{"id":{"repo_id":"sherbrooke","oai_identifier":"oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/12273"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/sherbrooke/oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/12273","repository":{"repo_id":"sherbrooke","name":"Université de Sherbrooke","base_url":"https://usherbrooke.scholaris.ca/server/oai/request"},"display":{"title":"Étude de la durabilité des bétons de matériaux alcali-activés","abstract":"Les matériaux alcali-activés (MAA) sont considérés comme une alternative pour réduire l’utilisation du ciment Portland. Ces matériaux, développés il y plus de quarante ans, présentent des propriétés mécaniques similaires ou supérieures à certains bétons de ciment Portland. De plus ces matériaux semblent avoir une bonne durabilité face aux environnements agressifs tels que les acides, les sulfates.... Les MAA sont le résultat de l’activation par une solution alcaline (ex. : NaOH, silicate de sodium,) de matériaux siliceux ou silico-alumineux, qui sont le plus souvent des déchets industriels (laitier, cendre volante, poudre de verre, etc) ou des matériaux naturels qui subissent un léger traitement thermique (calcination du kaolin autour de 700 °C pour avoir du métakaolin) à des températures inférieures ou égales à 100°C. Les émissions de gaz à effet de serre et le coût énergétique liés à la production des MAA sont plus faibles par rapport à ceux des bétons de ciment Portland, ce qui constitue un avantage écologique. Cependant, même si les propriétés très bénéfiques des MAA alcali-activés sont assez connues, leur mise en œuvre à l’échelle industrielle reste problématique pour diverses raisons : • Mêmes si ces matériaux ont été développés depuis plus de 40 ans, ce n’est que durant les dix dernières années que leur utilisation comme matériaux de construction a eu un regain d’intérêt. De plus, les propriétés physico-chimiques des produits finaux dépendent fortement des matières premières utilisées conduisant à des résultats souvent divergents. • Il n’existe pas de normes pour la mise en œuvre et la caractérisation des MAA. Celles actuellement utilisées sont les normes conçues pour le ciment Portland et les ajouts cimentaires. De plus, la durabilité est un facteur très important pour les matériaux utilisés dans le domaine de la construction. La caractérisation actuelle de la durabilité des MAA est basée sur les normes déjà existantes utilisées pour la chimie du ciment Portland. Ceci reste problématique puisque la composition chimique des MAA diffère de celle du ciment portland. À l’état actuel, il n’existe aucune norme qui porte sur l’analyse de la durabilité des matériaux alcali-activés. Ce projet constitue la dernière phase d’un programme de recherche mené à l’Université de Sherbrooke. Ce programme portait sur le développement de nouveaux liants basés sur les matériaux silico-alumineux. L’objectif principal de cette étude est d’analyser la durabilité des bétons incorporant les nouveaux liants qui ont été développés dans les premières phases du programme de recherche. Ces phases se rapportaient à l’optimisation de la formulation de nouveaux liants obtenus par activation alcaline de déchets industriels locaux (poudre de verre). Pour cela, une étude expérimentale préalable (première partie du projet) basée sur les méthodes de caractérisation de la durabilité existantes pour les bétons de ciment Portland a été réalisée. Dans cette étude, des formulations alcali-activés basés sur la cendre volante et le laitier, deux précurseurs hautement étudiés par la communauté scientifique, ont été utilisés. Pour une application au MAA, les résultats ont montré les lacunes des méthodes décrites dans les normes, telles que les conditions de murissement, et des recommandations sont donnés dans chaque essai évalué dans le projet. Enfin, les recommandations obtenues dans cette phase préliminaire ont été utilisées pour déterminer les propriétés de durabilité des nouveaux liants activés à base de poudre de verre et de métakaolin. Plus spécifiquement, trois formulations ont été étudiées, avec différentes teneurs de poudre de verre et de métakaolin à savoir : 95% massique poudre de verre + 5% massique métakaolin, 85% massique poudre de verre + 15% massique metakaolin et 70% massique poudre de verre + 30t% massique métakaolin. Les résultats sont très prometteurs, avec des très bonnes propriétés de durabilité, surtout quand la combinaison 70% massique poudre de verre + 30% massique metakaolin est utilisée.","abstract_html":"Les matériaux alcali-activés (MAA) sont considérés comme une alternative pour réduire l’utilisation du ciment Portland. Ces matériaux, développés il y plus de quarante ans, présentent des propriétés mécaniques similaires ou supérieures à certains bétons de ciment Portland. De plus ces matériaux semblent avoir une bonne durabilité face aux environnements agressifs tels que les acides, les sulfates.... 