Amélioration de granulats de béton recyclé par bioprécipitation

Enhancement of recycled concrete aggregates by bioprecipitation

• Auteur / Autrice : Heriberto Martinez Hernandez
• Direction : Ferhat Hammoum, Thierry Sedran, Marielle Guéguen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 10/03/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Université Gustave Eiffel (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Mathieu Sperandio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ferhat Hammoum, Thierry Sedran, Marielle Guéguen, Mathieu Sperandio, Richard Gagné, Eric Garcia-Diaz, Sophie Sablé, Benoît Hilloulin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Richard Gagné, Eric Garcia-Diaz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Granulats concassés

Revêtements bitumineux -- Recyclage

Écologie des sablières et gravières

Béton de sable

Sols -- Absorption et adsorption

Béton armé -- Carbonatation

Mots clés libres

Béton

Recyclage

Sable de béton recyclé

Biocarbonatation

Absorption d’eau

Concrete

Recycling

Recycled concrete sand

Biocarbonation

Water absorption

Résumé

Les granulats de béton recyclé (GBR) contiennent, de par leur origine, de la pâte de ciment résiduelle qui leur confère une forte porosité et des performances modérées. La porosité conduit à une absorption d’eau forte. C’est une difficulté importante sur le plan industriel car elle complique l’ajustement de l’eau dans les bétons qui permet de maitriser leur ouvrabilité en production. Le processus de fabrication des GBR conduit à avoir plus de pâte dans les particules les plus fines et donc plus d’absorption. En conséquence, si aujourd’hui l’industrie recycle relativement bien les gravillons de GBR dans les bétons, elle utilise peu les sables de GBR, du fait de leur plus grande porosité. Or, lors de la fabrication des GBR, on obtient environ 50 % de sables et 50 % de gravillons. En conséquence, la porosité des sables de GBR est un frein à l’économie circulaire du béton. Un certain nombre de techniques ont été proposées pour éliminer ou améliorer la pâte de ciment résiduelle mais elles posent des problèmes de coût. La carbonatation naturelle des GBR par le CO2 atmosphérique contribue à diminuer leur absorptiond’eau en obstruant leur porosité, mais c’est une réaction qui dure plusieurs mois. Des recherches sont en cours pour faire de la carbonatation accélérée (en concentrant le CO2 par exemple) à l’échelle industrielle.Le présent travail explore une idée alternative quiconsiste à former en quelques jours, à l’aide debactéries biocalcifiantes, une gangue de CaCO3 autourdes GBR et surtout de la partie sableuse, afin de limiterl’accès de l’eau à leur porosité.Dans un premier temps,des bactéries candidates non pathogènes ont étéidentifiées, sélectionnées, adaptées au milieu alcalin desGBR, puis nous avons vérifié leur aptitude à produire duCaCO3. Dans un second temps, nous avons déterminéles conditions qui favorisent une croissance des bactéries et une production de CaCO3 homogènes sur la surface de milieux gélosés modèles. L’homogénéité est en effet une condition sine qua non pour obtenir une bonne étanchéité à l’eau. Nous avons ainsi confirmé l’intérêt de sélectionner des bactéries capables de produire du biofilm. Enfin, les procédés développés ont été appliqués à des disques de mortier modèles facilitant les observations visuelles. Les résultats préliminaires confirment qu’il est possible de faire baisser l’absorption de ces mortiers de façon notable à l’échéance d’un mois. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour confirmer ces résultats encourageants sur sable de GBR.

Recycled concrete aggregates (RCA) contain, due to their origin, residual cement paste which gives them high porosity and moderate performance. The porosity leads to a strong water absorption. This is a major difficulty on the industrial level because it complicates the adjustment of water in concrete batches, which allows to control their workability in production. The RCA manufacturing process results in having more paste in the finer particles and therefore more absorption. As a result, while the industry today recycles coarse RCA into concrete relatively well, it uses small amounts of RCA sand because of their greater porosity. Yet, during the manufacture of RCA, about 50% sand and 50% coarse aggregates are obtained. Consequently, the porosity of RCA sand hinders the circular economy of concrete. A number of techniques have been proposed for removing or improving the residual cement paste, but they are expensive. The natural carbonation of RCA by atmospheric CO2 helps with decreasing their water absorption by obstructing their porosity, but this is a several month reaction. Research is ongoing to make accelerated carbonation (by concentrating CO2, for example) on an industrial scale. The present work explores an alternative idea, which consists in forming in a few days, using biocalcifying bacteria, a matrix of CaCO3 around the RCA and especially the sand part, in order to limit the access of water to their porosity. First, candidate non-pathogenic bacteria were identified, selected, adapted to the alkaline medium of RCA, then we checked their ability to produce CaCO3. In a second step, we detemined the conditions, which favor uniform bacterial colonization and production of CaCO3 on the surface of model agar media. Homogeneity is indeed mandatory to obtain good water tightness. We thus confirmed the value of selecting bacteria capable of producing biofilm. Finally, the methods developed were applied to model mortar disks facilitating visual observations. Preliminary results confirm that it is possible to significantly lower the absorption of these mortars within one month. Further work is needed to confirm these encouraging results on sand part of RCA.