Fumée de silice ou microsilice

Fumée de silice en tant que matériau amorphe ne présente pas l'ordre à longue distance d'un cristal. C'est un sous-produit obtenu à l'intérieur des fours à arc électrique utilisés pour produire du silicium métal et du ferro silicium. Être un pouzzolanique ultra-fin, il a une taille de particules de 150nm. Cette extrême finesse en fait un ingrédient idéal pour le béton. Le béton de ciment Portland étant l'exemple le plus populaire. Le béton qui contient de la fumée de silice comme ingrédient est beaucoup plus cohésif. Grâce à sa très grande surface, il aide à réduire la consommation d'eau lors de la préparation du béton et réduit également considérablement le saignement.

Métakaolin

Métakaolin, comme le nom le suggère, est obtenu à partir du minéral argileux kaolinite. Il est couramment utilisé dans la fabrication de la porcelaine. Bien que la taille des particules de métakaolin soit plus petite que celle du béton, la fumée de silice est beaucoup plus fine. Sous forme calcinée anhydre de kaolinite, il offre une meilleure résistance à la compression tout en réduisant la perméabilité. Il est couramment utilisé dans le béton à haute performance, fibrociment, mortier, et stuc.

Analyse physico-chimique

Comparaison pour une utilisation dans le béton de cendres volantes

Selon rechercher, il a été observé que l'utilisation de fumée de silice dans le béton de cendres volantes réduit l'extension de l'affaissement. Alors que le métakaolin augmente l'extension de l'affaissement, offrant ainsi une résistance à long terme. L'extension de l'affaissement pour la fumée de silice n'était que de 360 ​​mm, tandis que le métakaolin présentait une extension d'affaissement de 600 Mn. Les deux matériaux offrent une meilleure résistance à la pénétration de chlorure. Le coefficient de diffusion de l'ion chlorure pour la fumée de silice est 3.20, tandis que la valeur du coefficient pour le métakaolin est 7.47.

Comparaison des effets sur les propriétés techniques d'un sol expansif

Le sol expansif comme la bentonite ou la montmorillonite est utilisé dans la construction de plusieurs structures à travers le monde. Ils ont tendance à gonfler ou à rétrécir en fonction de la disponibilité du volume d'eau dans leur voisinage. Il reste un fait que les sols expansifs endommagent plus de maisons que les inondations et les tremblements de terre combinés. Les structures en sol expansif peuvent développer des fissures et des dommages en fonction du tassement différentiel du sol. La fumée de silice et le métakaolin sont utilisés comme additifs stabilisants pour traiter les sols expansifs. La étude mélanges préparés avec des concentrations variables des deux matériaux. L'ajout de fumée de silice a augmenté les limites d'Atterberg pour le mélange, tandis que le métakaolin le réduisait. La fumée de silice a diminué la gravité spécifique du mélange et le métakaolin l'a augmenté. Et en synchronie avec ces changements, le métakaolin a augmenté le poids sec maximum et a diminué la teneur en eau optimale du mélange. Les effets étaient un miroir opposé lorsque de la fumée de silice a été ajoutée au mélange.

Comparaison des effets sur les réactions alcali-silice

Le métakaolin à haute réactivité et la fumée de silice ont été étudié pour leur chimie de l'ASR (réaction alcali-silice) des produits. Les deux matériaux contrôlaient également l'expansion des barres de mortier. Généralement, la teneur en calcium des produits ASR continue d'augmenter avec le temps, les mélanges additionnés de fumée de silice et de métakaolin réduisent le rythme de croissance. Aussi, le rapport calcium-silice des produits ASR ne cesse d'augmenter, suivant une tendance linéaire.

Le kaolin contient 40.19% de Al203 et 54.66% de Si02, à haute teneur en principes actifs et propice à accélérer l'hydratation du ciment et à améliorer la résistance initiale du mortier ou du béton; la surface spécifique est de 15.lm2/g et les particules sont fines, qui favorise l'effet de remplissage du matériau. La teneur en ions nocifs et en alcali total est si faible qu'elle n'a aucun effet néfaste sur le mortier ou le béton.

Comparaison de la fluidité du béton

La fluidité du béton joue un rôle essentiel dans le secteur de la construction. Propriétés comme la propagation, marasme, et la perte d'affaissement sont soigneusement contrôlées. Il a été conclu dans un étude que 5% à 15% la présence de métakaolin permet une meilleure maniabilité du béton par rapport à l'utilisation de fumée de silice. Comme inférence complémentaire, l'étude a également observé que la fluidité du béton de métakaolin pourrait être encore améliorée par l'utilisation de laitier granulé de haut fourneau broyé (GGBS), ce qui est encore mieux que le béton contenant de la fumée de silice.

