La chose la plus difficile à propos du béton pourrait bien être le problème de savoir comment fabriquer le matériau de construction omniprésent d'une manière respectueuse de l'environnement. Des résultats récents de laboratoire à l'Université de Princeton indiquent que le défi de fabriquer un béton plus vert pourrait éventuellement être fissuré.

Le béton soulève des préoccupations en matière de changement climatique car la fabrication de son composant principal, Ciment Portland, est responsable de pas moins de 8 pour cent des émissions humaines de dioxyde de carbone. Pire encore d'un point de vue environnemental, les prévisionnistes prévoient que la production de ciment Portland doublera au cours des 30 prochaines années.

Il existe des substituts possibles pour le ciment Portland. Une option, appelés matériaux activés par les alcalis, promet de remplir la même fonction et de réduire les émissions de carbone liées au ciment jusqu'à 90 %. Des études ont montré que les matériaux activés par les alcalis sont aussi résistants que le ciment Portland. Mais il existe relativement peu de données à long terme sur la durabilité du ciment plus vert, une question clé pour quelqu'un qui construit une structure pour durer des décennies ou plus.

Les chercheurs de Princeton et d'autres institutions se sont efforcés de remédier au manque d'informations sur les nouveaux remplacements de ciment. Claire Blanc, professeur assistant en génie civil et environnemental et au Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement, a déclaré qu'il peut être difficile en laboratoire de simuler avec précision la durabilité à long terme du béton. Mais l'information est essentielle si l'industrie veut adopter le matériau.

"L'une des raisons pour lesquelles les matériaux activés par les alcalis ne sont pas largement utilisés est le manque de normes d'essai au niveau national, " dit Blanc.

Dans les années récentes, Le groupe de recherche de White a utilisé différentes méthodes pour mesurer la durabilité à long terme des alternatives au ciment et proposer des moyens d'éliminer les faiblesses des matériaux. Dans un rapport, son équipe a examiné de minuscules fissures qui se développent à mesure que certains matériaux activés par les alcalis vieillissent; parce que les fissures peuvent diminuer considérablement la résistance au fil du temps, les chercheurs ont proposé d'ajouter de petites quantités de nanoparticules d'oxyde de zinc pour réduire la fissuration.

« Nous utilisons et étudions les ciments Portland depuis près de 200 ans, nous comprenons donc bien comment ils se détériorent au fil du temps et dans différentes conditions environnementales, " dit Maria Jeuneger, professeur au département de civil, ingénierie architecturale et environnementale à l'Université du Texas-Austin. D'autre part, Juenger a dit, « les matériaux activés par les alcalis sont une nouvelle bête, et nous devons consacrer beaucoup d'efforts à l'étude de leur durabilité avant de les utiliser dans des structures [parce que] les défaillances imprévues pourraient être coûteuses."

Dans un article publié le 15 juin dans le Journal de l'American Ceramic Society , L'équipe de recherche de White décrit une nouvelle approche pour évaluer la perméabilité du matériau activé par les alcalis. La perméabilité est une faiblesse critique pour tout ciment car des produits chimiques tels que le dioxyde de carbone, les sulfates ou les chlorures qui s'introduisent dans une structure en béton peuvent affaiblir le béton et corroder l'acier utilisé comme renfort pour la plupart des bâtiments modernes.

La perméabilité est une mesure importante de la durabilité d'un ciment, mais il est très difficile de mesurer avec précision dans un laboratoire, Blanc a expliqué. En effet, les méthodes les plus courantes de test de perméabilité nécessitent que les chercheurs prétraitent le ciment ou utilisent une pression élevée pour forcer le liquide à travers un échantillon. Les deux rendent le test moins représentatif des conditions réelles.

Pour résoudre ce problème, L'équipe de recherche de White a utilisé une méthode appelée test de flexion du faisceau, qui n'est généralement pas utilisé pour mesurer la perméabilité. Dans l'épreuve, un cylindre horizontal de ciment est supporté aux deux extrémités tandis qu'une force descendante est appliquée contre le milieu du côté supérieur du cylindre, le faisant dévier. En mesurant la façon dont le cylindre réagit à la déviation au fil du temps, les chercheurs ont pu calculer comment le liquide se déplace à travers les minuscules pores à l'intérieur du ciment.

Dans une série d'essais, Catherine Eiben, un ancien étudiant diplômé du laboratoire de White, mesuré la perméabilité d'un matériau activé par les alcalis fabriqué à partir d'une solution d'hydroxyde de sodium et de laitier, un sous-produit de la production de fer. Anna Blyth, une personne âgée montante, a effectué une autre série de mesures à l'aide du matériau, mais a modifié la solution de sorte que le matériau contienne de la silice soluble. Les chercheurs ont découvert que la première version du matériau activé par les alcalis était plus perméable que le ciment Portland; mais la version silice avait une perméabilité nettement inférieure.

"C'était assez excitant", a déclaré Blyth, qui a effectué les tests dans le cadre de sa recherche indépendante de premier cycle. "Le travail que le professeur White fait dans son laboratoire a des implications importantes pour l'industrie et, espérons-le, aidera à créer des normes et des codes pour aborder la mise en œuvre de substituts respectueux de l'environnement pour le ciment Portland."

White a déclaré que les résultats sont une étape encourageante. Mais elle a dit que cela n'ouvre pas complètement la voie pour le nouveau type de ciment. Alors que la perméabilité est une mesure clé de la durabilité, les échantillons à faible perméabilité peuvent souffrir d'autres problèmes potentiels.

"Le type de matériau qui fonctionne très bien sur la perméabilité - ceux avec de très petites tailles de pores - sont parfois vulnérables à la microfissuration, " dit-elle. " Nous savons que c'est vrai pour ces ciments au laitier activés au silicate. "

White a déclaré que les travaux futurs dans son laboratoire prévoyaient de résoudre la question cruciale.

« Nous voulons développer de nouvelles méthodes pour obtenir des données précises sur la façon dont ces matériaux se comporteront au fil du temps, ", a-t-elle déclaré. "Cela aidera à la mise en œuvre d'alternatives durables dans l'industrie de la construction."