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The impact of calcite impurities in clays containing kaolinite on their reactivity in cement after calcination

Résumé

The use of supplementary cementitious materials as a partial replacement for Portland cement is the most effective way to reduce the carbon footprint of the concrete industry. Raw clays containing kaolinite (kaolin) are promising substitute materials. In the field, raw clays are often mixed with calcite and this is thought to affect their behaviour after calcination. This study explores the influence of calcite impurities on the mineralogy and reactivity a kaolinitic clay. A kaolin sample was blended with different quantities of calcite. The results show that during calcination calcite is decomposed, but no significant amount of free lime or amorphous calcium carbonate are formed. A granular deposit was observed that partially covers the kaolinite particles. The decomposition of calcite and formation of the deposit is associated with a reduction in specific surface area, which increases with the amount of calcite that is intermixed in the raw clay. TEM-EDS analysis showed that the deposit corresponds to a new phase formed from the interaction of kaolinite and calcite, with an Al/Si ratio ranging from 0.74 to 0.88 and Ca/Si ratio between 0.86 and 1.65. Reduction of the calcination temperature to 700 degrees C reduces the calcite decomposition and the negative impact on reactivity.

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Minéral argileux
Les minéraux argileux, ou simplement les argiles, sont des aluminosilicates hydratés de la famille des phyllosilicates. Ces minéraux sont les constituants principaux des roches argileuses et du matériau obtenu à partir de ces roches après un éventuel raffinage (ces roches et ce matériau sont également appelées argiles). Ces derniers sont classés en trois grandes familles selon l'épaisseur des feuillets (0,7 ; 1,0 ou ), qui correspondent à un nombre de couches d'oxydes tétraédriques (Si) et octaédriques (Al, Ni, Mg, Fe, Fe, Mn, Na, K).
Argile
L’argile est une matière rocheuse naturelle à base de silicates ou d'aluminosilicates hydratés de structure lamellaire, provenant en général de l'altération de silicates à charpente tridimensionnelle, tels que les feldspaths. Elle peut être une matière localement abondante, très diverse, traitée ou raffinée avant emploi, à la fois meuble ou plastique (souvent après addition d'eau) ou à pouvoir desséchant, absorbant ou dégraissant, voire à propriétés collantes ou encore réfractaires, pour servir par exemple autrefois selon des usages spécifiques, souvent anciens, au potier et au briquetier, au maçon et au peintre, au teinturier et au drapier, au verrier et à l'ouvrier céramiste.
Béton de ciment
thumb|upright=1.0|Un mètre cube de béton (représentant la production mondiale annuelle de béton par habitant). Le béton de ciment, couramment appelé béton, est un mélange de ciment, de granulats, d'eau et d'adjuvants. Histoire du béton de ciment Ciment Le ciment se compose essentiellement de chaux, de silice, d'alumine et d'oxyde de fer combinés au silicate et aluminate de calcium. Les différents ciments résultent du mélange de clinker, de calcaire, de laitier et de cendres volantes (qui sont des composés à effet pouzzolanique, mais non considérés comme des pouzzolanes).
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