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De plus, les propriétés physico-chimiques des produits finaux dépendent fortement des matières premières utilisées conduisant à des résultats souvent divergents. • Il n’existe pas de normes pour la mise en œuvre et la caractérisation des MAA. Celles actuellement utilisées sont les normes conçues pour le ciment Portland et les ajouts cimentaires. De plus, la durabilité est un facteur très important pour les matériaux utilisés dans le domaine de la construction. La caractérisation actuelle de la durabilité des MAA est basée sur les normes déjà existantes utilisées pour la chimie du ciment Portland. Ceci reste problématique puisque la composition chimique des MAA diffère de celle du ciment portland. À l’état actuel, il n’existe aucune norme qui porte sur l’analyse de la durabilité des matériaux alcali-activés. Ce projet constitue la dernière phase d’un programme de recherche mené à l’Université de Sherbrooke. 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Cependant, même si les propriétés très bénéfiques des MAA alcali-activés sont assez connues, leur mise en œuvre à l’échelle industrielle reste problématique pour diverses raisons : • Mêmes si ces matériaux ont été développés depuis plus de 40 ans, ce n’est que durant les dix dernières années que leur utilisation comme matériaux de construction a eu un regain d’intérêt. De plus, les propriétés physico-chimiques des produits finaux dépendent fortement des matières premières utilisées conduisant à des résultats souvent divergents. • Il n’existe pas de normes pour la mise en œuvre et la caractérisation des MAA. Celles actuellement utilisées sont les normes conçues pour le ciment Portland et les ajouts cimentaires. De plus, la durabilité est un facteur très important pour les matériaux utilisés dans le domaine de la construction. La caractérisation actuelle de la durabilité des MAA est basée sur les normes déjà existantes utilisées pour la chimie du ciment Portland. Ceci reste problématique puisque la composition chimique des MAA diffère de celle du ciment portland. À l’état actuel, il n’existe aucune norme qui porte sur l’analyse de la durabilité des matériaux alcali-activés. Ce projet constitue la dernière phase d’un programme de recherche mené à l’Université de Sherbrooke. Ce programme portait sur le développement de nouveaux liants basés sur les matériaux silico-alumineux. L’objectif principal de cette étude est d’analyser la durabilité des bétons incorporant les nouveaux liants qui ont été développés dans les premières phases du programme de recherche. Ces phases se rapportaient à l’optimisation de la formulation de nouveaux liants obtenus par activation alcaline de déchets industriels locaux (poudre de verre). Pour cela, une étude expérimentale préalable (première partie du projet) basée sur les méthodes de caractérisation de la durabilité existantes pour les bétons de ciment Portland a été réalisée. Dans cette étude, des formulations alcali-activés basés sur la cendre volante et le laitier, deux précurseurs hautement étudiés par la communauté scientifique, ont été utilisés. Pour une application au MAA, les résultats ont montré les lacunes des méthodes décrites dans les normes, telles que les conditions de murissement, et des recommandations sont donnés dans chaque essai évalué dans le projet. Enfin, les recommandations obtenues dans cette phase préliminaire ont été utilisées pour déterminer les propriétés de durabilité des nouveaux liants activés à base de poudre de verre et de métakaolin. Plus spécifiquement, trois formulations ont été étudiées, avec différentes teneurs de poudre de verre et de métakaolin à savoir : 95% massique poudre de verre + 5% massique métakaolin, 85% massique poudre de verre + 15% massique metakaolin et 70% massique poudre de verre + 30t% massique métakaolin. Les résultats sont très prometteurs, avec des très bonnes propriétés de durabilité, surtout quand la combinaison 70% massique poudre de verre + 30% massique metakaolin est utilisée.","Alkali-activated materials (AAM) are considered as an alternative to reduce the use of Portland cement in concrete. These materials, developed more than 40 years ago, have similar mechanical properties and in some cases superior to those of Portland cement concrete. Furthermore, these materials seem to possess very good durability properties against aggressive environments like acids, sulfates, etc. AAM are the results of the alkali dissolution of some siliceous or alumino-siliceous materials by means of NaOH, sodium silicate, and similar dissolutions. These siliceous or alumino-siliceous materials are in most cases industrial wastes such as fly ash, slags, glass powder... In other cases, natural materials with some previous treatment are used as well, such as metakaolin. Greenhouse gas emissions and the production cost associated to AAM are considered lowers in comparison to those of Portland cement. Despite of the benefits that AAM are showing good mechanical and durability and environmental friendly behavior, its industrial implantation is hindered by some facts such as: • Although these materials have been developed more than 40 years ago, it's growing interest as a building material just started during the last decade. Also, their physico-chemical properties are highly influenced