Comparatif de durabilité du béton

Une étude récente publiée dans Avril 2022 examiné les effets de la fumée de silice et du métakaolin sur le béton. Ils ont vérifié la perméabilité au gaz, porosité accessible à l'eau, résistivité électrique, et diffusion des ions chlorure. Des mélanges de béton avec différentes quantités d'additifs ont été préparés en utilisant différents rapports eau/liant. Des réactions pouzzolaniques ont été observées dans la microstructure du béton. La porosité accessible à l'eau a diminué de 11% à 1% avec l'introduction de fumée de silice dans le mélange de béton. Cependant, la porosité accessible à l'eau a chuté de 12% à 4% au métakaolin par rapport aux échantillons de béton contrôlés.

Diffusion des ions chlorure réduite avec l'introduction de fumée de silice 54% à 75%. Alors que la diffusion des ions chlorure a changé de 55% à 86% avec l'introduction du métakaolin. Il a été noté que les deux additifs ont un impact significatif sur la perméabilité aux gaz du béton. La présence de métakaolin réduit la perméabilité de 5% à 28%. En revanche, la perméabilité réduite de 6% à 22% après ajout de fumée de silice. La résistivité électrique va de 64% à 163% avec de la fumée de silice et de 50% à 104% au métakaolin.

Comme les deux additifs ont été ajoutés, l'étude a également conclu qu'il existe une corrélation directe entre la durabilité de l'essai et la résistance à la compression pour différents mélanges de béton.

Changements de microstructure dans l'oxyde de magnésium

L'oxyde de magnésium ou la magnésie est généralement considéré comme un matériau réfractaire en raison de sa stabilité à haute température. Par défaut, il a une faible conductivité électrique et une conductivité thermique élevée. Il trouve une utilisation dans les matériaux de construction comme agent ignifuge. Les résultats de l'étude concluent que l'ajout de fumée de silice conduit à des microstructures plus denses dans le mélange de béton, conduisant à une plus grande résistance à la compression.

Qu'advient-il du mortier lorsque la fumée de silice et le métakaolin sont ajoutés ensemble?

Généralement lors de la préparation du béton, le métakaolin et la fumée de silice sont ajoutés dans différents mélanges. Le métakaolin est finement broyé avant d'être mélangé. La fumée de silice est déjà plus fine que le métakaolin et est ajoutée pour augmenter la résistance à la compression du béton. Dans une singulière étude, la combinaison de fumée de silice et de métakaolin a été ajoutée aux mélanges dans des proportions variables. La quantité d'eau était également réglementée. Alors que les deux matériaux renforcent le béton lorsqu'ils sont ajoutés séparément, ils semblent afficher un effet synergique lorsqu'ils sont ajoutés en combinaison. Une telle combinaison excellente peut prouver son avantage dans la production de béton à haute performance.

Comparaison des effets sur l'élasticité du béton

Le métakaolin et la fumée de silice sont des additifs économiques pour la fabrication du béton. Des matériaux pouzzolaniques peuvent être ajoutés au béton de ciment pour améliorer sa résistance, durabilité, et maniabilité. UN étude exploré l'effet sur la propriété du module d'élasticité du béton lors de l'ajout de fumée de silice ou de métakaolin. On a observé que la valeur du module augmentait de 12.77% lorsque du métakaolin ou de la fumée de silice ont été ajoutés pour constituer 10% du mélange. Remplacement du ciment par 10% avec l'un ou l'autre de ces matériaux additifs peut entraîner des économies directes sur les coûts de construction et une amélioration de la résistance globale de la structure.

En plus des cas ci-dessus où les deux additifs font leurs preuves, béton binaire présentent également des améliorations significatives. Comme la fumée de silice ou le métakaolin remplace partiellement le ciment Portland, il a montré une plus grande résistance et durabilité. Après avoir remplacé le ciment par du kaolin, le taux de sable du béton peut être réduit de manière appropriée, et la quantité de poly(acide mythique) l'agent réducteur d'eau haute performance peut être légèrement augmenté pour ajuster la chute sauvage à 30-50 millimètre; après avoir remplacé le ciment par 8% fumée de silice, le taux de sable du béton peut être réduit de manière appropriée, et la quantité de poly(acide mythique) l'agent réducteur d'eau haute performance peut être légèrement augmenté pour ajuster la chute sauvage à 30-50 millimètre; à la vapeur, la force de vapeur du groupe de base est 69.6 MPa. La force de vapeur du groupe de base était de 69,6 MPa, la force de cuisson à la vapeur du mélange avec 10% la kaolinite a atteint 83,6 MPa et la résistance à la vapeur du mélange avec 8% la fumée de silice a atteint 79.SMPa, indiquant que le remplacement du ciment par de la fumée de silice et de la kaolinite peut améliorer la résistance à la vapeur du béton.

Fumée de silice, en particulier, s'est avéré utile en termes de résistance au gel-dégel et de résistance à la compression. En revanche, le métakaolin a fait ses preuves concernant la carbonatation. Ainsi, le remplacement du ciment Portland par des additifs est économique, nettoyer, et respectueux de l'environnement.