Caractérisation du comportement environnemental de bétons recyclés

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1 Caractérisation du comportement environnemental de bétons recyclés Différences observables entre le comportement à la lixiviation d un béton témoin et d in béton recyclé Colloque RECYBETON Emmanuel VERNUS / PROVADEMSE 16/6/215

2 OBJECTIF DES TRAVAUX Caractériser les éventuelles différences de comportement à la lixiviation existantes entre des bétons élaborés avec des granulats recyclés du programme Recybéton et des bétons élaborés avec des granulats de carrière Revue bibliographique : travaux scientifiques menés sur le thème du relargage de bétons contenant des granulats recyclés Mise en œuvre de formulations «témoin» et «recyclé» Estimation de la variabilité du relargage (première approche) Caractérisation de la dynamique de relargage : essais relevant de la normalisation européenne CEN TC351/TS2 + Caractérisation des matériaux en «Fin de vie» 2 Projet National RECYBETON - CST élargi 5/12/214

3 REVUE BIBLIOGRAPHIQUE Contexte réglementaire et normatif de l émission de substances dans l eau RPC : EF n 3 Hygiène, Santé et Environnement d) Rejet de substances dangereuses dans les eaux souterraines, les eaux marines, les eaux de surface ou le sol e) Rejet de substances dangereuses dans l eau potable ou de substances ayant un impact négatif sur les eaux potables CEN TC 351 : normes harmonisées d évaluation de l émission de substances dans l eau TS : document guide TS : essai de lixiviation surfacique prcen TS-3 : essai de percolation Perspectives d évolution réglementaire : pas de seuils en France, seulement aux Pays Bas et en Allemagne Projet National RECYBETON - CST élargi 5/12/214 3

4 REVUE BIBLIOGRAPHIQUE Comportement comparé entre béton et béton recyclé Comportement en fonction du ph Modélisation LeachXS : «Aucune différence sur la caractérisation du comportement à la lixiviation du béton classique et du béton recyclé» Comportement à moyen terme Essai sur monolithe : «le comportement des cations métalliques et des oxyanions est indépendant du type de béton ou du pourcentage de remplacement de granulats naturels» Comportement à l échelle pilote : «usage en travaux routiers de granulats recyclés» (hors sujet pour Recybéton) 4 Projet National RECYBETON - CST élargi 5/12/214

5 REVUE BIBLIOGRAPHIQUE Sortie de statut de déchet : projet d arrêté pour un usage en technique routière de granulats issus de déchets du BTP Usage de granulats issus de béton en couche de roulement (seul type d usage concerné par le PN Recybéton) 5 Projet National RECYBETON - CST élargi 5/12/214

6 Rappel des objectifs Moyens d essai PARTIE EXPÉRIMENTALE Observer et comparer (première approche) la gamme de variation des données de relargage des 3 formulations (essai EN ) : Béton témoin Béton recyclé à 3% de graves recyclées Béton recyclé à 1% de graves et sables recyclés Observer et comparer la dynamique de relargage des 3 formulations à l état monolithique (essai TS ) : Béton témoin Béton recyclé à 3% de graves recyclées Béton recyclé à 1% de graves et sables recyclés + Caractériser les matériaux au regard de leur gestion en fin de vie : exploitation des résultats de l essai EN Colloque RECYBETON - Intervenant 16/6/215

7 FORMULATIONS Formulations testées Témoin Formulation standard (3% graves) Formulation 1% de recyclés C25/3 R R C25/3 R 3R C25/3 1R 1R Ciment : CEM II/A-L 42,5 Rochefort (HOLCIM) Filler calcaire : Betocarb HP EB Mise en œuvre : IFSTTAR Eprouvettes : D11/H22 cm coulées en moules carton Temps de cure : 9 jours dans leur moule (IFSTTAR) (limitation de la fissuration de peau et protection lors du transport) Fourniture : 3 Octobre 214 Fin de cure : 12 Novembre 214 Projet National RECYBETON - CST élargi 5/12/214 7

