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    Ciment de carotte :comment les légumes-racines et les cendres pourraient rendre le béton plus durable

    Le béton est responsable de 8 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre et est la deuxième substance la plus utilisée dans le monde. Crédit :Harry Dona/Unsplash

    Le béton est devenu notre matériau de construction de choix pour d'innombrables structures telles que les ponts, tours et barrages. Mais il a également une empreinte environnementale énorme, principalement due aux émissions de dioxyde de carbone provenant de la production de ciment, l'un de ses principaux constituants. Les chercheurs expérimentent maintenant des légumes-racines et du plastique recyclé dans le béton pour voir si cela peut le rendre plus solide et plus durable et même alimenter des lampadaires ou des capteurs de pollution atmosphérique.

    Après l'eau, Le béton est la substance la plus utilisée dans le monde. Production de ciment, un élément clé du béton, est responsable d'environ 8 % du dioxyde de carbone mondial (CO 2 ) émissions. Il s'agit de brûler beaucoup de minéraux, coquilles, schiste et autres composants dans des fours chauffés à environ 1, 400°C, où les combustibles fossiles sont généralement utilisés comme source d'énergie, produisant ainsi du CO 2 émissions.

    En outre, production de clinker - petit, grumeaux solides qui sont un produit intermédiaire du ciment - est le résultat d'une réaction chimique à haute température qui est également énergivore.

    « L'industrie du ciment travaille à la décarbonation et à la réduction de l'empreinte des énergies fossiles, " a déclaré le Dr Nikola Tošić, chercheur à l'Université Polytechnique de Catalogne à Barcelone, Espagne. "Mais la partie chimique des émissions de dioxyde de carbone est inévitable à moins que nous ne proposions des types (complètement) différents de ciment."

    Lorsque le ciment est mélangé avec de l'eau, il forme une pâte qui lie les agrégats tels que le sable et la pierre concassée, permettant au béton de durcir et de lui donner résistance et structure.

    Rendre le ciment plus fort pour qu'il soit moins nécessaire est une stratégie pour réduire son impact environnemental. Le professeur Mohamed Saafi de l'Université de Lancaster au Royaume-Uni et ses collègues visent à atteindre cet objectif dans le cadre du projet B-SMART.

    Le ciment doit être combiné avec de l'eau pour qu'il adhère au sable et à la roche concassée et les lie ensemble. Cependant, toutes les particules de ciment ne s'hydratent pas au cours du processus. "La plupart d'entre eux restent essentiellement assis là à ne rien faire, ce qui est du gaspillage, " a déclaré le Pr Saafi. " Si nous pouvons amplifier ce mécanisme d'hydratation, sa résistance augmentera considérablement et nous pourrons donc utiliser moins de ciment."

    En remplaçant une partie du ciment par des déchets industriels tels que les cendres volantes, les chercheurs espèrent rendre le béton plus durable. Crédit :Nikola Tošić

    Légumes racines

    Le professeur Saafi et son équipe se sont tournés vers les légumes-racines pour obtenir de l'aide. Ils ont cherché à savoir si les déchets de carottes transformés pour faire de la nourriture pour bébé, ou les restes de l'extraction du sucre de betterave pourraient être ajoutés au ciment pour le renforcer. En utilisant des simulations informatiques, ils ont pu voir comment les feuilles ultrafines fabriquées à partir de ces légumes et jetées dans la pâte de ciment interagiraient avec le ciment, en regardant leur effet à la fois sur l'hydratation du ciment et ses propriétés mécaniques résultantes. Ensuite, ils ont mené des expériences en laboratoire pour essayer de valider les résultats de leurs simulations.

    Les chercheurs ont découvert que l'incorporation de feuilles à base de déchets végétaux permettait d'améliorer l'hydratation du ciment. Les feuilles ont agi comme des réservoirs qui ont permis à l'eau d'atteindre plus de particules de ciment et d'améliorer ainsi sa capacité de liaison. "À la fois, une fois l'hydratation terminée, certaines de ces nanofeuillets de carotte restent dans le ciment et rendent sa structure très résistante, " a déclaré le professeur Saafi. " Nous n'avons jamais vu cela auparavant et c'est vraiment une découverte incroyable. "

    L'ajout de légumes-racines au ciment s'est également avéré avoir des avantages supplémentaires. Faire pression sur une carotte, par exemple, produit de l'énergie électrique qui pourrait alimenter une petite lumière LED ou des appareils électroniques. Lorsque des nanofeuillets de carotte ont été ajoutés au ciment, Le professeur Saafi et ses collègues ont découvert qu'ils pouvaient fabriquer du béton qui produit de l'électricité. Si utilisé pour construire un pont, par exemple, de l'électricité pourrait être générée lors du passage de voitures ou en raison de vibrations ou de mouvements provoqués par les piétons. "Nous pouvons utiliser cette électricité du béton pour alimenter des LED ou des lampadaires, " a déclaré le professeur Saafi. " Il pourrait également alimenter des capteurs pour surveiller la pollution de l'air. "

