Traitement de la surface des fumées de silice avec un agent silane

Le ciment à la fumée de silice a été amélioré par l'utilisation de silane, qui a été introduite soit par revêtement des particules de fumée de silice avec le silane ou en utilisant le silane comme adjuvant. Les deux méthodes d'introduction de silane similaire ont amélioré la maniabilité, la résistance à la traction et à la compression, mais la dernière méthode conduit à une ductilité inférieure à la compression, capacité d'amortissement plus faible, plus de retrait au séchage, faible teneur en vides d'air, une densité plus élevée, une chaleur spécifique plus élevée et une plus grande conductivité thermique, principalement en raison du réseau de couplage covalent parmi les particules de fumée de silice.

Le traitement de surface des fumées de silice par des agents de couplage au silane est connu pour l'amélioration de la liaison entre une charge céramique (matière de remplissage céramique) et une matrice de polymère [Y. Xu et D. D. L. Chung, 1999]. En dépit de la différence de structure chimique entre le ciment et les polymères, les agents de couplage au silane sont efficaces pour les deux types de matrices. L'efficacité du silane pour le ciment est due à la réactivité de ses extrémités moléculaires avec des groupes –OH et la présence de groupes -OH sur la surface à la fois de la silice et du ciment. En outre, la nature hydrophile du silane est prévue pour améliorer la maniabilité

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du mélange (les caractéristiques rhéologiques) et d'améliorer la dispersion des fumées de silice dans le mélange. Selon les travaux de [Y. Xu et D.D.L. Chung, 2000], l’agent de couplage peut être introduit dans le ciment à la fumée de silice de deux façons:

- sous forme de revêtement de la surface de la fumée de silice avant son utilisation comme ajout.

- en tant que mélange, en ajoutant l’agent de couplage (silane) directement dans le mélange de ciment.

[Y. Xu et D.D.L. Chung, 2000], ont observé que l'utilisation des fumées de silices avec un agent de couplage selon les deux méthodes provoque une augmentation de la maniabilité du mélange (affaissement) (tableau 2.6).

Avec le traitement à base de silane (soit par la méthode d’introduction ou par le revêtement de surface) et en absence d’agent réducteur d'eau, la maniabilité est meilleure que le mélange avec de la fumée de silice telle que reçue et en présence d’agent réducteur d'eau pour une quantité de 1% en poids de ciment [Y. Xu et D.D.L. Chung, 2000]. Avec l’introduction de silane dans le mélange et en ajoutant un agent réducteur d'eau (0,2%) en poids de ciment, la maniabilité est presque aussi bonne que le mélange avec de la fumée de silice comme reçue (non traitée) et l'agent réducteur d'eau pour une quantité de 2% en poids de ciment [Y. Xu et D.D.L. Chung, 2000]. Le traitement des fumées de silice améliore la mouillabilité de ces particules par de l'eau ainsi la maniabilité du mélange de mortier a été augmentée.

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Comme le montre le tableau 2.7 pour les pâtes de ciment à 28 jours de durcissement, la résistance à la traction, la ductilité à la traction, la résistance à la compression et le module à la compression, sont augmentés et la ductilité de compression est diminuée par l'addition de fumée de silice (15% en poids de ciment) qui n'a pas été traitée [Y. Xu et D.D.L. Chung, 2000].

Tableau 2.7 Propriétés mécaniques des pâtes de ciment à 28 jours de durcissement [Y. Xu et D.D.L. Chung, 2000]

Avec 15% en poids de ciment, (b) avec 0.2% en poids de ciment.

D’après les mêmes chercheurs [Y. Xu et D.D.L. Chung, 2000], la résistance à la traction et la résistance à la compression ont encore augmenté et la ductilité à la compression est en outre diminuée lorsque la fumée de silice traitée par un silane (méthode de revêtement de surface) est utilisée. D'autre part, la ductilité à la traction est essentiellement non affectée par l'addition de fumée de silice traitée.

Aussi, [Y. Xu et D.D.L. Chung, 2000] ont démontré que l'utilisation d’un mélange de silane (0,2% en poids du ciment) et la fumée de silice non traitée (dernière colonne du tableau 2.7) améliore la résistance à la traction, la résistance à la compression et le module de compression mais diminue la ductilité en compression, par rapport à la pâte avec des fumées de silice non traitées et sans silane.

Les effets de l'utilisation de la fumée de silice par les deux méthodes sont tout à fait semblables, sauf que le module de compression est plus élevé et la ductilité à la compression est inférieure dans le dernier cas en raison du réseau de couplage de silane covalent entre les particules de fumée silice L'utilisation de silane comme additif qui est ajouté directement dans le mélange de ciment implique un peu plus de matériau de silane, mais un coût de traitement inférieur à l'utilisation de silane sous la forme d'un revêtement

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sur la fumée de silice. Les deux méthodes de l'introduction de silane entrainent des augmentations des résistances à la traction et à la compression.

Selon [Y. Xu et D.D.L. Chung, 2000], le réseau obtenu par la méthode de mélange de l’introduction de silane ne résulte pas du procédé de revêtement de silane, dû à la localisation de silane dans le revêtement, qui fournit néanmoins un couplage chimique entre la fumée de silice et le ciment. Le réseau, qui est formé à partir de l'hydrolyse (condensation) et la réaction de polymérisation du silane lors de l'hydratation de ciment, provoque également la diminution de ductilité.

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