8 Choix du protocole (NF EN ) VARIABILITÉ DU RELARGAGE Essai largement éprouvé dans le domaine des déchets Essai permettant de quantifier une fraction lixiviable en conditions standard (pas «réaliste») Protocole d essai NF EN Concassage de 3 éprouvettes par formulation Tamisage à 4 mm Mise en contact 15g (MS) / 1,5 L eau Agitation par retournement 24h Liste de paramètres de suivi (Directive décharge) As, Ba, Cd, Cr, CrVI, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Zn, chlorures, fluorures et sulfates 8 Projet National RECYBETON - CST élargi 5/12/214

9 RÉSULTATS LIXIVIATION EN C25/3 S R 1 C25/3 S 3R 1 C25/3 1S 1R 1 légère diminution de l émission globale de sels minéraux, électriquement conducteurs légère diminution du caractère oxydant de la solution

10 RÉSULTATS LIXIVIATION EN (mg/kg MS),6,5,4,3,2,1 Chrome C25/3 S R 1 C25/3 S R 2 C25/3 S R 3 C25/3 S 3R 1 C25/3 S 3R 2 C25/3 S 3R 3 C25/3 1S 1R 1 C25/3 1S 1R 2 C25/3 1S 1R 3 (mg/kg MS),6,5,4,3,2,1 C25/3 S R 1 C25/3 S R 2 C25/3 S R 3 Chrome VI C25/3 S 3R 1 C25/3 S 3R 2 C25/3 S 3R 3 C25/3 1S 1R 1 C25/3 1S 1R 3 C25/3 1S 1R 2 C25/3'S'R'1' C25/3'S'3R'1' C25/3'1S'1R'1 (mg/kg MS) C25/3 S R 1 C25/3 S R 2 C25/3 S R 3 C25/3 S 3R 1 Baryum C25/3 S 3R 2 C25/3 S 3R 3 C25/3 1S 1R 1 C25/3 1S 1R 2 C25/3 1S 1R 3 (mg/kg MS),12,1,8,6,4,2 C25/3 S R 1 C25/3 S R 2 Molybdène C25/3 S R 3 C25/3 S 3R 1 C25/3 S 3R 2 C25/3 S 3R 3 C25/3 1S 1R 3 C25/3 1S 1R 1 C25/3 1S 1R 2 pas de modification significative du relargage de chrome (y compris chrome hexavalent), de baryum et de molybdène Projet National RECYBETON - CST élargi 5/12/214

11 RÉSULTATS LIXIVIATION EN (mg/kg MS),7,6,5,4,3,2,1, C25/3 S R 1 C25/3 S R 2 C25/3 S R 3 C25/3 S 3R 1 Cuivre C25/3 S 3R 2 C25/3 S 3R 3 C25/3 1S 1R 1 C25/3 1S 1R 2 C25/3 1S 1R 3 (mg/kg MS),16,14,12,1,8,6,4,2 C25/3 S R 1 C25/3 S R 2 C25/3 S R 3 C25/3 S 3R 1 Plomb C25/3 S 3R 2 C25/3 S 3R 3 C25/3 1S 1R 1 C25/3'S'R'1' C25/3'S'3R'1' C25/3'1S'1R'1' C25/3 1S 1R 2 C25/3 1S 1R 3 (mg/kg MS) C25/3 S R 1 C25/3 S R 2 C25/3 S R 3 C25/3 S 3R 1 Chlorure C25/3 S 3R 2 C25/3 S 3R 3 C25/3 1S 1R 1 C25/3 1S 1R 2 C25/3 1S 1R 3 (mg/kg MS) C25/3 S R 1 C25/3 S R 2 C25/3 S R 3 C25/3 S 3R 1 Sulfate C25/3 S 3R 2 C25/3 S 3R 3 C25/3 1S 1R 1 C25/3 1S 1R 3 C25/3 1S 1R 2 relargage légèrement diminué en cuivre, plomb et sulfates et augmenté en chlorures. Projet National RECYBETON - CST élargi 5/12/214

12 DYNAMIQUE DU RELARGAGE Choix du protocole (CEN TS ) Essai résultant d un consensus européen Essai permettant de quantifier une fraction surfacique lixiviable en conditions standard (pas «réaliste») Protocole d essai NF EN Découpe de 1 éprouvette 4x4x4 par formulation Mise en contact ratio L/A = 8 l/m2 Renouvellement périodique Liste de paramètres de suivi (Directive décharge) As, Ba, Cd, Cr, CrVI, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Zn, chlorures, fluorures et sulfates Colloque RECYBETON - Intervenant Etape / Fraction Durée de l étape spécifique, en jours Durée depuis le démarrage de l essai (t), en jours /6/215 12

