Présentation du produit réfractaire à faible teneur en ciment

Les bétons réfractaires à faible teneur en ciment sont comparés aux bétons réfractaires traditionnels à base de ciment aluminate. La quantité de ciment ajoutée aux bétons réfractaires traditionnels à base de ciment aluminate est généralement de 12 à 20 %, et celle d'eau de 9 à 13 %. En raison de la forte quantité d'eau ajoutée, le béton présente de nombreux pores, est peu dense et présente une faible résistance. En raison de la forte quantité de ciment ajoutée, bien que des résistances supérieures à température normale et à basse température puissent être obtenues, la résistance diminue en raison de la transformation cristalline de l'aluminate de calcium à température moyenne. De toute évidence, le CaO introduit réagit avec SiO2 et Al2O3 dans le béton pour former des substances à bas point de fusion, ce qui entraîne une détérioration des propriétés du matériau à haute température.

Grâce à la technologie des poudres ultrafines, à des adjuvants hautement efficaces et à une granulométrie scientifique, la teneur en ciment du béton est réduite à moins de 8 % et sa teneur en eau à ≤ 7 %, ce qui permet de préparer et de mettre en œuvre un béton réfractaire à faible teneur en ciment. Sa teneur en CaO est ≤ 2,5 % et ses performances sont généralement supérieures à celles des bétons réfractaires à base de ciment alumineux. Ce type de béton réfractaire présente une bonne thixotropie, c'est-à-dire que le matériau mélangé prend une forme spécifique et commence à s'écouler sous l'effet d'une faible force externe. Une fois cette force supprimée, il conserve sa forme. C'est pourquoi on l'appelle également béton réfractaire thixotrope. Le béton réfractaire auto-coulant est également appelé béton réfractaire thixotrope. Il appartient à cette catégorie. La définition précise des bétons réfractaires à faible teneur en ciment n'a pas encore été définie. L'American Society for Testing and Materials (ASTM) définit et classe les matériaux réfractaires en fonction de leur teneur en CaO.

Dense et haute résistance sont les caractéristiques exceptionnelles des bétons réfractaires à faible teneur en ciment. Ces caractéristiques améliorent la durée de vie et les performances du produit, mais elles peuvent également engendrer des problèmes de cuisson avant utilisation : un coulage peut facilement se produire si l'on n'y prend pas garde. L'éclatement du béton peut nécessiter au minimum un nouveau coulage, voire mettre en danger la sécurité des travailleurs environnants dans les cas les plus graves. C'est pourquoi plusieurs pays ont mené des études sur la cuisson des bétons réfractaires à faible teneur en ciment. Les principales mesures techniques prises sont les suivantes : la conception de courbes de cuisson adaptées et l'utilisation d'agents antidéflagrants performants permettent d'éliminer l'eau des bétons réfractaires sans effets secondaires.

La technologie des poudres ultrafines est la technologie clé pour les bétons réfractaires à faible teneur en ciment (actuellement, la plupart des poudres ultrafines utilisées dans les céramiques et les matériaux réfractaires sont en fait comprises entre 0,1 et 10 m, et elles fonctionnent principalement comme accélérateurs de dispersion et densificateurs structurels. Le premier rend les particules de ciment hautement dispersées sans floculation, tandis que le second rend les micropores du corps de coulée entièrement remplis et améliore la résistance.

Les poudres ultrafines les plus couramment utilisées sont SiO₂, α-Al₂O₃, Cr₂O₃, etc. La surface spécifique de la micropoudre de SiO₂ est d'environ 20 m²/g et sa granulométrie est d'environ 1/100 de celle du ciment, ce qui lui confère de bonnes propriétés de remplissage. De plus, les micropoudres de SiO₂, Al₂O₃, Cr₂O₃, etc., peuvent également former des particules colloïdales dans l'eau. En présence d'un dispersant, une double couche électrique se forme à la surface des particules, générant une répulsion électrostatique. Cette force de van der Waals entre les particules est ainsi surmontée et l'énergie d'interface est réduite. Cela empêche l'adsorption et la floculation entre les particules ; en même temps, le dispersant est adsorbé autour des particules pour former une couche de solvant, ce qui augmente également la fluidité du béton. C'est également l'un des mécanismes de la poudre ultrafine, c'est-à-dire que l'ajout de poudre ultrafine et de dispersants appropriés peut réduire la consommation d'eau des bétons réfractaires et améliorer la fluidité.

La prise et le durcissement des bétons réfractaires à faible teneur en ciment résultent de l'action combinée de la liaison d'hydratation et de la liaison de cohésion. L'hydratation et le durcissement du ciment d'aluminates de calcium résultent principalement de l'hydratation des phases hydrauliques CA et CA2 et de la croissance cristalline de leurs hydrates. Ces phases réagissent avec l'eau pour former des paillettes hexagonales ou aciculaires CAH10, C2AH8. Les produits d'hydratation, tels que les cristaux cubiques C3AH6 et les gels Al2O3aq, forment ensuite un réseau de condensation-cristallisation interconnecté lors des processus de durcissement et de chauffage. L'agglomération et la liaison sont dues à la formation de particules colloïdales par la poudre ultrafine active de SiO2 au contact de l'eau et des ions lentement dissociés de l'additif ajouté (l'électrolyte). Les charges de surface des deux sont opposées, c'est-à-dire que la surface colloïdale a adsorbé des contre-ions, provoquant le £2. Le potentiel diminue et la condensation se produit lorsque l'adsorption atteint le point isoélectrique. En d'autres termes, lorsque la répulsion électrostatique à la surface des particules colloïdales est inférieure à son attraction, une liaison cohésive se produit grâce à la force de van der Waals. Après la condensation du béton réfractaire mélangé à de la poudre de silice, les groupes Si-OH formés à la surface de SiO2 sont séchés et déshydratés pour former un pont, formant un réseau de siloxane (Si-O-Si), durcissant ainsi. Dans ce réseau de siloxane, les liaisons entre le silicium et l'oxygène ne diminuent pas avec l'augmentation de la température, de sorte que la résistance continue également d'augmenter. Parallèlement, à haute température, le réseau de SiO2 réagit avec l'Al2O3 qu'il contient pour former de la mullite, ce qui peut améliorer la résistance à moyennes et hautes températures.