Valorisation des déchets de chantiers du BTP : comportement à haute température des béton des granulats recyclés

Promotion of agreggates obtained from demolitions sites. Behaviour of concrete containing recycled agreggates subbjected to high temperatures

• Auteur / Autrice : Cléo Laneyrie
• Direction : Albert Noumowe, Béatrice Ledésert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Soutenance le 15/12/2014
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (Cergy-Pontoise, Val d'Oise ; 2006-....) - Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil / L2MGC
• Jury : Président / Présidente : Hélène Dumontet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Lise Beaucour, Ronan Hebert, Raphael Bodet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Garcia-Diaz, Frédéric Skoczylas

Mots clés

Mots clés libres

Béton de granulats recyclés

Analyse microstrucuture

Génie civil

Science de la terre

Recycled aggregates concrete

Microstructural analysis

Civil engenering

Geoscience

Résumé

Le béton est le deuxième matériau le plus consommé au monde après l'eau. Les professionnels de la construction, de plus en plus confrontés aux questions liées à la préservation de l'environnement, font face depuis quelques années à des difficultés d'approvisionnement en matière première. D'autre part, le secteur du bâtiment produit une quantité très importante de déchets, qui sont encore trop souvent déposés en installation de stockage. La valorisation de ces déchets devient un enjeu environnemental majeur. Leur réutilisation sous forme de granulats destinés à la fabrication de nouveaux bétons permettrait la préservation des ressources naturelles, mais également une limitation de la pollution par enfouissement.Le travail de doctorat présenté dans ce manuscrit a pour objectif d'améliorer la compréhension du comportement des bétons de granulats recyclés soumis à des températures élevées. En effet, lorsque le béton est soumis à des températures élevées, lors d'un incendie par exemple, le matériau subit de nombreuses altérations - dilatation des granulats, retrait de la pâte de ciment, augmentation de la pression de vapeur au sein du matériau, ou encore différentes contraintes thermiques qui peuvent conduire à des phénomènes de fissuration et d'écaillage. De par leur composition, les granulats recyclés présentent des caractéristiques différentes des granulats naturels qui peuvent influencer les caractéristiques physiques, mécaniques et thermiques du béton. Nous comprenons qu'il est primordial d'être en mesure d'anticiper le comportement du béton recyclé à haute température afin de permettre son utilisation dans le bâtiment.Les recherches présentées ici consistent en une approche expérimentale. Deux sortes de granulats recyclés sont testées, un « granulat recyclé de laboratoire » issu d'un béton naturel formulé, coulé et concassé au laboratoire, et un « granulat recyclé industriel » issu d'un chantier de démolition. Les bétons incorporant ces granulats sont formulés avec deux types de matrices cimentaires : une matrice ordinaire, avec un rapport E/C de 0.6 et une matrice hautes performances, avec un rapport E/C de 0.3. Les bétons sont soumis à des cycles de chauffage – refroidissement jusqu'à 150°C, 300°C, 450°C et 750°C, à vitesse lente afin d'assurer l'homogénéité de la température au sein des échantillons. A l'issue de chaque traitement thermique, l'évolution des propriétés thermiques, mécaniques et microstructurales est analysée. L'enjeu de ces travaux est également de comprendre l'interaction entre les granulats et les matrices de compacité variable, à température élevée.

In the past decade, constructions sites have been growing more than ever, and the aggregate production and importation are not sufficient any more to cover the needs in construction materials. The goal set in France is to re-use 20 more Mt each year of waste as recycled material for building sites before 2020.The objective of this experimental study is to assess the high temperature behavior of ordinary and high performance concrete made with recycled coarse aggregates (RCA). Concrete behavior at high temperature -expansion of aggregates, withdrawal of cement paste, increase of vapor pressure, chemical transformations...- can lead to several phenomena such as spalling, and a dramatic loss of mechanical properties. As aggregates occupy a large volume of concrete, around 60-80%, they play a major role in the heat and mass transfer into concrete during fire. Recycled coarse aggregates (RCA) being different from natural coarse aggregates (NCA) in many ways – higher porosity, double interfacial transition zone – it is essential to study recycled aggregate concrete behavior when submitted to high temperature.Two types of recycled coarse aggregates are used. An industrial one, obtained from a building demolition site and a laboratory one was obtained from a parent concrete (PC) mixed, cast and crushed in the laboratory. From both recycled aggregates, normal concrete (w/c = 0.6) and high performance concrete (w/c = 0.3) are cast. The four recycled concretes are compared to reference concretes, with the same formulation, made with silico-calcereous coarse natural aggregates. Concretes cylinders are subjected to heating/cooling cycles, up to 150, 300, 450 or 750°C. The heating rate is 0.5°C/min, and is followed by a 2 hours stage once the target temperature is reached, to insure an homogeneous temperature inside the cylinder. Cracks of concrete specimen are observed by optical microscopy, then their residual mechanical performances are measured (compressive strength, splitting tensile strength and dynamic young modulus). Their thermal behavior (conductivity, diffusivity, specific heat, thermal gradient during heating), and the evolution of their microstructure (loss of weight, porosity) are also studied.The study is completed with a Life Cycle Analysis were the life cycle of 1m3 of concrete is studied according three options. A scenario without recycling, a scenario were demolition waste are recycled into aggregates in-situ, a scenario were demolition waste are recycled into aggregates and transported to another construction site.