Les pouzzolanes sont des matériaux à base de silicate qui réagissent avec (consomment) l’hydroxyde de calcium généré par le ciment hydratant pour former des matériaux cimentaires supplémentaires.

Pourquoi la consommation d’hydroxyde de calcium est-elle une bonne chose? L’hydroxyde de calcium (chaux) représente jusqu’à 25% du ciment Portland hydraté, et la chaux ne contribue pas à la résistance ou à la durabilité du béton. Les pouzzolanes se combinent avec la chaux pour produire de l’hydrate de silicate de calcium supplémentaire, le matériau responsable du maintien du béton. En consommant l’excès de chaux:

• La résistance du béton est augmentée
• Sa densité est augmentée
• L’efflorescence est diminuée
• La propension à la réaction alcali-silice (réaction avec le verre) est diminuée, voire pratiquement éliminée

Typiquement, les pouzzolanes sont utilisées comme remplacements de ciment plutôt que comme ajouts de ciment. L’ajout de pouzzolanes à un mélange de béton existant sans enlever une quantité équivalente de ciment augmente la teneur en pâte et diminue le rapport eau / ciment. En d’autres termes, l’ajout de pouzzolanes à un mélange modifie les proportions du mélange. Le remplacement d’une partie du ciment par des pouzzolanes préserve les proportions du mélange. Les pouzzolans remplacent le ciment livre pour livre.

Selon la taille des particules, la composition chimique et le dosage, différentes pouzzolanes affecteront la résistance du béton différemment et à différents moments du durcissement.

De gauche à droite: Cendres volantes de classe C, Métakaolin, Fumées de silice, cendres volantes de classe F, Scories, Schistes Calcinés. De la Portland Cement Association

Les pouzzolanes typiques comprennent:

• metakaolin
• fumée de silice
• cendres volantes
• scories
• VCA (alumino-silicate de calcium vitrifié)

Parmi celles-ci, la fumée de silice est la plus réactive, la métakaoline étant proche de la fumée de silice en termes de réactivité. Les cendres volantes sont moins réactives, en particulier pendant les premiers jours de durcissement lorsque moins d’hydroxyde de calcium est généré.

Généralement plus les particules de pouzzolane sont fines, plus elles sont réactives. La fumée de silice est la plus fine avec la plupart des particules en moyenne de 0,3 µm (microns), le métakaolin en moyenne d’environ 4 µm, le ciment Portland en moyenne d’environ 15 µm et les cendres volantes d’environ 70 µm.

De nombreux pouzzolans sont des déchets de procédés industriels. Les cendres volantes proviennent des centrales au charbon, et les fumées de silice et les scories proviennent de certaines raffineries d’acier. En tant que tels, la couleur, la qualité, la gradation et les propriétés peuvent varier et ne sont pas contrôlées.

Les VCA et les métakaolin sont des pouzzolanes fabriqués à dessein. La qualité, la couleur et d’autres caractéristiques peuvent être contrôlées, de sorte que la cohérence du produit est plus grande. Il peut également y avoir différentes qualités disponibles.

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La plupart des pouzzolanes sont utilisées individuellement, mais des mélanges de deux pouzzolanes différentes ou plus peuvent être utilisés pour tirer parti des caractéristiques offertes par chaque pouzzolane. Des exemples typiques sont les mélanges de cendres volantes et de fumées de silice, où les cendres volantes augmentent la maniabilité et l’emballage des particules et la fumée de silice contribue au développement précoce de la résistance et de la résistance totale.