by the raw materials used that may lead to diversified results. • No specification/standards yet exists for its industrial uses neither for their characterization. The ones that it can be found have been developed for Portland cement or blended Portland cement concrete. In the case of the durability properties, most of the studies dealing with AAM have been performed following methods described on those standards, standards that have been developed for the cement Portland chemistry. This point is critic since AAM chemistry is indeed different to those of Portland cement. The project shown in this thesis forms part in a research program conducted in the civil engineering department of the University de Sherbrooke. The aim of this research program is to develop new binders based on siliceous and silico-aluminous materials. This thesis is in fact the last part of this program, and the principal aim is to characterize the durability of concretes based on the new binders developed in the former parts of the research program. More specifically, in these former parts it has been developed new binders based on the alkali-activation of glass powder, and industrial waste of the province of Quebec. The work of these thesis have been divided into two phases: first phase consist in a preliminary study of the applicability of the existing durability test methods to AAM (secondary objective of this study). For this purpose, well known formulations obtained from literature have been used, such as alkali-activated slag and fly ash, together with a cement Portland formulation. Results of this phase has demonstrated some lacks of the standards in order to be applied to AAM, such as the curing conditions of samples, and some recommendations for future standards are given. In the second phase, conclusions obtained in the first phase will be applied to characterize the durability of the novel binders, based on a mix of glass powder and metakaolin. Three formulations based on this system has been analyzed: 95 wt.% glass powder + 5 wt.% metakaolin, 85 wt.% glass powder + 15 wt.% metakaolin and 70 wt.% glass powder + 30 wt.% of metakaolin. Results of this second phase have revealed promising results in terms of very good durability properties, especially for the mix 70 wt.% glass powder + 30 wt.% of metakaolin."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Étude de la durabilité des bétons de matériaux alcali-activés"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor.advisor":["Tagnit-Hamou, Arezki"],"dc:creator":["Aliques-Granero, Josep"],"dc:date.accessioned":["2018-05-28T19:22:50Z"],"dc:date.available":["2018-05-28T19:22:50Z"],"dc:date.issued":["2018"],"dc:description.abstract":["Les matériaux alcali-activés (MAA) sont considérés comme une alternative pour réduire l’utilisation du ciment Portland. Ces matériaux, développés il y plus de quarante ans, présentent des propriétés mécaniques similaires ou supérieures à certains bétons de ciment Portland. De plus ces matériaux semblent avoir une bonne durabilité face aux environnements agressifs tels que les acides, les sulfates.... Les MAA sont le résultat de l’activation par une solution alcaline (ex. : NaOH, silicate de sodium,) de matériaux siliceux ou silico-alumineux, qui sont le plus souvent des déchets industriels (laitier, cendre volante, poudre de verre, etc) ou des matériaux naturels qui subissent un léger traitement thermique (calcination du kaolin autour de 700 °C pour avoir du métakaolin) à des températures inférieures ou égales à 100°C. Les émissions de gaz à effet de serre et le coût énergétique liés à la production des MAA sont plus faibles par rapport à ceux des bétons de ciment Portland, ce qui constitue un avantage écologique. Cependant, même si les propriétés très bénéfiques des MAA alcali-activés sont assez connues, leur mise en œuvre à l’échelle industrielle reste problématique pour diverses raisons : • Mêmes si ces matériaux ont été développés depuis plus de 40 ans, ce n’est que durant les dix dernières années que leur utilisation comme matériaux de construction a eu un regain d’intérêt. De plus, les propriétés physico-chimiques des produits finaux dépendent fortement des matières premières utilisées conduisant à des résultats souvent divergents. • Il n’existe pas de normes pour la mise en œuvre et la caractérisation des MAA. Celles actuellement utilisées sont les normes conçues pour le ciment Portland et les ajouts cimentaires. De plus, la durabilité est un facteur très important pour les matériaux utilisés dans le domaine de la construction. La caractérisation actuelle de la durabilité des MAA est basée sur les normes déjà existantes utilisées pour la chimie du ciment Portland. Ceci reste problématique puisque la composition chimique des MAA diffère de celle du ciment portland. À l’état actuel, il n’existe aucune norme qui porte sur l’analyse de la durabilité des matériaux alcali-activés. Ce projet constitue la dernière phase d’un programme de recherche mené à l’Université de Sherbrooke. Ce programme portait sur le développement de nouveaux liants basés sur les matériaux