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Études de cas sur les matériaux de construction 13 (2020) e00463 Listes de cont

Études de cas sur les matériaux de construction 13 (2020) e00463 Listes de contenus disponibles surScienceDirect Études de cas sur les matériaux de construction page d'accueil Journal:www.elsevier.com/locate/cscm Étude de cas Production à grande échelle de ciment activé par des alcalis en présence de dioxyde de carbone pour la construction en béton Faris Matalkahune,*, Ahmad H. Alomariune, Parviz Soroushianb uneDépartement de génie civil, Université de Yarmouk, Irbid, 21163, Jordanie bDépartement de génie civil et environnemental, Michigan State University, 3546, Engineering Building, East Lansing, MI, 48824, États- Unis ARTICLEINFO ABSTRAIT Historique des articles : Reçu le 4 août 2020 Reçu sous forme révisée le 6 novembre 2020 Accepté le 9 novembre 2020 L'évolutivité du traitement mécanochimique d'un ciment activé par un alcali a été étudiée. Le traitement mécanochimique de ce ciment a été effectué en présence de dioxyde de carbone pour la capture du carbone au cours de la production de ciment. Des études à l'échelle pilote ont été réalisées dans une centrale électrique où les gaz de combustion résultant de la combustion du gaz naturel ont été utilisés comme source diluée de dioxyde de carbone. Un cadre théorique a été établi pour guider la mise à l'échelle de l'approche mécanochimique du traitement du ciment hydraulique. Le ciment résultant a été utilisé pour la production à l'échelle industrielle de béton qui a été utilisé dans un projet de construction sur le terrain. Les résultats du projet ont validé l'évolutivité de l'approche mécanochimique de la production de ciment hydraulique activé par des alcalis. Le ciment hydraulique résultant s'est avéré compatible avec les méthodes conventionnelles de production à l'échelle industrielle. Les matériaux en béton produits avec le ciment hydraulique traité mécanochimiquement se sont avérés compatibles avec les pratiques de construction conventionnelles sur le terrain. © 2020 Les auteurs. Publié par Elsevier Ltd. Ceci est un article en libre accès sous le CC Licence BY-NC-ND (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/). Mots clés: Ciment activé par un alcali Production mécanochimique Évolutivité Captage du dioxyde de carbone Béton Construction sur le terrain 1. Introduction La production de ciment Portland ordinaire libère près de 3,2 Giga tonnes par an de CO2, soit environ 8 % du CO anthropique total2émissions [1]. Ceci malgré les améliorations apportées par l'industrie du ciment Portland pour améliorer l'efficacité du processus de production. L'augmentation prévue de la production de ciment Portland, de 3,4 gigatonnes par an en 2015 à environ 4,0 gigatonnes d'ici 2050, devrait augmenter le pourcentage de CO mondial2émissions associées à la production de ciment Portland [ 2]. Environ la moitié du CO2les émissions dans la production de ciment Portland résultent de la décomposition du calcaire et de la température élevée [3]. Il s'agit d'une caractéristique déterminante de la chimie du ciment Portland, qui ne peut être résolue en améliorant l'efficacité énergétique de son processus de production. Il faudrait s'écarter de la chimie établie (à base de silicate de calcium) du ciment Portland pour réaliser des gains qualitatifs vers une réduction de l'empreinte carbone (et du contenu énergétique) du ciment hydraulique utilisé pour la production de béton [4]. Un ciment hydraulique alternatif basé sur la chimie des aluminosilicates de sodium/calcium (ciments activés par les alcalis), qui a de nombreux homologues naturels, fournit une base viable pour le développement d'un ciment hydraulique durable aux caractéristiques de haute performance [5–8]. Cependant, cette chimie a produit des liants solides par traitement thermique d'un mélange de solutions alcalines et de précurseurs d'aluminosilicate [9,dix]. * Auteur correspondant. Adresses mail:Matalkah@yu.edu.jo (F.Matalkah),alomarish@yu.edu.jo (AH Alomari),Soroushi@egr.msu.edu (P.Soroushian). https://doi.org/10.1016/j.cscm.2020.e00463 2214-5095/© 2020 Les auteurs. Publié par Elsevier Ltd. Ceci est un article en libre accès sous licence CC BY-NC-ND (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ). Traduit de Anglais vers Français - www.onlinedoctranslator.com F. Matalkah, AH Alomari et P. Soroushian Études de cas sur les matériaux de construction 13 (2020) e00463 Des mesures ont été prises pour intensifier les travaux sur les liants activés par les alcalis. Des travaux récents ont été menés pour introduire une nouvelle approche en combinant des matériaux de verre recyclés, du calcin de déchets de verre (GC) et de la poudre de verre de déchets (GP), dans des mortiers à base de ciment activé par un alcali (AAC). Les résultats ont montré que la résistance à la compression atteignait jusqu'à 40 MPa à 28 jours [11]. Une autre enquête a étudié la production d'un AAC en mélangeant les déchets de béton traités à l'hydroxyde de sodium avec des scories. Les résultats ont indiqué que l'ACC en une partie peut réagir avec