13 RÉSULTATS DYNAMIQUE DU RELARGAGE 11,8 ph 16 Conductivité en µs/cm à 2 C 6 Potentiel RedOx (mv/enh) 11,6 11, , ,8 1,6 1,4 Témoin 3% Gravillons R 1% Granulats R Témoin 3% Gravillons R 1% Granulats R 2 1 Témoin 3% Gravillons R 1% Granulats R 1, Ces paramètres varient relativement peu au cours du temps. Ces paramètres apparaissent très proches d une formulation à l autre Colloque RECYBETON - Intervenant 16/6/215 13

14 RÉSULTATS DYNAMIQUE DU RELARGAGE Cas du Baryum Concentration (mg/l) Teneur (mg/kg MS) Flux (mg/m2) ld Baryum Baryum Baryum Ratio cumulé,5 (l/kg) Sc1 6 Sc2 1,6,45 Arsenic As 1,4,5,8 5,4 Baryum Ba 1, ,35 Cadmium 4 Cd,16,32,3 1 Chrome Cr 2 4,25 3,8 Cuivre Cu 5 5,2,6 Mercure 2 Hg,4,8,15 Molybdène Mo,4 2,8 5,6,1 1,5 Nickel Ni,2,8 1,6 Plomb Pb,5,8 1 Antimoine Sb , ,4 Sélénium Se,4,5 Zinc Zn 5 5 Chlorure Chlorure Chlorure 4,5 Fluorure 1 F Chlorure 9 Cl Concentration (mg/l) Concentration (mg/l) 3,5 8 Sulfate SO4 Pas de différences significatives des concentrations entre 3 #N/A #N/A #N/A #N/A 6 1 2,5 #N/A #N/A #N/A #N/A les 3 formulations ,5 3 Emissions 1 cumulées légèrement supérieures 4 dans la 2,5 1 2 formulation à 1% mais identiques au témoin pour la formulation à 3% Concentration (mg/l) Colloque RECYBETON 4 - Intervenant 2 Sulfate Résultats de l'essai de lixiviation sur monolithe Témoin 3% Gravillons R 1% Granulats R ld Teneur (mg/kg MS) Teneur (mg/kg MS) #N/A #N/A #N/A #N/A Teneur (mg/kg MS) 4 Sulfate Flux (mg/m2) Flux (mg/m2) Flux (mg/m2) Sulfate 16/6/215 14

15 ,4 Baryum Ba 1, ,35 Cadmium 4 Cd,16,32,3 Chrome Cr 2 4,25 3,8 Cuivre Cu 5 5,2,6 Mercure Hg,4,8 Molybdène Mo,4 2,8 5,6,5 Nickel Ni,2,8 1,6 Plomb Résultats de l'essai Pb de lixiviation sur monolithe,5,8 1 Antimoine Sb , Témoin 3% Gravillons R 1% Granulats R ld,4 Sélénium Se,4,5 Concentration Zinc (mg/l) Teneur Zn (mg/kg MS) Flux (mg/m2) 5ld 5 Baryum Chlorure Baryum Chlorure Baryum Chlorure Ratio cumulé,5 4,5 (l/kg) Sc1 Fluorure 61 Sc2 F 1, ,45 4 Arsenic Chlorure As 9 Cl 1,414 5,5 1,8 5,4 3,5 Baryum 8 Sulfate Ba SO4 1, , Cadmium #N/A 4 Cd #N/A #N/A,16 #N/A,32, ,5 Chrome #N/A Cr #N/A #N/A 2 #N/A 4,25 3 5,8 8 2 Cuivre #N/A Cu #N/A #N/A 5 #N/A 5,2 4,6 6 1,5 Mercure 2 Hg,4,8, Molybdène Mo,4 4 2,8 5,6,1 2 1,5,5 Nickel Ni,2 1 2,8 1,6 Plomb Pb,5,8 1 Antimoine Sb , ,4 Temps en en jour jour Sélénium Se Temps en en jour jour Temps en en jour jour,4,5 Zinc Zn 5 5 Chlorure Sulfate Chlorure Sulfate Chlorure Sulfate 4,59 Fluorure 1 F Chlorure 9 Cl , Sulfate SO #N/A #N/A #N/A #N/A ,55 #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A Concentration (m 2,15 Cas des,1 chlorures et 1 sulfates Concentration (mg/l) Concentration (mg/l) Concentration (mg/l) Concentration (mg/l) 1,53 12,51 Sulfate Sulfate Mêmes 9 observations 1 que pour le baryum 25 1 RÉSULTATS DYNAMIQUE DU RELARGAGE 8 L apport 7 de granulats 8 recyclés dans la 2 formulation ne se traduit 7 6 pas par une différence 6 de relargage surfacique 15 des sulfates Concentration (mg/l) 2 Colloque RECYBETON - Intervenant Teneur (mg/kg M Teneur (mg/kg MS) Teneur (mg/kg MS) Teneur (mg/kg MS) Teneur (mg/kg MS) 5 Flux (mg/m Flux (mg/m2) Flux (mg/m2) Flux (mg/m2) Flux (mg/m2) Temps en en jour jour Temps en en jour jour Temps en en jour jour Teneur (mg/kg MS) 9 Flux (mg/m2) Sulfate 16/6/215 15

