Liants phosphomagnésiens : Mécanisme de prise et durabilité

= Magnesia-phosphate cements : mechanism of setting and durability

• Auteur / Autrice : Emmanuel Soudée
• Direction : Jean Pera
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mouillage (chimie des surfaces)

Cinétique chimique

Magnésium

Phosphates

Liants

Ciment

Résumé

Grâce à un développement rapide de leurs résistances, les liants phosphomagnésiens ont été largement utilisés dans les pays anglosaxons pour les travaux de réparation rapides. Cependant, la méconnaissance du mécanisme de durcissement a freiné leur utilisation, aussi l'objet de cette étude a-t-il été de préciser ce phénomène. Il s'agit d'une réaction acide-base entre une poudre de magnésie et une solution de phosphate monoammonique. Au contact de l'eau, la cinétique de mouillage de la magnésie dépend de sons état de surface alors que le passage en solution des ions MG2+ est fonction de l'acidité de la solution. Les ions MG2+ se complexent alors avec les molécules d'eau pour former un composé MG(H20) 62+. Ces complexes peuvent se substituer aux molécules d'eau lors du mouillage de la magnésie et restent accrochés sur la surface qu'ils recouvrent progressivement. Ces complexes servent de points d'amorçage à la cristallisation de la struvite qui est composée de polyèdres PO 43, NH4+ et MG(H20) 62+ tenus entre eux par des liaisons hydrogènes. L'influence des différents composés du mélange sur la cinétique de la réaction a été analysée ainsi que les hydrates développés avec l'apparition de schertelite et de dittmarite. Les retardateurs de prise comme l'acide borique ou le chlorure de sodium agissent en complexant les ions magnésium en solution pour le premier ou en freinant directement leur passage en solution pour le second. De plus, une étude de durabilité a montré que les liants phosphomagnésiens résistaient bien à l'acide lactique pour peu que la porosité et la quantité de magnésie en excès soient faibles. A l'opposé, avec une plus forte porosité ou un faible excès de MAP en fin de réaction, ils résistent au sulfate d'ammonium.

Thanks to their rapidly growing resistance, the magnesia-phosphate cements have been widely used for rapid repairing in English-speaking countries. However, the lack of knowledge regarding the mechanism of setting has slowed down their use and the goal of this work is to understand the process of crystal evolution. It was an acid base reaction between magnesia powder and a solution of mono-ammonium phosphate. When being in contact with mixing water, the kinetics of magnesia wetting depends on its surface condition whereas its dissociation is due to the acidity of the solution. Then, Mg2+ ions react with the water molecules to form hydrated compounds, Mg(H2O)62+. These complexes can substitute to water molecules during magnesia wetting and remain stuck on the surface they progressively recover. These surface layer can be the beginning of the crystallization of the struvite network which is made up of PO43-, NH4+ and Mg(H2O)62+ polyhedrons held together by hydrogen bonds.