silico-alumineux. L’objectif principal de cette étude est d’analyser la durabilité des bétons incorporant les nouveaux liants qui ont été développés dans les premières phases du programme de recherche. Ces phases se rapportaient à l’optimisation de la formulation de nouveaux liants obtenus par activation alcaline de déchets industriels locaux (poudre de verre). Pour cela, une étude expérimentale préalable (première partie du projet) basée sur les méthodes de caractérisation de la durabilité existantes pour les bétons de ciment Portland a été réalisée. Dans cette étude, des formulations alcali-activés basés sur la cendre volante et le laitier, deux précurseurs hautement étudiés par la communauté scientifique, ont été utilisés. Pour une application au MAA, les résultats ont montré les lacunes des méthodes décrites dans les normes, telles que les conditions de murissement, et des recommandations sont donnés dans chaque essai évalué dans le projet. Enfin, les recommandations obtenues dans cette phase préliminaire ont été utilisées pour déterminer les propriétés de durabilité des nouveaux liants activés à base de poudre de verre et de métakaolin. Plus spécifiquement, trois formulations ont été étudiées, avec différentes teneurs de poudre de verre et de métakaolin à savoir : 95% massique poudre de verre + 5% massique métakaolin, 85% massique poudre de verre + 15% massique metakaolin et 70% massique poudre de verre + 30t% massique métakaolin. Les résultats sont très prometteurs, avec des très bonnes propriétés de durabilité, surtout quand la combinaison 70% massique poudre de verre + 30% massique metakaolin est utilisée.","Alkali-activated materials (AAM) are considered as an alternative to reduce the use of Portland cement in concrete. These materials, developed more than 40 years ago, have similar mechanical properties and in some cases superior to those of Portland cement concrete. Furthermore, these materials seem to possess very good durability properties against aggressive environments like acids, sulfates, etc. AAM are the results of the alkali dissolution of some siliceous or alumino-siliceous materials by means of NaOH, sodium silicate, and similar dissolutions. These siliceous or alumino-siliceous materials are in most cases industrial wastes such as fly ash, slags, glass powder... In other cases, natural materials with some previous treatment are used as well, such as metakaolin. Greenhouse gas emissions and the production cost associated to AAM are considered lowers in comparison to those of Portland cement. Despite of the benefits that AAM are showing good mechanical and durability and environmental friendly behavior, its industrial implantation is hindered by some facts such as: • Although these materials have been developed more than 40 years ago, it's growing interest as a building material just started during the last decade. Also, their physico-chemical properties are highly influenced by the raw materials used that may lead to diversified results. • No specification/standards yet exists for its industrial uses neither for their characterization. The ones that it can be found have been developed for Portland cement or blended Portland cement concrete. In the case of the durability properties, most of the studies dealing with AAM have been performed following methods described on those standards, standards that have been developed for the cement Portland chemistry. This point is critic since AAM chemistry is indeed different to those of Portland cement. The project shown in this thesis forms part in a research program conducted in the civil engineering department of the University de Sherbrooke. The aim of this research program is to develop new binders based on siliceous and silico-aluminous materials. This thesis is in fact the last part of this program, and the principal aim is to characterize the durability of concretes based on the new binders developed in the former parts of the research program. More specifically, in these former parts it has been developed new binders based on the alkali-activation of glass powder, and industrial waste of the province of Quebec. The work of these thesis have been divided into two phases: first phase consist in a preliminary study of the applicability of the existing durability test methods to AAM (secondary objective of this study). For this purpose, well known formulations obtained from literature have been used, such as alkali-activated slag and fly ash, together with a cement Portland formulation. Results of this phase has demonstrated some lacks of the standards in order to be applied to AAM, such as the curing conditions of samples, and some recommendations for future standards are given. In the second phase, conclusions obtained in the first phase will be applied to characterize the durability of the novel binders, based on a mix of glass powder and metakaolin. Three formulations based on this system has been analyzed: 95 wt.% glass powder + 5 wt.% metakaolin, 85 wt.% glass powder + 15 wt.% metakaolin and 70 wt.% glass powder + 30 wt.% of metakaolin. 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