16 Cas des autres éléments RÉSULTATS DYNAMIQUE DU RELARGAGE La composition des éluats en antimoine, arsenic, cadmium, chrome, chrome hexavalent, cuivre, mercure molybdène, nickel, plomb, sélénium, zinc et fluorures est inférieure ou égale à la limite de détection Rapprochement avec la bibliographie Modèle de relargage typique d un mécanisme de diffusion pour les anions (s applique aussi pour le baryum) L absence de modification du ph peut expliquer la proximité des résultats Influence potentielle de la carbonatation (modification du ph) Acceptabilité environnementale? 16 Colloque RECYBETON - Intervenant 16/6/215

17 Exploitation des résultats (NF EN ) Les trois formulations sont conformes GESTION EN FIN DE VIE au guide SETRA «Acceptabilité des matériaux alternatifs en technique routière Evaluation environnementale» pour toutes utilisation (sauf 1 formulation témoin) au projet de guide d application «déchets du BTP» pour un usage en couche de roulement (usage type 3) Guide SETRA Guide d'application Paramètres Unités Min Max Caractérisation Usage type 3 pour la environnementale famille "Béton"** / Niveau 1* / seuils ISDI Seuils SSD Chlorures (Cl) mg/kg MS 45 9,4 8 1 Sulfates mg/kg MS 56,5 83, Fluorures mg/kg MS < Antimoine mg/kg MS <,2 <,2,6,8 Arsenic mg/kg MS <,5 <,5,5,6 Baryum mg/kg MS 3,47 7, Cadmium mg/kg MS <,5 <,5,4,5 Chrome mg/kg MS,35,46,5,6 Cuivre mg/kg MS,1,6 2 3 Molybdène mg/kg MS,9,11,5,6 Nickel mg/kg MS <,5 <,5,4,5 Plomb mg/kg MS <,5,15,5,6 Sélénium mg/kg MS <,1 <,1,1,1 Zinc mg/kg MS,2,3 4 5 Mercure mg/kg MS <,2 <,2,1,1 * limites à respecter par au moins 8% des échantillons pour une utilisation en technique routière ** limites à respecter pour les usages en couches de roulement des matériaux issus des déchets du BTP Projet National RECYBETON - CST élargi 5/12/214! Jeune âge 17

18 Conclusion CONCLUSION Les résultats d essais confirment la bibliographie sur l absence de différences significatives du comportement à la lixiviation de bétons recyclés par rapport à des bétons de granulats naturels. Les essais sur matériaux fragmentés montrent que l apport de granulats recyclés ne se traduit pas par une modification significative du relargage. Très peu d éléments détectables en conditions d essai dynamiques sur monolithe Aucune procédure (para-)réglementaire en France pour évaluer l acceptabilité environnementale du matériau recyclé (Réglementation NL et D sur des périodes d essai différentes) Fin de vie : pourraient être valorisés en technique routière quelque soit le taux d incorporation (à tester sur matériau en fin de vie) 18 Colloque RECYBETON - Intervenant 16/6/215

19 Merci de votre attention Colloque RECYBETON - Intervenant 16/6/215 19

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