Durabilité de matériaux issus de l activation de verres de recyclage

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Dominique Jean
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Durabilité de matériaux issus de l activation de verres de recyclage R.

HERRY Laboratoire Eco-Matériaux (CETE Île de France) Laboratoire

photo : Arnaud Bouissou/MEDDTL Direction régionale et

1 Durabilité de matériaux issus de l activation de verres de recyclage R. IDIR - M. CYR - A. PAVOINE - B. HERRY Laboratoire Eco-Matériaux (CETE Île de France) Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (UPS Toulouse III) Crédit photo : Arnaud Bouissou/MEDDTL Direction régionale et interdépartementale de l'equipement et de l'aménagement Ile-de-France CETE Ile-de-France

Cendres volantes (classe F) FS. Fumée de silice L. Laitier CP.

2 Contexte de l étude La plupart des études réalisées sur les géopolymères utilisent Verre SiO 2 FS CVF. Cendres volantes (classe F) FS. Fumée de silice L. Laitier CP. Ciment Portland MK. Métakaolin CVF MK L CP Métakaolin Cendres volantes CaO (+Na 2 O) Al 2 O 3

3 Contexte de l étude La plupart des études réalisées sur les géopolymères utilisent Verre Matériau de base ou activateur SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 Oeq Composition chimique typique du verre sodo-calcique (% massique) Double intérêt environnemental: Matériau issu du recyclage Ne nécessite pas l utilisation de silicates alcalins (impact environnemental négatif)

4 Objectifs de l étude Formuler des géopolymères à base de différentes sources de verre de recyclage Évaluer les performances techniques sous différentes durées d étuvage et différentes concentrations de solution alcaline Evaluer certaines propriétés de durabilité 4

Matériaux de l étude Trois types de verres : Verre à

polluants Verre à vitre Verre à bouteille ou creux

recyclés Verre creux Verre à pare-brise (): vitrages

5 Matériaux de l étude Trois types de verres : Verre à vitre ou plat (): non recyclé lorsqu il contient des polluants Verre à vitre Verre à bouteille ou creux () : débris de gros calibre et poussières non recyclés Verre creux Verre à pare-brise (): vitrages des véhicules hors d usage non recyclés Verre à pare-brise 5

Programme de l étude Paramètres de l étude Comportements étudiés Constantes Finesse

et à la flexion* Perméabilité aux agents agressifs** Résistance aux attaques

attaques acides* Types de verre : verre à vitre, verre creux, verre à pare brise

6 Programme de l étude Paramètres de l étude Comportements étudiés Constantes Finesse du verre Type d activant Température Variables étudiées Résistance à la compression et à la flexion* Perméabilité aux agents agressifs** Résistance aux attaques sulfatiques*** Comportement vis-à-vis de l alcali-réaction*** Résistance aux attaques acides* Types de verre : verre à vitre, verre creux, verre à pare brise Concentration de l activant (mol/l) : et 10 Durée de l étuvage (jour) : (et 14) * ** ***

7 Résistance à la compression (MPa) Résistance à la fléxion (MPa) Résultats Choix de la concentration de l activant ( M et conservation 7 jours à 60 C) Concentration de la solution KOH (mol/l) Concentration de la solution KOH (mol/l) Effet de la concentration de l activant sur les Rc et Rf des mortiers Résistance non proportionnelle à la concentration de l activant Comportements identiques pour les trois types de verres Sur les six concentrations étudiées 3 mol/l est la concentration optimale Concentration de l activant fixée à 3 mol/l 7

8 Résistance à la compression (MPa) Résistance à la compression (MPa) Résultats Choix de la durée d étuvage ( jours à 60 C puis à 20 C / essais effectués à 7 jours) Cure 1, 2, 4 et 7 jours à 60 C puis à 20 C Essai à 7 jours jour 2 jours 4 jours 7 jours 0 7 jours 14 jours Durée d'étuvage à 60 C (jours) Durée d'étuvage à 60 C (jours) Effet de la durée d étuvage sur les Rc des mortiers Comportements identiques pour et, différents de celui de Résistances proportionnelles à la durée de l étuvage Prolonger de 7 jours la durée d étuvage n a pas d effet significatif sur les Rc Sur les 5 durée d étuvage étudiées 7 jours est la durée optimale Durée d étuvage fixée à 7 jours 8

