Le ciment a été inventé par les Romains de l'Antiquité, bien avant que sa chimie ne soit comprise. Jusqu'au XIXe siècle encore, sa fabrication reposait davantage sur des formules éprouvées par le temps que sur des principes scientifiques. Aujourd'hui, la science du ciment est bien mieux maîtrisée qu'autrefois, ce qui permet de produire un matériau plus durable et plus résistant. La silice, ou dioxyde de silicium, joue un rôle fondamental dans la chimie du ciment et du béton.
La silice : définition et origine
La silice est du dioxyde de silicium cristallin : pour chaque atome de silicium qu'elle contient, elle compte deux atomes d'oxygène. Elle est extrêmement abondante dans la nature, puisque le quartz et le sable en sont constitués. Le chauffage d'un mélange de sable, de calcaire concassé et d'argile dans un four produit des granules durs appelés clinkers. La chaleur élevée provoque la formation d'oxyde de calcium à partir du calcaire concassé, qui est initialement du carbonate de calcium. L'oxyde de calcium réagit ensuite avec la silice pour former des silicates tricalciques et des silicates bicalciques, dont les formules chimiques sont respectivement Ca3SiO5 et Ca2SiO4.
L'alumine : un ingrédient complémentaire
L'argile est composée principalement d'aluminosilicates, qui apportent l'alumine à la réaction dans le four. Cet ingrédient abaisse la température nécessaire pour former de grandes quantités de silicate tricalcique à partir de la silice et du carbonate de calcium. Les silicates tricalciques comme les silicates bicalciques sont indispensables pour obtenir des clinkers de haute qualité.
Une fois refroidis, les clinkers sont broyés en une poudre fine mélangée au sulfate de calcium, puis conditionnés en sacs pour l'utilisateur final. L'ajout d'eau déclenche une autre série de réactions chimiques, encore aujourd'hui incomplètement comprises. À terme, ces réactions produisent un gel de silicate de calcium hydraté, véritable colle minérale associée à l'hydroxyde de calcium.
Des réactions chimiques indispensables
La silice est essentielle à la chimie du ciment à chaque étape de sa formation. Sans elle, ni les silicates tricalciques ni les silicates bicalciques ne se formeraient dans les clinkers ; sans ces composés, le processus ne produirait pas ce réseau collant qui se développe lors de l'hydratation. Aux côtés de l'alumine issue de l'argile et du carbonate de calcium provenant du calcaire, la silice constitue donc l'un des trois ingrédients fondamentaux de la fabrication des clinkers, même si les fabricants ajoutent souvent d'autres composés pour conférer au ciment des propriétés spécifiques.
Une résistance remarquable
La caractéristique la plus impressionnante du ciment reste sa puissance comme agent liant. Combiné au sable et au gravier, le ciment Portland donne naissance au béton, un mélange robuste indispensable à la construction. Sa solidité et sa rigidité proviennent des silicates de calcium, des minéraux durs et durables tout comme la silice — il suffit de penser à la difficulté de broyer du sable pour s'en convaincre. À l'intérieur du ciment, les silicates de calcium forment un réseau tridimensionnel qui confère au ciment et au béton leur exceptionnelle résistance.
Source : https://jardin.98905.com/landscaping-outdoor-building/paving/1007095499.html