Silicate de calcium (homonymie)

Les silicates de calcium sont des composés chimiques constitués des oxydes de calcium et de silicium CaO et SiO₂. Sans autre précision, le terme silicate de calcium désigne généralement le silicate de dicalcium Ca₂SiO₄.

Les silicates de calcium hydratés sont aussi des oxydes mixtes de calcium et de silicium, mais auxquels s'adjoignent des molécules d'eau, plus éventuellement d'autres cations que Ca²⁺ et d'autres anions que les ions silicate.

Silicates de calcium anhydres

On connaît quatre silicates de calcium anhydres, obtenus en proportions variables par réaction de la chaux et de la silice :

• le silicate de monocalcium CaSiO₃ (ou CaO·SiO₂), également appelé métasilicate de calcium. Il existe dans la nature sous la forme du minéral appelé wollastonite, et son polymorphe, la pseudowollastonite, des inosilicates ;
• le disilicate de tricalcium Ca₃Si₂O₇ (ou 3/2CaO·SiO₂), également appelé pyrosilicate de calcium. Il existe dans la nature sous la forme du minéral appelé rankinite (ca), un sorosilicate ;
• le silicate de dicalcium Ca₂SiO₄ (ou 2CaO·SiO₂), également appelé orthosilicate de calcium ou plus communément silicate de calcium. C'est le second constituant du clinker d'où son appellation bélite en chimie du ciment. Il existe dans la nature sous la forme du minéral appelé larnite, un nésosilicate ;
• le silicate de tricalcium Ca₃SiO₅ (ou 3CaO·SiO₂), également appelé alite en chimie du ciment, car c'est le principal constituant du clinker. Il existe dans la nature sous la forme du minéral appelé hatrurite (ca), un nésosilicate.

Hydrates et hydroxydes

Les silicates de calcium existent aussi sous forme hydratée, notamment :

• le disilicate de tricalcium tétrahydraté Ca₃Si₂O₇ · 4 H₂O, plus communément appelé silicate de calcium hydraté, le principal constituant de la pâte de ciment hydratée après la prise et le durcissement du ciment.

Il existe également des silicates de calcium hydratés et hydroxylés, notamment :

• le dihydroxyde-disilicate de tricalcium dihydraté Ca₃(SiO₃OH)₂ · 2 H₂O, présent dans la nature sous la forme du minéral appelé afwillite, un nésosilicate ;
• le dihydroxyde-hexasilicate de pentacalcium tétrahydraté Ca₅Si₆O₁₆(OH)₂ · 4 H₂O, présent dans la nature sous la forme du minéral appelé tobermorite, un inosilicate ;
• l'octohydroxyde-hexasilicate de nonacalcium octohydraté Ca₉(Si₃O₉)₂(OH)₈ · 8 H₂O, présent dans la nature sous la forme du minéral appelé jennite, un inosilicate.

La stœchiométrie des silicates de calcium hydratés varie suivant leur rapport molaire CaO/SiO₂ (ou rapport atomique Ca/Si, dit rapport C/S en notation cimentière). Ce rapport est le plus souvent compris entre 0,83 et 1,50, valeurs qui correspondent aux rapports observés dans la tobermorite (Ca/Si = 5/6 ≈ 0,83) et dans l'afwillite ou la jennite (Ca/Si = 3/2 = 1,50). Quand les silicates de calcium hydratés n'ont pas de stœchiométrie clairement observable, ils sont couramment notés dans la littérature anglo-saxonne par l'abréviation C-S-H (pour calcium-silicate hydrate) où les tirets sont spécialement utilisés pour indiquer l'absence de stœchiométrie. L’abréviation CSH sans tiret est plus rarement utilisée.

Il existe enfin des silicates de calcium hydratés comportant en outre d'autres cations que Ca²⁺ ou d'autres anions que OH⁻, notamment :

• NaCa₁₆Si₂₃AlO₆₀(OH)₈ · 14 H₂O, présent dans la nature sous la forme du minéral appelé gyrolite, un phyllosilicate ;
• Ca₃Si(OH)₆(CO₃)(SO₄) · 12 H₂O, présent dans la nature sous la forme du minéral appelé thaumasite. Fait rarissime pour un silicate, la thaumasite contient un atome de silicium hexacoordonné (configuration octaédrique), dénoté par l'entité Si(OH)₆ figurant explicitement dans sa formule. Elle constitue le principal produit de dégradation du béton dans l'attaque thaumasitique (qui porte son nom).

Certains silicates de calcium sont seulement hydroxylés, comme :

• l'hexahydroxyde-disilicate d'hexacalcium Ca₆Si₂O₇(OH)₆, présent dans la nature sous la forme du minéral rare appelé jafféite (en), un sorosilicate.