Controlling Rheological and Setting Properties of Geopolymers by Optimizing Physical Properties of Particles and Mixing Protocols

Dans cette thèse, l’effet des propriétés d’empilement de la poudre constitutive sur les propriétés rhéologiques des géopolymères est étudié. De plus, les effets du protocole de malaxage appliqué sur la rhéologie, la cinétique de réaction et le temps de prise sont étudiés. Dans une première partie, l’empilement de diverses poudres est optimisé à l’aide du modèle d’empilement compressible (MEC) qui est développé pour l’optimisation de la distribution granulométrique des matériaux de construction. Nos résultats montrent que l’optimisation de l’empilement des particules permet une diminution de la viscosité des géopolymères. Il permet en outre un contrôle des propriétés à l’état frais indépendamment des propriétés mécaniques. Ces changements sont dictés, comme on le sait dans la littérature, par la nature de la poudre dans le mélange binaire, la fraction volumique solide de l’échantillon de géopolymère ou le rapport molaire et la viscosité de la solution de silicate de sodium. Dans une seconde partie, nous montrons que le protocole de malaxage du géopolymère, ou plus généralement son historique de cisaillement, affecte la cinétique de réaction, le comportement rhéologique et le temps de prise. En étudiant la rhéologie et le temps de prise de matériaux soumis à différents cisaillements, tout en faisant varier la température de la solution de silicate de sodium, nous suggérons que les variations de température induites par le cisaillement sont à l’origine de ces changements. Ceci suggère que, même si le cisaillement à grande vitesse influence la morphologie et la localisation des hydrates dans les pâtes de ciment et seulement légèrement leur température, les variations de température dans les pâtes géopolymères, caractérisées par leur importante viscosité, sont à l’origine de l’accélération de la prise et de la perte d’ouvrabilité In this thesis, the effect of the packing properties of the constitutive powder on the rheological properties of geopolymers is studied. Moreover, the effects of the applied mixing protocol on rheology, reaction kinetics, and resulting setting time are investigated.In a first part, the packing density of various powders are optimized using the Compressible Packing Model (CPM) that is developed for the optimization of the particle size distribution of construction materials.Our results show that optimization of particle packing allows for a decrease in the viscosity of geopolymers. It moreover allows for a control of the fresh propertie