Mettre au point de nouveaux matériaux composites de haute résistance à base de ciment Portland ordinaire (CPO) comme liant et de nanotubes de carbone à paroi simple comme agent de renforcement.

Faisceaux de nanotubes de carbone remplissant une fissure dans du CPO

Contexte

Incorporés à une matrice cimentaire, les nanotubes de carbone à paroi simple pourraient donner des bétons plus solides et plus résistants que ce qui est actuellement réalisable, et ce, pour plusieurs raisons :

Les nanotubes de carbone présentent une rigidité extrêmement élevée ainsi que des résistances en contrainte et déformation élastique jusqu'à 50 fois plus grandes que celles de l'acier.
Les nanotubes de carbone à paroi simple ont des rapports d'aspect de 500 ou plus et des diamètres qui se rapprochent de l'épaisseur des couches du ciment hydraté, de sorte que les nanotubes uniformément dispersés dans la matrice cimentaire interrompent les fissures dès leur apparition.
De par leur faible diamètre, les nanotubes de carbone à paroi simple peuvent être plus facilement incorporés à la matrice de CPO hydraté que les nanoparticules de dimensions supérieures.

Énoncé des travaux

Mise au point de méthodes reproductibles de dispersion des nanotubes de carbone dans des matrices cimentaires.
Étude des mécanismes de renforcement aux échelles nanométrique et micrométrique.
Examen de l'effet des nanotubes de carbone à paroi simple sur l'hydratation du CPO et du silicate tricalcique.
Exploration des façons d'utiliser les nanotubes de carbone dans des structures de bétons composites grandeur réelle.

Résultats

Les récents résultats de ce projet montrent que les nanotubes de carbone à paroi simple agissent comme agents de nucléation dans l'hydratation du CPO et du silicate tricalcique en accélérant nettement le processus d'hydratation. L'hydrate de silicate de calcium (H-S-C) s'est formé directement sur les nanotubes de carbone à paroi simple, indiquant ainsi la possibilité d'une forte liaison entre les deux matériaux. On a pu observer la preuve d'un comportement de renforcement classique du composite dans les 24 h d'hydratation. En revanche, la production de structures de béton composites reste limitée par le coût des nanotubes de carbone à paroi simple, par le besoin de beaucoup de précautions en matière de sécurité pour faire des échantillons d'essais à grande échelle et par la méconnaissances des conséquences environnementales des structures composites une fois détruites.

Partenaire

Institut Steacie des sciences moléculaires du CNRC

Date de démarrage/fin des travaux

Le projet a commencé en 2003 et s'est achevé en 2009.

Publications

Growth of cement hydration products on single walled carbon nanotubes
Makar, J.M. Chan, G.W.
Journal of the American Ceramic Society, 92 (6)
pp. 1303-1310. 2009-10-01
[Full citation / Référence complète]

Carbon nanotube/cement composites - early results and potential applications
Makar, J.M. Margeson, J.C. Luh, J.
3rd International Conference on Construction Materials: Performance, Innovation and Structural Implications (Vancouver, B.C., 2005-08-21)
pp. 1-10. 2005-08-01
[Full citation / Référence complète]

Carbon nanotubes and their application in the construction industry
Makar, J.M. Beaudoin, J.J.
1st International Symposium on Nanotechnology in Construction (Paisley, Scotland, 2003-06-22)
pp. 331-341. 2003-06-01
[Full citation / Référence complète]

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Matériaux composites à base de ciment et de nanotubes de carbone à paroi simple

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