Évaluation d’un nouvel ajout cimentaire pour le béton

On produit chaque année au Canada des millions de mètres cubes de béton qui nécessitent de grandes quantités d’agrégats grossiers, de sable et de ciment Portland ordinaire (CPO). De plus en plus, on tente de trouver des solutions de remplacement pour ces matériaux de base, pour des raisons à la fois économiques et environnementales. Les ajouts cimentaires (AC) sont utilisés depuis des dizaines d’années pour remplacer en partie le CPO dans le béton, mais il nous faut trouver de nouvelles sources de matériaux pour remplacer les ajouts cimentaires et les agrégats traditionnels.

Une source possible d’AC de remplacement consiste dans les sous-produits de procédés industriels, comme la nouvelle technologie de conversion des déchets au moyen de l’arc au plasma. Le matériau résultant de ce procédé est refroidi avec de l’eau pour produire un laitier noir et vitreux. Puisque l’un des principaux objectifs de cette technologie est qu’aucun matériau résiduel ne doit être envoyé aux sites d’enfouissement, on a demandé à l’Institut de recherche en construction du CNRC (IRC-CNRC) d’évaluer l’utilisation possible de ce nouveau laitier pour la fabrication du béton.

Le matériau d’essai est un laitier noir vitreux qui est moulu pour être utilisé dans la fabrication du béton

Une analyse préliminaire a indiqué que le laitier avait une teneur en oxydes très semblable au laitier de haut fourneau (LHF), un AC largement utilisé. Ce résultat a justifié que l’on procède à des essais additionnels pour déterminer s’il pouvait être utilisé comme AC de remplacement. Comme il faudrait produire de gros volumes de cet AC pour le rendre économiquement rentable pour l’industrie de la construction, l’IRC-CNRC a proposé que l’on évalue également l’utilisation de ce laitier comme agrégat fin. Les chercheurs ont étudié le comportement chimique du laitier produit dans cinq conditions d’exploitation différentes et l’ont comparé à un LHF commercial. Ils ont ensuite moulu le laitier à la même taille que le produit commercial et l’ont évalué au moyen d’une batterie de tests. Les résultats de ces essais ont montré que le laitier avait des propriétés semblables au LHF. Il est amorphe et a une teneur en oxydes semblable à celle du laitier commercial. Des caractéristiques clés de sa performance chimique – incluant sa pouzzolanicité (sa capacité de réagir avec l’hydroxyde de calcium dans une pâte de ciment hydraté), son comportement d’hydratation lorsqu’on le mélange à du CPO et sa capacité de résister aux réactions alcalis-silice néfastes – étaient toutes comparables au LHF commercial.

Ces résultats prometteurs ont justifié une deuxième série d’essais portant sur la performance du matériau dans différents échantillons de mortier et de béton (voir la vidéo). Les chercheurs ont mesuré la résistance à la compression de trois échantillons où on avait remplacé 10, 20 et 50 % du CPO par le matériau d’essai. Les résultats des essais de résistance au début de la cure du béton ont montré une performance similaire à celle du LHF.

Lors d’essais parallèles, les chercheurs ont moulu le laitier d’essai de manière à ce que la distribution des grains soit semblable à celle d’un sable conforme à la norme ASTM et ils l’ont mélangé à des échantillons de mortier et de béton fabriqués avec du CPO seul, afin d’évaluer la performance du laitier comme remplacement du sable dans le béton. Ils ont observé que la performance du laitier moulu était semblable à celle d’un sable ASTM.

Les chercheurs procèdent actuellement à des essais additionnels pour évaluer l’action du gel-dégel, la réactivité alcalis-silice et la résistance à long terme du matériau. Les résultats finals feront l’objet d’un rapport qui sera publié à l’automne de 2011. Pour plus de renseignements sur ce projet de recherche ou sur l’essai de matériaux pour ciment ou béton, veuillez communiquer avec M. Jon Makar au 613-993-3797.