à une meilleure force de liaison entre le béton et les barres d'armature, ce qui est crucial pour la performance structurelle des éléments en béton armé.

Teneur optimale en fumée de silice en HPC

The optimum silica fume content in high-performance concrete mixtures can vary depending on the specific requirements of a project. En général, la teneur en fumée de silice est comprise entre 5% et 15% en poids du total des matériaux cimentaires. Cependant, une teneur plus élevée en fumée de silice peut être utilisée pour des applications spéciales où une résistance et une durabilité extrêmes sont nécessaires. Il est essentiel d'ajuster correctement la teneur en eau et le dosage du superplastifiant dans les mélanges HPC contenant de la fumée de silice pour assurer une maniabilité adéquate et une facilité de mise en place..

Autres adjuvants minéraux pour HPC

Alors que la fumée de silice est un adjuvant minéral très efficace pour le béton haute performance, ce n'est pas la seule option disponible. D'autres adjuvants minéraux couramment utilisés en HPC comprennent:

• Cendres volantes: Un sous-produit de la combustion du charbon dans les centrales électriques, la cendre volante est connue pour ses propriétés pouzzolaniques et sa capacité à améliorer la maniabilité des mélanges de béton. Il est souvent utilisé en combinaison avec de la fumée de silice pour optimiser les performances du HPC.
• Laitier granulé de haut fourneau broyé (GGBFS): Le GGBFS est un sous-produit de l'industrie sidérurgique et présente à la fois des propriétés cimentaires et pouzzolaniques. Lorsqu'il est utilisé en HPC, GGBFS peut contribuer à améliorer la maniabilité, chaleur d'hydratation réduite, et une résistance accrue à long terme.
• Métakaolin: Produit par calcination d'argile kaolinite purifiée, le métakaolin est un matériau pouzzolanique hautement réactif qui peut améliorer considérablement la résistance, durabilité, et résistance aux attaques chimiques en HPC.

Conclusion

Adjuvants minéraux, en particulier la fumée de silice, jouer un rôle crucial dans l'amélioration des performances des bétons à hautes performances. En améliorant la microstructure du béton, la fumée de silice contribue à augmenter la résistance à la compression, durabilité, et résistance aux attaques chimiques. L'utilisation d'adjuvants minéraux dans le HPC améliore non seulement les performances du matériau, mais favorise également la durabilité en réduisant la consommation de ciment et en utilisant des sous-produits industriels..