Thaumasite
La thaumasite est un minéral silicate de calcium, contenant des atomes de silicium dans une configuration octaédrique inhabituelle, de formule chimique Ca3Si(OH)6(CO3)(SO4)·12H2O, parfois également écrite plus simplement CaSiO3·CaCO3·CaSO4·15H2O.
| Thaumasite Catégorie VII : sulfates, sélénates, tellurates, chromates, molybdates, tungstates[1] | |
 Thaumasite (blanc) avec de la prehnite (vert) de la Fairfax Quarry, Virginie | |
| Général | |
|---|---|
| Classe de Strunz | 7.DG.15
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| Classe de Dana | 32.04.04.
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| Formule chimique |
Ca3Si(OH)6(CO3)(SO4)·12H2O |
| Identification | |
| Masse formulaire | 622,62 uma |
| Couleur | Incolore, blanc, jaune pale |
| Classe cristalline et groupe d'espace | Pyramidal (6) symboles H-M : (6) P63 |
| Système cristallin | Hexagonal |
| Réseau de Bravais | a = 11,030(7), c = 10,396(6) [Å] ; Z = 2 |
| Clivage | Indistinct |
| Cassure | Subconchoïdal |
| Habitus | Prismatique, fibreux, massif, radial |
| Échelle de Mohs | 3,5 |
| Trait | Blanc |
| Éclat | Vitreux à soyeux |
| Propriétés optiques | |
| Indice de réfraction | nω = 1.498–1.507 nε = 1.458–1.470 |
| Biréfringence | Uniaxial (-) ; δ = 0,039 |
| Transparence | Transparent à translucide |
| Propriétés chimiques | |
| Densité | 1,877 |
| Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. | |
Il se présente sous forme de cristaux hexagonaux prismatiques incolores à blancs, typiquement sous forme de groupes rayonnants aciculaires. On le trouve également en masses fibreuses. Sa dureté est de 3,5 et il a une densité de 1,88 à 1,90. Optiquement, il est uniaxial négatif avec des indices de réfraction nω = 1,507 et nε = 1,468.
Il apparaît comme minéral d'altération hydrothermale dans les gisements de sulfure et d'altération géothermale du basalte et du tuf volcanique. On le trouve avec les zéolites, l'apophyllite, l'analcime, la calcite, le gypse et la pyrite[2].
La thaumasite peut également se former en même temps que d'autres silicates de calcium hydratés (CSH) lors de l'altération du ciment, particulièrement lors d'une réaction sulfatique. La réaction peut conduire à l'affaiblissement, à l'expansion et à la fissuration du béton. Contrairement à l'attaque sulfatique conventionnelle, dans laquelle l'hydroxyde de calcium et les aluminates de calcium hydratés réagissent avec les sulfates pour former du gypse et de l'ettringite, dans le cas de la formation de thaumasite, les hydrates de calcium de la pâte de ciment peuvent aussi être attaqués. Par conséquent, même du béton contenant du ciment Portland résistant aux sulfates peut être affecté[3].
Elle fut décrite pour la première fois en 1878 en Suède et nommé d'après le terme grec, "thaumazein", être surpris, en référence à sa composition inhabituelle avec des anions carbonate, sulfate et hydroxysilicate[4].
La structure silicate de la thaumasite est inhabituelle du fait de la présence d'un atome de silicium non-tétraédrique dans son réseau cristallin[5] - [6]. Par ailleurs, une configuration octaédrique atypique est observée pour l'atome de silicium présent dans la thaumasite sous forme d'hexahydroxysilicate : [Si(OH)6]2−, un groupement ayant une géométrie similaire à celle de l'ion hexafluorosilicate [SiF6]2−.
Minéraux apparentés
Autres minéraux silicates de calcium hydratés (C-S-H) :
- Afwillite
- Acide hexafluorosilicique, un composé chimique avec un atome de silicium octaédrique hexa-coordonné
- Gyrolite
- Jennite
- Stishovite, un minéral rare haute pression ayant également un atome de silicium octaédrique hexa-coordonné
- Tobermorite
Notes et références
- La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
- « thaumasite », sur Mineral Handbook
- (en) D. E. Wimpeny, D. Slater, Ravindra K. Dhir, M. Roderick Jones et Li Zheng, « Thaumasite in concrete structures: Some UK case studies », Challenges of Concrete Construction: Volume 3,‎ , p. 127–137 (DOI 10.1680/rraeoc.31753.0014)
- (en) « Thaumasite », sur Mindat.org
- (en) J. A. Duffy et D. E. Macphee, « The coordination number of silicon in silicon−oxygen compounds: The special case of 6-fold coordination in thaumasite », The Journal of Physical Chemistry B, vol. 111, no 30,‎ , p. 8740–8745 (PMID 17608517, DOI 10.1021/jp071343n)
- (en) S. D. Jacobsen, J. R. Smyth et R. J. Swope, « Thermal expansion of hydrated six-coordinate silicon in thaumasite, Ca3Si(OH)6(CO3)(SO4)·12H2O », Physics and Chemistry of Minerals, vol. 30, no 6,‎ , p. 321–329 (DOI 10.1007/s00269-003-0328-0, Bibcode 2003PCM....30..321J)
Voir aussi
Bibliographie
- (en) J. Aguilera, S. MartÃnez-RamÃrez, I. Pajares-Colomo et M. T. Blanco-Varela, « Formation of thaumasite in carbonated mortars », Cement and Concrete Composites, vol. 25, no 8,‎ , p. 991–996 (ISSN 0958-9465, DOI 10.1016/S0958-9465(03)00121-5)
- (en) S. J. Barnett, C. D. Adam et A. R. W. Jackson, « Solid solutions between ettringite, Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O, and thaumasite, Ca3SiSO4CO3(OH)6·12H2O », Journal of Materials Science, vol. 35, no 16,‎ , p. 4109–4114 (DOI 10.1023/A:1004898623884, Bibcode 2000JMatS..35.4109B)
- (en) S. J. Barnett, D. E. Macphee, E. E. Lachowski et N. J. Crammond, « XRD, EDX and IR analysis of solid solutions between thaumasite and ettringite », Cement and Concrete Research, vol. 32, no 5,‎ , p. 719–730 (ISSN 0008-8846, DOI 10.1016/S0008-8846(01)00750-5)
- (en) Thomas Matschei et Fredrik P. Glasser, « Thermal stability of thaumasite », Materials and Structures, vol. 48, no 7,‎ , p. 2277–2289 (ISSN 1359-5997, DOI 10.1617/s11527-014-0309-4)
- (en) M.M. Rahman et M.T. Bassuoni, « Thaumasite sulfate attack on concrete: Mechanisms, influential factors and mitigation », Construction and Building Materials, vol. 73,‎ , p. 652–662 (ISSN 0950-0618, DOI 10.1016/j.conbuildmat.2014.09.034)