Valorisation des sables de béton recyclé pour la fabrication de mortiers

Re-use of fine recycled concrete aggregates for the manufacture of mortars

• Auteur / Autrice : Zengfeng Zhao
• Direction : Sébastien Rémond, Denis Damidot, Weiya Xu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 14/02/2014
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille ; 1992-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCgE -Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement
• Partenaire(s) de recherche : École d'ingénieurs : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord ; 1878-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microstructure (physique)

Mortier liquide

Ciment

Béton

Teneur en eau

Recyclage

Granulats

Déchets (matériaux de construction)

Mots clés libres

Carbonatation

Résumé

De très grandes quantités de déchets de construction et de démolition sont produites chaque année, en même temps, de grandes quantités de granulats naturels sont nécessaires pour la construction. Jusqu'à présent, seule une petite fraction de ces déchets est réutilisée comme granulats pour la fabrication du béton. Les Granulats Recyclés (GR) sont principalement composés d’un mélange intime de granulats naturels et de pâte de ciment durcie (PCD). La pâte de ciment durcie possède généralement une porosité nettement plus élevée que celle des granulats naturels, la teneur et les propriétés physico-chimiques de la pâte de ciment présente dans les GR a ainsi une forte influence sur leurs propriétés. Les sables recyclés qui contiennent essentiellement du mortier et de la pâte, possèdent généralement un coefficient d’absorption d’eau très élevé, ce qui freine considérablement leur valorisation dans le béton. L'objectif principal de cette étude est de mieux comprendre le rôle joué par la PCD sur les propriétés des GR afin d'améliorer les méthodes de caractérisation de ces matériaux et de les réutiliser dans la fabrication de mortiers ou de bétons. Tout d'abord, une méthode expérimentale basée sur la dissolution de la PCD dans l'acide salicylique est développée et permet de mesurer la teneur en PCD des GR. Les propriétés des GR sont ensuite étudiées en fonction de la teneur en PCD, de la taille des particules et de la composition du béton d'origine. De la relation obtenue entre l'absorption d'eau et la teneur en pâte de ciment, le coefficient d'absorption d'eau de la fraction fine (0/0.63mm) peut être estimé. Différents GR industriels sont ensuite caractérisés afin d’étendre les conclusions précédentes à des GR produits dans des conditions plus réalistes. Par ailleurs, l'influence de la carbonatation sur les propriétés des GR est également étudiée. Enfin, l'influence de l'état saturation des GR sur les propriétés des mortiers frais et durci et sur leur microstructure est explorée. Les mortiers recyclés avec GR sec ont une meilleure résistance à la compression que ceux avec GR saturés. Ces résultats sont confirmés par l'étude des propriétés de l’ITZ. Les propriétés mécaniques de mortiers fabriqués avec des teneurs variables en GR ou avec des fractions de substitution différentes sont étudiées. La fraction fine des GR a une influence plus néfaste sur les propriétés des bétons recyclés que la fraction grossière.

Very large quantities of construction and demolition wastes and especially concrete wastes are produced yearly. At the same time, high amounts of natural aggregates are needed for construction industry. Up to now, only a small fraction of these concrete wastes is re-used as recycled concrete aggregates (RCA) for the manufacture of concrete. RCA are composed of an intimate mix between aggregates and hardened cement paste (HCP). Hardened cement paste is much more porous than the natural aggregates and the properties and proportions of HCP largely influence the properties of RCA. As a consequence, the fine fraction of RCA (FRCA), essentially composed of mortar and cement paste, possesses a large water demand which makes it harder to recycle into concrete.The objective of this research is to better understand the role played by HCP on the properties of RCA in relation with the improvement of the characterization methods of these materials and their reuse in the manufacture of mortar or concrete. Firstly, an experimental method based on salicylic acid dissolution allowing to determine HCP content of FRCA is developed. FRCA properties are then studied as a function of hardened cement paste content, particle sizes and properties/composition of the original concrete. From the obtained relationship between water absorption and cement paste content, the water absorption coefficient of the smaller fraction (0/0.63mm) can be estimated whereas it is difficult to measure. Secondly, different industrial RCA are characterized which allows us to expand the preceding conclusions to “real RCA”, meanwhile, the influence of carbonation on the properties of FRCA is also carried out. Finally, the influence of the saturation state of FRCA on the properties of fresh and hardened mortars and on their microstructure is explored. The recycled mortars with dry FRCA have better compressive strength than that with saturated FRCA, which is confirmed by the study of ITZ properties. The mechanical properties of mortars with different RCA content and replacement fraction are determined. The finer fraction of RCA has a worse influence on the mechanical properties of RAC than the coarser fraction.