Performances mécaniques et stabilité thermique du ciment Portland durci

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2036 (2023) Citer cet article

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Cette étude s'est concentrée sur l'étude de la possibilité d'utiliser différents ratios (5, 10, 15 % en masse) de boues d'alun recyclées (RAS) en remplacement partiel du ciment Portland ordinaire (OPC), pour contribuer également à résoudre les problèmes rencontrés par la production de ciment. comme le stockage de grandes quantités de boues traitées à l'eau. Des nanoparticules de spinelle (NMF) MnFe2O4 ont été utilisées pour élaborer les caractéristiques mécaniques et la durabilité de différents mélanges OPC-RAS. Les résultats des tests de résistance à la compression, de densité apparente, d'absorption d'eau et de stabilité aux tests de cuisson ont confirmé l'adéquation de l'utilisation des déchets RAS pour remplacer l'OPC (limite maximale de 10 %). L'inclusion de différentes doses de nanoparticules de NMF (0,5, 1 et 2 % en masse dans les pâtes OPC-RAS motive la configuration de nanocomposites durcis avec des caractéristiques physico-mécaniques et une stabilité à la cuisson améliorées. Le composite composé de 90 % d'OPC – 10 % de RAS – 0,5 % de NMF présente les meilleures caractéristiques et constitue le choix optimal pour les applications de construction générale. Techniques d'analyse thermogravimétrique (TGA/DTG), d'analyse par diffraction des rayons X (DRX) et de microscope électronique à balayage (MEB). a affirmé l'impact positif des particules de NMF, car elles ont démontré la formation d'énormes phases telles que l'ilvaite (CFSH), les silicates de calcium hydratés (CSH), MnCSH, Nchwaningite [Mn2 SiO3(OH)2 H2O], [(Mn, Ca) Mn4O9⋅ 3H2O], aluminosilicate de calcium hydraté (CASH), glaucochroïte [(Ca, Mn)2SiO4 et ferrite de calcium hydraté (CFH). Ces hydrates ont renforcé la robustesse et la résistance à la dégradation des nanocomposites durcis lors de la cuisson.

Dernièrement, on a observé un énorme bond en avant dans le domaine de la construction, où les efforts des chercheurs sont devenus extrêmement grands et se sont concentrés sur la manière de trouver des alternatives pratiques au ciment (partiellement ou totalement remplacé) dans le béton1. Environ 5 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre proviennent de l’industrie du ciment (environ 1 tonne de CO2 est produite lors de la fabrication d’une tonne de ciment Portland). De plus, l’industrie du ciment devient très coûteuse et fortement consommatrice d’énergie et de ressources naturelles. Ainsi, résoudre les problèmes économiques et écologiques de l’industrie de production de ciment est devenu extrêmement urgent2,3.

Heureusement, le recyclage de certains déchets industriels devient un moyen essentiel pour relever les défis cruciaux et atténuer leurs risques à l'avenir. Ainsi, l'utilisation de ces déchets dans le secteur de l'industrie du bâtiment a plusieurs avantages qui réduisent principalement la superficie des décharges, les économies de coûts, les économies d'énergie, la protection de l'environnement où le risque pour la santé humaine est minimisé et l'économie des ressources4,5,6. Dans des études antérieures et récentes menées par de nombreux chercheurs, de nombreux sous-produits solides (déchets industriels ou agricoles) ont été réutilisés dans les domaines de la construction durable. Les déchets de céramique7,8, les déchets de poussière de marbre9,10, les déchets de verre11, les cendres volantes12,13, les déchets de briques14, les cendres de bagasse15, les cendres de balle de riz16, les scories (GGBFS)17 et la fumée de silice (SF) sont des exemples célèbres de ces sous-produits solides18.

L’élimination des boues de traitement des eaux (STEP) devient un problème international sérieux19. De manière générale, le drainage des boues excédentaires obtenues lors du traitement de l’eau, soit en les déversant dans les cours d’eau, soit en les déversant dans des décharges, est considéré comme un problème environnemental majeur20. Les caractéristiques particulières des boues de traitement de l’eau incitent fortement à les utiliser pour remplacer partiellement l’argile nécessaire à la fabrication du clinker et d’autres matériaux céramiques frittés afin de minimiser les risques environnementaux, le rapport coût-bénéfice et la collaboration dans la production durable de matériaux de construction21. Plusieurs études ont évalué la faisabilité de l’utilisation des boues de traitement des eaux (WTS) dans des matériaux cimentaires complémentaires pour le béton22 et le mortier23.

Les composés spinelles ont la formule DT2O4 (tandis que D représente un cation divalent, comme : Ca, Mg, Cu, Ni, Fe, Mn, Co et Zn, tandis que T représente un métal trivalent, comme Al, Fe et Cr) et sont technologiquement matériaux importants en raison de leurs caractéristiques physiques. Les ferrites spinelles possèdent une géométrie cristallographique de [M2+-] tétra [Fe3+]octa O4 où M2+ représente un ion divalent comme Mg2, Ni2+, Co2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+ et Mn2+2.