Données techniques C3S 1

Synthèse de Ca 3 SiO5
1) Frittage à l'état solide Carbonate de calcium et silice sont mélangés et chauffés à haute température (1450°C to 1650°C), suivant la réaction globale

SiO2 + 3 CaCO3   =>  Ca 3SiO5 + 3 CO2.

La  réaction peut être divisée en 3 étapes principales

a)  Décarbonatation de CaCO3 suivant : CaCO3  =>  CaO + CO2

b) Formation de Ca 2SiO4  comme composé intermédiaire : 2 CaO +  SiO2  =>  Ca 2SiO4 

c) Formation of Ca 3SiO5  suivant : Ca 2SiO4 + CaO  => Ca3SiO5

Cette dernière réaction a été très étudiée et se déroule suivant une processus de diffusion contrôlée d'après l'équation de  Ginstling-Brounshtein. Quand la phase liquide apparaît dans le système ( c'est-à-dire pendant la clinkérisation industrielle) la réaction est facilitée   et se termine aux alentours de 1450°C et en un temps très court (1/2 heure).
En l'absence de phase liquide, ou quand il y en a peu, la température  est plus élevée ( 1600°C). Dans ce cas, il est possible d'ajouter des minéralisateurs (ex. fluorine CaF2)  pour diminuer la température de cuisson.

2) Co précipitation de sel de calcium  (nitrate or oxalate) et silice colloidale La solution de sel de calcium ( nitrate par exemple) est mélangée à de la silice
3 Ca (NO3)2 + SiO2 + H2O - =>  Ca 3Si (OH)5  + HNO3
L'acide nitrique est évaporé à basse  température (300°C) et une masse amorphe est obtenue. Finalement, le produit est cuit à  1450°C.

3) Procédé Sol gel La méthode est basée principalement sur un processus de polymérisation c'est à dire, une hydrolyse et polycondensation d'alkoxyde métallique. En général, la réaction simultanée d'hydrolyse et de polycondensation conduit à la formation de particules qui se ré-agglomèrent. Ces alkoxydes ne peuvent pas être utilisés pour une polymérisation et formation dun réseau polymérique continu. Les alkoxydes de silice comme  Si(OC2H5)4  (appelé aussi TEOS) se comportent de manière particulière car  il s'hydrolysent plus lentement et incomplètement pour produire des espèces solubles . Par polycondensation , ces espèces donnent lieu à la formation  d'un réseau polymérique étendu.

Pour un simple composant l'alkoxyde est d'abord partiellement  hydrolysé.
M(OR)x + y H2O => M(OR)x-y (OH) y + y ROH
Les espèces partiellement hydrolysées vont former des liaisons M-O-M par  réaction de polymérisation et condensation. Si un groupe OH  réagit avec un groupe OR, alors un autre alcool ROH sera produit par formation de liaisons M-O-M. Quand plus dune espèce est impliquée, 2 types de réactions sont possibles . Celles où  tous les constituent cationiques sont fournis  comme alkoxyde (TEOS et calcium alkoxyde) et  celles où pour différentes raisons (coût, disponibilité,..) les composants sont fournis sous formes de sels solubles ( TEOS et nitrates de calcium)