Effet de l'incorporation des déchets de marbre des sites miniers sur les caractéristiques physiques, mécaniques et de durabilité du béton à base de ciment local GHORI

Incorporation effect of mining site waste marble on physical, mechanical and durability characteristics of concrete based on local cement GHORI

• Auteur / Autrice : Mohammad Rafi
• Direction : Elhem Ghorbel, Amanullah Faqiri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Soutenance le 09/03/2022
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université en cotutelle avec Université Polytechnique de Kaboul (Afghanistan)
• 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)
• Jury : Président / Présidente : Françoise Fritz-Feugeas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elhem Ghorbel, Amanullah Faqiri, Maria Belen Gonzalez Fonteboa, Zoubeir Lafhaj, Safiullah Omary, Hamidullah Waizy, Pascal Gonnon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Belen Gonzalez Fonteboa, Zoubeir Lafhaj

Mots clés

Mots clés libres

Pâte de ciment

Béton

GHORI cement

Filler calcaire

Mortiers de ciment

Déchets de marbres

Cement mortars

Marble waste

Cement paste

GHORI cement

Calcareous fillers

Concrete

Résumé

Afghanistan dispose de vastes sources de roches de taille, telles que le marbre et le granit, il peut les exporter vers le Moyen-Orient et d'autres pays asiatiques. Toutefois, l'industrie afghane du marbre a souffert d'un grave manque d'investissements et d'un accès limité aux marchés internationaux au cours des trois dernières décennies de guerre. L’ampleur exacte de l'industrie afghane du marbre n'est pas encore connue, mais l’existence d'au moins 130 usines produisant du marbre est indiquée par l'Association des Producteurs de Marbre et de Granit d'Afghanistan (AMGPA).Il existe une grande variété de marbres en Afghanistan, extraits des carrières des provinces de Badakhshan, Balkh, Bamiyan, Helmand, Herat, Kaboul, Kandahar, Logar, Faryab, Wardak, Nangarhar, Paktia, Parwan et Samangan. Selon une enquête menée par l'Agence Américaine de Géologie, le volume total d'extraction de marbre est estimé à environ 1,3 milliard de tonnes, Ministère des mines et du pétrole d'Afghanistan (2019).De plus, le prix moyen d'une tonne de marbre brut est de 270 dollars sur les marchés internationaux. Le coût total du marbre d'Afghanistan serait de près de 200 milliards de dollars, Ministère du commerce et de l'industrie de l'Afghanistan (2018).L'industrie du marbre en Afghanistan produit une quantité massive de déchets en raison du manque des professionnels et de machinerie avancées, par des méthodes d'extraction appropriées. La valeur du marbre s'en trouve souvent dégradée. En outre, l'extraction est généralement effectuée par dynamitage et par des techniques de base, ce qui conduit à une qualité médiocre des carrières de marbre poli avec un coût relatif de production Mitchell (2008). En raison de la mauvaise méthode d’extraction, près de 65% de tous les déchets générés sont mélangés (poudre de marbre/sable de marbre). Ces déchets sont généralement déposés dans des décharges. Selon les études précédentes, les déchets de marbre pourraient être utilisés comme des adjuvant (fine) dans l’industrie de construction telles que le béton conventionnel, la production de mortier, la production de céramique, le mélange d'asphalte et d'autres application.Par conséquent, cette recherche vise à incorporer les déchets de marbre, sur le site minier situé au ville de Nangarhar, Afghanistan, l'industrie du béton afin de préserver l'environnement et d'améliorer les propriétés physiques et mécaniques du béton. Ce programme expérimental souligne l'effet des caractéristiques physico-chimiques de la poudre de marbre des déchets de sites miniers (WMP) incorporée en tant que remplacement du ciment Portland, CEM I, par (0%, 3%, 6%, 9%, 12%, et 15%) en volume de ciment. De même, la poudre de marbre et le sable de marbre mélangés sont utilisés pour remplacer 0 %, 2 %, 4 %, 6 %, 8 % et 10 % par volume du mélange de mortier du ciment et du sable dans les mélanges de mortier conventionnels.En outre, les effets de la valorisation de la poudre de marbre et du sable de marbre mélangés comme 0%, 3,5%, 4%, et 4,5% par volume du mélange de béton global, sur les propriétés du béton de la classe de résistance C25|30 ont été étudiés.Après une caractérisation complète des matières premières sur la base du programme expérimental et du béton conçu de manière ciblée, une série de tests a été réalisée sur les pâtes, les mortiers et les bétons. Les essais réalisés ont été effectués à l'état frais et durci des mortiers/bétons. Le mini-cône, le cône Marshal, la table d'écoulement et l'essai d'affaissement ont été effectués sur les mélanges frais. Parallèlement, des essais de résistance à la compression, à la traction par fendage, à la flexion, à la porosité, à l'absorption d'eau, à la chaleur d'hydratation, au retrait de séchage, à la perméabilité aux gaz, à la conductivité thermique, à la vitesse d'impulsion ultrasonique (UPV) et à l'analyse de la microstructure par balayage (MEB) ont été réalisés sur le béton durci.

