Valorisation des laitiers issus de l'élaboration d'aciers inoxydables dans le béton

Use of stainless steel slag as aggregate in concrete

• Auteur / Autrice : Obafèmi Gildas Franck Adegoloye
• Direction : Albert Noumowe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Soutenance le 19/09/2014
• 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 : Ginette Arliguié
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Ferriere, Anne-Lise Beaucour, Sophie Ortola
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : André Lecomte, Sébastien Rémond

Mots clés

Mots clés libres

Laitier d'aciérie inox

Four

Aod

Granulat

Béton

Stainless steel slag

Eaf

Aod

Aggregate

Concrete

Résumé

Le laitier EAF inox et le laitier AOD sont les deux principaux laitiers issus de l'élaboration des aciers inoxydables. Aujourd'hui ces laitiers ne sont valorisés qu'en construction routière. Cette utilisation ne permet pas d'assurer une valorisation complète et pérenne de ces laitiers dont une large part reste stockée. Compte tenu des propriétés physiques des laitiers EAF inox et AOD solidifié par stabilisation, leur utilisation comme granulats dans le béton peut être intéressante. L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité de cette voie de valorisation. Ces travaux sont réalisés en deux parties.Premièrement les propriétés physico-chimiques et mécaniques des granulats de laitiers EAF inox et AOD stabilisé sont déterminées. La composition minéralogique complète de ces granulats de laitiers issus de l'élaboration d'aciers inoxydables est aussi analysée afin de rechercher la présence éventuelle de minéraux instables et incompatibles à leur utilisation dans le béton. Compte tenue de la fluorescence sous rayons ultra-violet (UV) des laitiers, une nouvelle approche qui associe les UV et les analyses minéralogiques courantes (DRX, MEB, EDS) est développée dans cette étude. Cette étape de caractérisation des granulats des laitiers étudiés fait de ce mémoire de thèse le premier rapport sur la caractérisation physique, chimique et minéralogique des granulats de laitier AOD stabilisé. La deuxième étape de cette étude consiste à réaliser des bétons en substituant, dans des proportions variées, des granulats naturels silico-calcaires d'un béton de référence par des granulats de laitiers EAF inox et AOD stabilisé. Les propriétés physiques et mécaniques de ces bétons à matrice ordinaires et à hautes performances sont évaluées. Une étude de durabilité de ces bétons est aussi effectuée à travers le suivi des propriétés mécaniques des bétons sur 365 jours, l'analyse d'indicateurs de durabilité et la réalisation d'essais de gonflement. Enfin des observations MEB sont faites sont faites les échantillons de béton âgés de 365 jours pour observer et analyser le réseau de fissures à l'interface granulat – matrice cimentaire. Les résultats montrent des propriétés adaptées à une utilisation structurelle, avec une légère amélioration des caractéristiques mécaniques et des propriétés de durabilité acceptables pour les bétons de granulats de laitiers EAF inox et AOD stabilisé.

Electric Arc Furnace (EAF) slag and Argon Oxygen Decarburization (AOD) slag are the two principal slags resulted from stainless steel manufacture. Unlike blast furnace slag, a significant part of these steel slags is not valued and has to be treated as waste. Stainless steel slags are nowadays only used as aggregates in road construction and their future valorisation in concrete for building could be interesting. To our knowledge, that possibility has not yet been studied in the literature. The objective of this work is to study the possibility of using slags from stainless steel process as aggregates in concrete. Moreover, this is the first report on mineral composition and physical properties of stabilized AOD slags from stainless steel process.In this study, physicochemical and mechanical properties of EAF slag and stabilised AOD slag aggregates are firstly determined. Mineralogical composition of these stainless steel slag aggregates is also analysed to verify if they contain mineral phases likely to show expansion reactions. An original method using short and long UV lights was developed for studying the mineralogical composition of slag. Secondly, the natural aggregates of reference concretes are substituted, in different proportions, by stainless steel slag aggregates and several physical and mechanical properties are measured on concrete samples. The evolution of concrete mechanical properties has been followed over the time up to 365 days. Similarly, durability tests and swelling tests are made on concrete samples to assess the impact of EAF and AOD slag aggregates. SEM observations of crack network at the paste-aggregate interface and in concrete samples were carried out. The results show adequate structural properties, with a slight improvement of the mechanical properties for concretes made of stainless steel slag aggregates. The durability and expansion characteristics of these concretes are sufficient for construction use.