l'eau comme le ciment Portland, produisant un matériau durci et une résistance à la compression adéquate [12]. Une étude à grande échelle a été réalisée pour appliquer des cendres volantes activées par un alcali afin de stabiliser une (sous) couche de base. Les propriétés mécaniques ont été évaluées, sur site ainsi qu'en laboratoire, accompagnées d'une évaluation environnementale et d'une analyse financière préliminaire. Les résultats ont montré que les matériaux sol-AAC avaient des performances mécaniques similaires aux mélanges sol-ciment traditionnels [13]. Un pas en avant a également été franchi pour le développement d'un AAC en une partie imprimable en 3D pour les applications d'automatisation de la construction. Une partie d'AAC pour les applications imprimables en 3D a été synthétisée en mélangeant les précurseurs d'aluminosilicate (mélange de laitier et de cendres volantes) avec une petite quantité d'activateur solide. Les résultats ont conclu que le régime de durcissement à température ambiante est particulièrement bénéfique pour obtenir des propriétés mécaniques supérieures et réduire les coûts et les impacts environnementaux associés au régime de durcissement thermique [14]. Le broyage à billes d'aluminosilicate avec un activateur alcalin solide a été étudié récemment pour produire de l'AAC en une partie [15]. Les solides, y compris les matériaux alcalins, ont été broyés pendant 6 h, puis l'eau est ajoutée pour démarrer les réactions d'hydratation et le processus de polymérisation. Il a été constaté que de longues durées de broyage augmentaient l'amorphicité de la poudre et la formation du précurseur géopolymérique. Il a également été rapporté que le broyage de solides alcalins avec un précurseur d'aluminosilicate augmentait par la suite la disponibilité de silice pour la géopolymérisation. Une autre étude sur l'activation mécanique des cendres volantes de charbon a augmenté sa surface spécifique et donc sa réactivité. Deux facteurs principaux se sont avérés jouer un rôle vital dans l'efficacité de la réduction de taille et les changements de phases cristallines ; (i) le rapport bille/poudre et (ii) l'utilisation d'un tensioactif. Les cendres volantes de charbon nanostructurées obtenues par la méthode de broyage ont été suggérées pour être utilisées dans des applications d'activation alcaline [16]. Le travail rapporté ici est une extension des investigations de laboratoire entreprises par les auteurs pour développer un ciment hydraulique basé sur la chimie des aluminosilicates de sodium/calcium [17–19]. Ce travail vise à démontrer l'évolutivité du procédé de production de ce ciment hydraulique et sa compatibilité avec les méthodes de production de béton à l'échelle industrielle et les méthodes de construction sur le terrain. La mise à l'échelle du processus de production de ciment hydraulique était basée sur l'équivalence de l'apport d'énergie dans des méthodes de production à l'échelle laboratoire et pilote. 2. Matériels et méthodes 2.1. Matériaux L'approche adoptée dans le projet implique le traitement mécanochimique des précurseurs d'aluminosilicate en présence de composés sodium/calcium et de dioxyde de carbone pour produire du ciment hydraulique. Ce processus induit des effets physico-chimiques en milieu solide-gaz. L'apport d'énergie mécanique au mélange de matières premières solides en présence d'émissions de combustion peut être réalisé par broyage à boulets. Les matières premières et les conditions de traitement du ciment activé par un alcali ont été introduites dans les travaux antérieurs des mêmes auteurs [20]. Les précurseurs d'aluminosilicate utilisés dans cette étude étaient les cendres volantes de charbon, le laitier granulé de haut fourneau broyé et l'albite. Les alcalis (secs) utilisés comme matières premières dans le traitement mécanochimique du ciment hydraulique étaient l'hydroxyde de sodium, le silicate de sodium et l'oxyde de calcium. Du tétraborate de sodium (Borax) a également été ajouté pour augmenter le temps de prise du liant résultant. Échantillons de mortier préparés à l'aide de ciment (moulu pendant différentes durées) et de sable standard (conforme à la norme ASTM778) à tester pour la résistance à la compression selon la norme ASTM C109. Des matériaux en béton ont également été produits avec du calcaire concassé d'une taille de particules maximale de 19,5 mm en tant que granulat grossier et de taille naturelle avec une taille de particules maximale de 4,75 mm en tant que granulat fin. Les distributions granulométriques du ciment activé par les alcalis, des granulats grossiers et fins et du sable de silice standard sont présentées dansFig. 1. Des granulats grossiers et fins ont été utilisés dans un état séché au four. 2.2. Méthodes La production à l'échelle pilote du ciment activé par les alcalis a été lancée après la production et la caractérisation réussies du ciment à l'échelle du laboratoire. Il a été démontré que ce ciment répond aux exigences ASTMC1157 pour le ciment hydraulique «à usage général» [20]. Le but des études à l'échelle pilote rapportées ici était de vérifier uploads/Industriel/ article 3 .pdf