Métakaolin

Le métakaolin est la forme calcinée anhydre du minéral argileux kaolinite . Les roches riches en kaolinite sont connues sous le nom de kaolin ou kaolin, traditionnellement utilisées dans la fabrication de la porcelaine . La taille des particules du métakaolin est plus petite que celle des particules de ciment , mais pas aussi fine que celle de la fumée de silice .

La qualité et la réactivité du métakaolin dépendent fortement des caractéristiques de la matière première utilisée. Le métakaolin peut être produit à partir de diverses sources primaires et secondaires contenant de la kaolinite : Le métakaolin est une forme déshydratée de kaolinite, un type de minéral argileux. Les minéraux riches en kaolinite sont également appelés kaolin ou kaolin, qui sont traditionnellement utilisés dans la production de porcelaine. La taille des grains du métakaolin est inférieure à celle des particules de ciment, mais elle n'est pas aussi minuscule que celle de la fumée de silice.

• Gisements de kaolin de haute pureté
• Gisements de kaolinite ou sols tropicaux de moindre pureté
• Déchets de boues de papier (si contenant de la kaolinite)
• Résidus de sables bitumineux (s'ils contiennent de la kaolinite)

La kaolinite, un minéral argileux de type TO , ne contient pas de cations interfoliaires ni d'eau interfoliaire. La température de déshydroxylation dépend de l'ordre d'empilement des couches structurales. La kaolinite désordonnée se déshydroxyle entre 530 et 570 °C, la kaolinite ordonnée entre 570 et 630 °C. La kaolinite déshydroxylée déshydroxylée présente une activité pouzzolanique plus élevée que la kaolinite ordonnée. La déshydroxylation du kaolin en métakaolin est un processus endothermique en raison de la grande quantité d'énergie nécessaire pour éliminer les ions hydroxyles liés chimiquement. Au-dessus de la plage de température de déshydroxylation, la kaolinite se transforme en métakaolin, une structure amorphe complexe qui conserve un certain ordre à longue portée en raison de l'empilement des couches. Une grande partie de l'aluminium de la couche octaédrique devient coordonnée de manière tétraédrique et pentaédrique. Pour produire une pouzzolane (matériau cimentaire supplémentaire), une déshydroxylation presque complète doit être atteinte sans surchauffe, c'est-à-dire complètement grillée mais pas brûlée. Cela produit un état amorphe , hautement pouzzolanique, alors qu'une surchauffe peut provoquer un frittage , pour former un réfractaire non réactif et calciné à mort , contenant de la mullite et un spinelle Al-Si défectueux. Les températures d'activation optimales rapportées varient entre 550 et 850 °C pour des durées variables, cependant la plage de 650 à 750 °C est la plus couramment citée. En comparaison avec d'autres minéraux argileux, la kaolinite présente un large intervalle de température entre la déshydroxylation et la recristallisation, ce qui favorise beaucoup la formation de métakaolin et l'utilisation d'argiles kaoliniques activées thermiquement comme pouzzolanes. De plus, comme la couche octaédrique est directement exposée à la couche intermédiaire (par comparaison avec les minéraux argileux TOT tels que les smectites, par exemple), le désordre structurel est obtenu plus facilement lors du chauffage.

Le métakaolin à haute réactivité (HRM) est une pouzzolane aluminosilicate réactive hautement transformée , un matériau finement divisé qui réagit avec la chaux éteinte à température ordinaire et en présence d'humidité pour former un ciment résistant à durcissement lent. Il est formé par calcination de kaolinite purifiée, généralement entre 650 et 700 °C dans un four rotatif à chauffage externe . Il est également signalé que le HRM est responsable de l'accélération de l'hydratation du ciment portland ordinaire (OPC), et son impact majeur est observé dans les 24 heures. Il réduit également la détérioration du béton par la réaction alcali-silice (ASR), particulièrement utile lors de l'utilisation de verre concassé recyclé ou de fines de verre comme agrégat. La quantité de chaux éteinte qui peut être liée au métakaolin est mesurée par le test Chapelle modifié.

Les propriétés de surface d'adsorption des métakaolins peuvent être caractérisées par analyse par chromatographie en phase gazeuse inverse .

Considéré comme ayant une réactivité deux fois supérieure à celle de la plupart des autres pouzzolanes , le métakaolin est un adjuvant précieux pour les applications béton/ciment. Le remplacement du ciment Portland par 8 à 20 % en poids (% en poids) de métakaolin produit un mélange de béton qui présente des propriétés techniques favorables, notamment : l'effet de remplissage, l'accélération de l'hydratation des OPC et la réaction pouzzolanique . L'effet de remplissage est immédiat, tandis que l'effet de la réaction pouzzolanique se produit entre 3 et 14 jours.

• Résistances à la compression et à la flexion accrues
• Perméabilité réduite (y compris perméabilité au chlorure)
• Potentiel réduit d’ efflorescence , qui se produit lorsque le calcium est transporté par l’eau jusqu’à la surface où il se combine avec le dioxyde de carbone de l’atmosphère pour former du carbonate de calcium, qui précipite à la surface sous forme de résidu blanc.
• Résistance accrue aux attaques chimiques
• Durabilité accrue
• Effets réduits de la réactivité alcali-silice (ASR)
• Amélioration de la maniabilité et de la finition du béton
• Rétrécissement réduit, grâce au « tassement des particules » qui rend le béton plus dense
• Amélioration de la couleur en éclaircissant la couleur du béton permettant de teinter une couleur intégrale plus claire.
• Résistance thermique plus élevée grâce à des niveaux de température plus élevés

• Béton léger, à hautes performances et à haute résistance
• Béton préfabriqué et coulé en moule
• Produits en fibrociment et en ferrociment
• Béton renforcé de fibres de verre
• Comptoirs, sculptures d'art (voir par exemple les sculptures autoportantes d' Albert Vrana )
• Mortier et stuc