Activation alcaline des kaolins non calcinés

Alkaline activation of non-calcined kaolins

• Auteur / Autrice : Emilie Emmanuel
• Direction : Dimitri Deneele, Michaël Paris
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Guy Ouvrard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Myriam Duc, Julien Waligora
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maguy Jaber, Georges Aouad

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux

Silicates d'aluminium

Zéolites

Kaolin

Mots clés libres

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Résumé

Dans un contexte de valorisation des ressources naturelles et de mode de construction réduisant l’impact environnemental, l’utilisation de matériaux alcali-activé pourrait être une solution alternative. L'activation alcaline (AA) du kaolin calciné (métakaolin) est bien connue pour produire un liant aux propriétés très intéressantes. Cependant, la calcination du kaolin est coûteuse et énergivore et pourrait ne pas s’avérer nécessaire lorsqu’on cherche à améliorer les propriétés mécaniques de sols par exemple de quelques mégapascals. Ainsi, dans cette thèse, nous avons étudié l’AA de kaolin non calciné par une solution de silicate de sodium enrichie ou non en soude afin d’évaluer le potentiel réactif de ce que pourrait être un sol modèle riche en kaolins. La description réactionnelle s’est principalement basée sur l’utilisation de la DRX et la RMN du solide ( 29 Si et 27 Al). La Kaolinite montre une réactivité qui augmente en présence de soude qui se traduit par la formation de différents gels riches en Si et par la formation de zéolites dont les caractéristiques diffèrent en fonction des concentrations étudiées (Hydroxysodalite, Phillipsite, Zéolite X). Enfin, une modification des conditions de cure a été étudiée. La cure au contact de l’air inhibe la formation de zéolites et favorise la formation d’un gel plus riche en Al. Pour finir les propriétés mécaniques des matériaux sont étudiées. Les résistances mécaniques développées sont faibles et l’incorporation de kaolin activé à un métakaolin réduit fortement la résistance à la compression des matériaux. La formation de zéolites (Chabazite-Na et Phillipsite) est proposée pour expliquer cette baisse des résistances.

In a context to valorize natural resources and construction method which reduce environmental impact, the use of alkali-activated materials could be an alternative solution. Alkaline activation (AA) of non-calcined kaolin (metakaolin) is well known to produce a binder with very interesting properties. However, kaolin calcination process is expensive and energy consuming and is not necessary when trying to improve the mechanical properties of soils, for example, by a few megapascals. Thus, we studied the alkaline activation of non-calcined kaolin with a sodium silicate solution enriched or not in soda in order to evaluate the reactive potential of what a model soil rich in kaolins could be. The reaction description was based mainly on XRD and solid-state NMR ( 29 Si and 27 Al). Kaolinite shows an increased reactivity in the presence of soda, which results in the formation of different Si-rich gels and in the formation of zeolites whose characteristics differ according to the concentrations studied (Hydroxysodalite, Phillipsite, Zeolite X). Finally, a modification of the curing conditions was studied. The cure in contact with air inhibits the formation of zeolites and promotes the formation of a gel richer in aluminum. To finish the mechanical properties of materials were studied. The developed mechanical resistances are lowand the incorporation of activated kaolin with a metakaolin greatly reduces the compressive strength of the materials. Zeolites formation (Chabazite-Na and Phillipsite) is proposed to explain this decrease in resistance.