Afghanistan has extensive dimensional rocks sources such as marble and granite to supply and export them to the Middle East and other Asian countries. However, the Afghan marble industry has suffered from a severe lack of investment and poor access to international markets over the past three decades due to the ongoing war. The exact size of the Afghan marble industry is not known yet; the existence of at least 130 factories producing marble is indicated by the Association of Marble and Granite Producers of Afghanistan (AMGPA).There is a wide variety of marble in Afghanistan currently extracted from quarries in Badakhshan, Balkh, Bamiyan, Helmand, Herat, Kabul, Kandahar, Logar, Faryab, Wardak, Nangarhar, Paktia, Parwan, and Samangan provinces. According to a survey conducted by the USA geology agency, the total marble mining volume is estimated at around 1.3 billion tons, Ministry of Mining and Petroleum of Afghanistan (2019). Agree to this, with approximately 40% of waste and bear in mind the average price of one-ton raw marble is 270 dollarsin international markets. The total cost of Afghanistan marble would be almost $200 billion reported by the Ministry of Commerce and Industry of Afghanistan (2018).The marble industry in Afghanistan produces a massive amount of waste due to the lack of professional laborers and advanced machineries for appropriate extraction methods. This often degrades the value of the marble. These wastes are usually deposited in landfills.Consequently, this research aims to incorporate mining site marble wastes, from the mining site located at Nangarhar, eastern province of Afghanistan, in the concrete industry to preserve the environment and improve concrete's physical, mechanical and transport properties. In addition, this experimental program underlines the effect of physio-chemical characteristics of mining site waste marble powder (WMP) incorporated as a volumetric replacement of an Ordinary Portland cement by 0%, 3%, 6%, 9%, 12%, and 15%. Also, mixed marble powder and marble sand (WM) are utilized as 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, and 10% by volume of overall mortar mixture as both, cement and sand, replacement in conventional mortar mixs.Furthermore, the effects of valorization of mixed marble powder and marble sand as 0%, 3.5%, 4%, and 4.5% by volume of overall concrete mix, on properties of concrete C25|30 resistance class were investigated. To compare the filler effect of marble waste, industrial type of waste (calcareous filler/limestone filler) supplied by OMYA France, were used as volumetric cement replacement by 0%, 6.5%, 7.4%, 8.3% for the concrete mix designs.The mini cone, Marshal cone,flow tablee, and slump test were carried out on the fresh mixes. Meanwhile, compressive strength, splitting tensile, flexure strength, porosity, water absorption, hydration heath, drying shrinkage, gas permeability, thermal conductivity, ultrasonic pulse velocity (UPV), and scanning microstructure analysis (SEM) tests were conducted on the hardened state of concrete. The outcomes show that despite the reduction of cement due to the replacement by WMP with maintaining this same water-binder (W/B) ratio of 0.5 for all mortar types and 0.44 for all concrete mixes, the concrete workability increases due to the less water demand of WM. Further increment in dosage of WM decreases mechanical strength due to increase of porosity. In addition, the outcome of valorization of WM in mortars also indicated that the optimal dosage of mortars mix replacement is 6%, consisting of 10% cement replacement by volume and 7.4% sand replacement. Therefore, with the mentioned ratio of 6% of WM as overall mortar mix replacement, studied properties of concrete stay stable further increment in dosage of waste marble due to reduction in cement and increasing the water-cement ratio, which increases drying shrinkage and porosity result to weaker final properties.