L’accélérateur de prise innovant

La production de ciment est très énergivore et occasionne des émissions élevées de CO₂. Pour les diminuer, l’industrie du ciment continue de réduire la teneur en clinker du ciment. Il faut savoir que la production d’une tonne de clinker dégage 0,72 tonne de CO₂. Pour remplacer le clinker, on moud notamment du calcaire, du pouzzolane naturel, des cendres volantes issues des centrales à charbon et du laitier (de haut fourneau). Le durcissement au jeune âge de ces bétons issus de ciments composés représente toutefois souvent un défi majeur.

Le phénomène de durcissement du ciment, du début de la prise au durcissement final, se divise pratiquement en quatre phases:

Phase d’induction

Dès que le ciment entre en contact avec de l’eau, une réaction courte et intense se produit. L’eau réagit avec la surface du clinker du ciment et provoque ainsi le durcissement de la pâte du ciment.

Phase dormante

L’hydratation spontanée se ralentit temporairement. Environ une à trois heures après avoir ajouté de l’eau, les surfaces du clinker s’ouvrent et la prise commence.

Phase d’accélération

Elle commence après environ quatre heures. À la surface des particules de clinker se forment des cristaux d’ettringite longitudinaux. À leur périphérie apparaissent les premières particules de silicates de calcium hydratés (CSH). Les interstices entre les particules de ciment se comblent progressivement avec les cristaux qui s’enchevêtrent et le ciment commence sa prise.

Phase de retard

Par la suite, la texture du béton devient de plus en plus compacte et se durcit en gardant toutefois un taux réduit d’hydratation.

Le phénomène de durcissement des ciments à faible teneur en clinker est plus lent. Pour répondre aux exigences des ingénieurs en matière de résistance mécanique et pouvoir respecter les délais toujours plus exigeants sur les chantiers, on ajoute des accélérateurs au ciment. Le département R & D de Mapei a développé un accélérateur totalement inédit qui se distingue nettement des produits traditionnels.

Contrairement aux accélérateurs traditionnels à base de sels inorganiques ou organiques, Mapefast Ultra agit comme catalyseur favorisant la formation de germes et la croissance de cristaux dans le ciment. Les nanoparticules de Mapefast Ultra déclenchent la formation des cristaux de CSH bien plus tôt et de manière plus intense. Mapefast Ultra réduit la phase dormante et permet de démarrer la phase de durcissement plus rapidement. En outre, les nanoparticules favorisent la répartition homogène des cristaux CSH dans le volume de la pâte de ciment. Ces éléments raccourcissent le délai de prise et le volume moyen des pores se réduit. De ce fait, la pâte de ciment présente une résistance mécanique plus élevée et une perméabilité à l’eau plus faible.

Il est très courant dans l’industrie de la préfabrication de pièces en béton que l’utilisation de la chaleur (p. ex. la vapeur et l’air chaud) accélère le durcissement du béton. Cette méthode présente toutefois des inconvénients: le béton traité à la chaleur est soumis à des contraintes thermiques qui peuvent altérer la microstructure de la pâte de ciment, ce qui lui fait perdre de sa résistance mécanique et de sa durabilité. Ajouter Mapefast Ultra permet de se passer complètement d’un traitement thermique et fait économiser des coûts et des émissions de CO₂. En se basant sur l’analyse d’un cycle de vie, Mapei a pu prouver que cela permettait de réduire les émissions de CO₂ de 10 pour cent.