Optimisation d'un matériau à activation alcalne à base de laitier et de sol argileux

Alkali activated material optimisation based on ground granulated blast furnace slag and clay

• Auteur / Autrice : Sylvain Louvel
• Direction : Mohamed Boutouil, Moussa Gomina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 16/06/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Ali Nordine Leklou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Boutouil, Moussa Gomina, Mahfoud Benzerzour, Thouraya Salem
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ali Nordine Leklou, Mahfoud Benzerzour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Plan d'expérience

Mots clés libres

Matériaux à activation alcaline

Optimisation mécanique et environementale,

Squelette granulaire argileu

Alkali activation materials

Experimental design

Mecanical and environemetal optimisation

Clay granular base

Résumé

La valorisation de certains « sous-produits », comme les laitiers de hauts fourneaux, ou déchets de chantier, comme les terres excavées, est une solution qui permettrait au domaine de la construction de diminuer sa pression environnementale. En diminuant la consommation de ressources primaires, elle permettrait d’éviter une émission massive de gaz à effet de serre en plus d’aider au traitement de ses propres déchets. L’utilisation des laitiers de hauts fourneaux dans des matériaux à activation alcaline est déjà un sujet de recherche très prometteur. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail : l’optimisation d’un matériau utilisant l’activation alcaline de laitier avec squelette granulaire argileux. Dans un premier temps des études préparatoire ont montré l’infaisabilité d’une activation alcaline directe d’un sol argileux non traité et la difficulté d’utilisation des paramètres de formulations couramment utilisés. Cependant les observations ont montré une réaction de l’argile en présence de solution d’activation. Par la suite une optimisation la matrice liante par un plan d’expérience factoriel centré réduit. Cette optimisation a évalué par le ratio l’émission de gaz carbonique sur la résistance mécanique en compression. Cette optimisation a aussi permis d’étudier l’influence de paramètres de la solution d’activation sur un matériau à squelette granulaire sableux. Une formule optimale a été prédite par le modèle à 48,66 (kgCO2-e/m3)/MPa et les résultats expérimentaux ont validé cette formulation avec des valeurs à 49,90 (kgCO2- e/m3 )/MPa. La formulation optimisée a finalement servi de référence dans une étude comparative utilisant plusieurs squelettes granulaires argileux. L’utilisation de squelettes granulaires même faiblement argileux ne s’est finalement pas avérée concluante car entrainant une baisse des résistances mécaniques du matériau.

The recovery of certain "by-products", such as blast furnace slag, or construction waste,such as excavated earth, is a solution that would allow the construction industry to reduce itsenvironmental pressure. By decreasing the consumption of primary resources, it would avoidmassive greenhouse gas emissions and would help to treat its own waste. The use of blast furnaceslag in alkaline-activated materials is already a very promising research topic. It is in this context thatthe present work is inscribed: the optimization of a material using alkaline activation of slag with claygranular skeleton. Initially, preparatory studies showed the unfeasibility of a direct alkaline activationof an untreated clayey soil and the difficulty of using the parameters of formulations commonly used.However, the observations showed a reaction of the clay in the presence of activation solution.Subsequently an optimization of the binding matrix by a factorial centered experimental design. Thisoptimization evaluated by the ratio of carbon dioxide emission on the mechanical resistance incompression. This optimization also allowed to study the influence of parameters of the activationsolution on a sandy granular skeleton material. An optimal formulation was predicted by the modelat 48.66 (kgCO2-e/m3 )/MPa and the experimental results validated this formulation with values at49.90 (kgCO2- e/m3)/MPa. The optimized formulation was finally used as a reference in acomparative study using several clay granular skeletons. The use of granular skeleton even weaklyargillaceous did not finally prove conclusive with a fall of the mechanical resistances of materials.