    L'électricité produite par le béton pourrait également donner un aperçu de la santé d'une structure. La tension générée changerait s'il y avait des fissures, par exemple. L'intégration d'un dispositif de surveillance qui suit la production électrique dans un bâtiment ou un pont pourrait donc aider à déterminer quand quelque chose ne va pas et qu'une structure doit être vérifiée, évitant ainsi une défaillance catastrophique.

    L'équipe effectue actuellement des tests sur le terrain pour voir s'ils peuvent construire des structures avec leur ciment de carotte qui ont les mêmes propriétés observées en laboratoire. Ils visent également à utiliser les procédés existants lors de la production de leur béton modifié pour aider à réduire les coûts.

    Si tout va bien, l'équipe s'attend à ce que leur ciment végétal réduise la quantité de ciment nécessaire pour construire une structure de 10 kg par mètre cube de béton. « J'espère qu'à l'avenir, nous pourrons l'optimiser un peu mieux et réduire davantage la quantité de ciment (nécessaire), " a déclaré le Pr Saafi.

    Un ciment plus résistant fabriqué avec du plastique recyclé pourrait permettre à l'industrie de la construction de réduire l'utilisation de composants de renforcement non durables tels que l'acier. Crédit :Nikola Tošić

    Cendres volantes

    D'autres types de déchets sont testés pour fabriquer un béton plus durable. Les sous-produits industriels tels que les cendres volantes—une amende, la matière pulvérulente qui reste après la combustion du charbon - et les scories de haut fourneau - les restes granulés de la production d'acier - pourraient remplacer en partie le ciment.

    « On peut réduire (la quantité de) ciment de 30 à 50 % et ajouter ces sous-produits industriels (à la place), " a déclaré le Dr Tošić, qui explore cette approche dans le cadre d'un projet appelé GREEN-FRC.

    L'équipe se concentre sur la production de béton fibré pour une utilisation en milieu urbain, pour faire des trottoirs et des bâtiments par exemple. Ils expérimenteront différents mélanges de béton pour trouver ceux qui sont optimaux du point de vue de la durabilité et dont les propriétés mécaniques ne sont pas compromises.

    Des modèles mathématiques seront dans un premier temps utilisés pour prédire les propriétés de leurs bétons les plus verts en fonction de leur composition qui seront suivis de tests en laboratoire. "Nous nous attendons à ce qu'ils se comportent différemment de la normale, béton traditionnel, " a déclaré le Dr Tošić.

    L'incorporation de plastique dans le béton présente également un intérêt. Des fibres plastiques recyclées pourraient éventuellement être utilisées pour le rendre plus résistant, permettant peut-être une réduction des composants non durables tels que l'acier utilisé pour renforcer le ciment. Depuis le démarrage du projet début 2020, l'équipe a incorporé différentes quantités et types de fibres plastiques de polypropylène dans le béton et a testé son comportement à long terme. Le béton se déforme continuellement dans le temps lorsqu'il est soumis à une charge constante, ils veulent donc voir comment il se comporte lorsque sa composition est modifiée. "Nous devons être en mesure de prédire cela, " a déclaré le Dr Tošić.

    Bientôt, l'équipe commencera également à étudier comment certaines argiles pourraient être utilisées pour remplacer partiellement le ciment dans le béton. Le ciment a une empreinte environnementale supplémentaire qui provient des ressources naturelles telles que les argiles et les minéraux nécessaires à sa fabrication. Mais l'utilisation d'argile calcaire à la place pourrait être une option plus durable car elle est beaucoup plus abondante que d'autres matériaux naturels utilisés pour fabriquer du ciment traditionnel, ainsi que d'autres alternatives telles que les sous-produits industriels.

    Le Dr Tošić pense que leurs bétons plus verts seront d'abord utilisés dans la chaussée, revêtement pour tunnels et panneaux pour façades de bâtiments, qui nécessitent moins de renforcement que les structures telles que les bâtiments. Certaines entreprises de construction s'intéressent déjà au projet en fournissant gratuitement du matériel pour leurs expérimentations. « Au cours de la dernière année, nous remarquons que les entreprises de construction font un changement ou un changement en termes de pensée, " a déclaré le Dr Tošić. " Ils voient que la durabilité est nécessaire pour eux à l'avenir, sinon ils perdront un marché. "


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