Stabilization of raw earth by alkaline activation : Study of the physicochemical phenomena and their influence on the functional properties
Stabilisation de la terre par activation alcaline : Etude des phénomènes physico-chimiques et de leur influence sur les propriétés d’usage
Résumé
Earth is a building material that has three major advantages from an ecological point of view: it is locally available, it requires little transformation and it has very interesting hygrothermal properties for the construction of low energy consumption houses. However, traditional earthen construction techniques do not meet current productivity and sustainability requirements. In order to overcome these shortcomings, earth can be stabilized by adding cement, which significantly affects its hygrothermal properties, increases its ecological impact and reduces its recycling potential. The use of other hydraulic binders formulated from industrial co-products seems to be a promising alternative in order to reduce the ecological impact of stabilized soil concretes. This thesis work started with an in-depth study of the alkaline activation of slag, which allowed to highlight the optimal activation conditions (nature and concentration of the activator) as well as to identify their influence on the hydration kinetics, the nature of the hydrates formed and the mechanical properties of the binder obtained. Then, the mechanical and physico-chemical interactions between the activation solution, the slag and the clay matrix of three different soils were studied. This work, on the scale of the binder and of the pure paste, allowed to formulate concretes which meet the current requirements of implementation and mechanical resistance for the realization of load-bearing walls. Moreover, these concretes present hygrometric properties appreciably higher than those obtained by a cement stabilization. The study of their porous structure allowed to better understand the effects of stabilization on the hygrometric properties and to explain the differences of measured properties. Finally, the environmental impact of these concretes was evaluated and confirmed their ecological interest compared to cement-stabilized earth concretes.
La terre est un matériau de construction qui possède trois grands avantages d’un point de vue écologique : il est disponible localement, il nécessite peu de transformations et il possède des propriétés hygrothermiques très intéressantes pour la construction d’habitats à faible consommation énergétique. Cependant, les techniques traditionnelles de construction en terre ne répondent pas aux exigences de productivité et de durabilité actuelles. Afin de pallier ces défauts, la terre peut être stabilisée par ajout de ciment, ce qui affecte significativement ses propriétés hygrométriques, augmente son impact écologique et réduit son potentiel de recyclage. L’utilisation d’autres liants hydrauliques formulés à partir de co-produits industriels semble être une alternative prometteuse afin de réduire l’impact écologique des bétons de terre stabilisée. Ce travail de thèse a débuté par l’étude approfondie de l’activation alcaline du laitier, qui a permis de mettre en évidence les conditions d’activation optimales (nature et concentration de l’activateur) ainsi que d’identifier leur influence sur la cinétique d’hydratation, la nature des hydrates formés et les propriétés mécaniques du liant obtenu. Puis, les interactions mécaniques et physico-chimiques entre la solution d’activation, le laitier et la matrice argileuse de trois terres différentes ont été étudiées. Ce travail, à l’échelle du liant et de la pâte pure, a permis de formuler des bétons qui répondent aux exigences actuelles de mise en œuvre et de tenue mécanique pour la réalisation de murs porteurs. De plus, ces bétons présentent des propriétés hygrométriques sensiblement supérieures à celles obtenues par une stabilisation au ciment. L’étude de leur structure poreuse a permis de mieux comprendre les effets de la stabilisation sur les propriétés hygrométriques et d’expliquer les différences de propriétés mesurées. Enfin, l’impact environnemental de ces bétons a été évalué et a permis de confirmer leur intérêt écologique par rapport à des bétons de terre stabilisée au ciment.
Origine : Version validée par le jury (STAR)