Résultats Indicateurs de durabilité généraux (7 jours à 60 C puis 24h à 20 C / 3M) 6 5 4 3 2 1 0 Résistance à la compression (x 10 MPa) Porosité accessible à l'eau (x 10 %) Coefficient d'absorption

1 Coefficient d'absorption capillaire (kg/m²/ s 1/2 ) 0.15 0.04 0.13 Coefficient de diffusion (10-10 m²/s) 2.6±0.7 1.1±0.1 1.3±0.

9 Résultats Indicateurs de durabilité généraux (7 jours à 60 C puis 24h à 20 C / 3M) Résistance à la compression (x 10 MPa) Porosité accessible à l'eau (x 10 %) Coefficient d'absorption capillaire (kg/m²/s 1/2) Coefficient de diffusion (10-10 m²/s) Résistance à la compression (MPa) Porosité accessible à l'eau (%) 17.6± ± ±0.1 Coefficient d'absorption capillaire (kg/m²/ s 1/2 ) Coefficient de diffusion (10-10 m²/s) 2.6± ± ±0.1 A résistances à la compression égales : présente les plus faibles coefficients d absorption capillaire et de diffusion aux ions chlore, mais une porosité importante et semblable à celle de la cinétique d ab-cap = f (temps) : la plus lente présence d une interconnectivité porale moins importante Porosité plus importante comparée aux mortiers de ciment (14%) 9

10 Variations dimensionnelles (%) Variations massiques (%) Résultats Comportement en milieu sulfatique 5% MgSO 4 0,5 0, ,3 3 0,2 2 0,1 1 0, ,1-1 -0,2 Temps (jours) -2 Temps (jours) comportement similaire pour les 3 types de verres : une prise de masse et un gonflement pour l ensemble des verres, les éprouvettes ne montrent aucun signe de détérioration à l échelle macroscopique 10

11 Variations massiques (%) Variations massiques (%) Résultats Comportement en milieux acides H 2 SO 4 (5%) NH 4 NO 3 (480g/l) Temps (jours) Temps (jours) l ensemble des géopolymères présentent une perte de masse dans les deux milieux de conservation Perte NH 4 NO 3 > perte H 2 SO 4 est celui qui subit une plus importante perte Comportement similaire en milieu cimentaire Comportement meilleur (plus stable) comparé à d autres types géopolymères (Mk, Cv): 4% pour le Mk et 10% pour les CV à 21 jours 11

12 Variations dimensionnelles (%) Variations massiques (%) Résultats Comportement vis-à-vis de la réaction alcali-silice 0,5 0, ,3 3 0,2 0,1 0,0-0, ,2 Temps (jours) -2 Temps (jours) les éprouvettes ne présentent pas de variations dimensionnelles et massiques RAS se traduit par des gonflements en milieu cimentaire RAS se traduit par des retraits pour certains géopolymères 12

13 Conclusions Le verre de recyclage (,, ) peut être utilisé seul pour produire des géopolymères sans avoir recours à des silicates alcalins Quelque soit le type de verre, pour les conditions de synthèse étudiées: les bonnes résistances à la compression et à la flexion sont obtenues avec - une solution activante de 3M - durée d étuvage de 7 jours - prolonger la durée d étuvage à 14 jours n apporte pas un gain important en Rc Porosités équivalentes pour les 2 verres et et plus importante que Coefficient d absorption capillaire et de diffusion plus faibles pour Le comportement des 3 verres est similaire en milieux acides et sulfatique Les trois verres ne présentent pas de gonflement et de dégradation en conditions accélérées de RAS Suivi à long terme nécessaire pour vérifier les tendances 13

14 Durabilité de matériaux issus de l activation de verres de recyclage R. IDIR - M. CYR - A. PAVOINE - B. HERRY

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