Le béton est le matériau synthétique le plus utilisé, couramment utilisé dans les bâtiments, routes, ponts et installations industrielles. Mais la production du ciment Portland nécessaire à la fabrication du béton représente 5 à 8 % de toutes les émissions mondiales de gaz à effet de serre. Il existe un ciment plus respectueux de l'environnement appelé MOC (ciment à l'oxychlorure de magnésium), mais sa faible résistance à l'eau a limité son utilisation jusqu'à maintenant. Nous avons développé un MOC résistant à l'eau, un ciment « vert » qui pourrait grandement contribuer à réduire les émissions de l'industrie de la construction et à la rendre plus durable.

La production d'une tonne de ciment conventionnel en Australie émet environ 0,82 tonne de dioxyde de carbone (CO 2 ). Parce que la plupart du CO 2 est libéré à la suite de la réaction chimique qui produit du ciment, les émissions ne sont pas faciles à réduire. En revanche, Le MOC est une forme différente de ciment qui est neutre en carbone.

Qu'est-ce que le MOC exactement ?

MOC est produit en mélangeant deux ingrédients principaux, poudre d'oxyde de magnésium (MgO) et une solution concentrée de chlorure de magnésium (MgCl 2 ). Ce sont des sous-produits de l'extraction du magnésium.

De nombreux pays, dont la Chine et l'Australie, avoir beaucoup de ressources en magnésite, ainsi que l'eau de mer, à partir de laquelle MgO et MgCl 2 pourrait être obtenu.

Par ailleurs, MgO peut absorber le CO 2 de l'atmosphère. Cela fait de MOC un véritable vert, ciment neutre en carbone.

Le MOC possède également de nombreuses propriétés de matériau supérieures à celles du ciment conventionnel.

La résistance à la compression (capacité à résister à la compression) est la propriété matérielle la plus importante pour les matériaux de construction cimentaires tels que le ciment. Le MOC a une résistance à la compression beaucoup plus élevée que le ciment conventionnel et cette résistance impressionnante peut être atteinte très rapidement. Le réglage rapide du MOC et le gain de résistance précoce sont très avantageux pour la construction.

Bien que le MOC ait beaucoup de mérites, il a jusqu'à présent eu une mauvaise résistance à l'eau. Un contact prolongé avec l'eau ou l'humidité dégrade sévèrement sa résistance. Cette faiblesse critique a limité son utilisation aux applications intérieures telles que les carreaux de sol, panneaux de décoration, panneaux d'isolation phonique et thermique.

Comment la résistance à l'eau a-t-elle été développée ?

Une équipe de chercheurs, dirigé par Yixia (Sarah) Zhang, travaille au développement d'un MOC résistant à l'eau depuis 2017 (quand elle était à l'UNSW Canberra).

Pour améliorer la résistance à l'eau, l'équipe a ajouté des sous-produits industriels tels que des cendres volantes et de la fumée de silice au MOC, ainsi que des additifs chimiques.

Les cendres volantes sont un sous-produit de l'industrie du charbon, il y en a beaucoup en Australie. L'ajout de cendres volantes a considérablement amélioré la résistance à l'eau du MOC. La résistance à la flexion (capacité à résister à la flexion) a été entièrement conservée après un trempage dans l'eau pendant 28 jours.

Pour conserver davantage la résistance à la compression sous l'attaque de l'eau, l'équipe a ajouté de la fumée de silice. La fumée de silice est un sous-produit de la production d'alliages de silicium métal ou de ferrosilicium. Lorsque les cendres volantes et la fumée de silice ont été combinées avec de la pâte MOC (15% de chaque additif), la pleine résistance à la compression a été conservée dans l'eau pendant 28 jours.

Les cendres volantes et la fumée de silice ont un effet similaire de remplissage de la structure des pores dans le MOC, rendre le ciment plus dense. Les réactions avec la matrice MOC forment une phase de type gel, qui contribue à la déperlance. Les particules extrêmement fines, grande surface spécifique et silice hautement réactive (SiO 2 ) la teneur en fumée de silice en font une substance liante efficace connue sous le nom de pouzzolane. Cela contribue à donner au béton une résistance et une durabilité élevées.

Bien que le MOC développé jusqu'à présent ait une excellente résistance à l'eau à température ambiante, il s'affaiblit rapidement lorsqu'il est trempé dans de l'eau tiède. L'équipe a travaillé pour surmonter ce problème en utilisant des additifs chimiques inorganiques et organiques. L'ajout d'acide phosphorique et de phosphates solubles a considérablement amélioré la résistance à l'eau chaude.

Sur trois ans, l'équipe a fait une percée dans le développement du MOC en tant que ciment vert. La résistance du béton est évaluée en mégapascals (MPa). Le MOC a atteint une résistance à la compression de 110 MPa et une résistance à la flexion de 17 MPa. Ces valeurs sont quelques fois supérieures à celles du ciment conventionnel.

Le MOC peut conserver pleinement ces forces après avoir été trempé dans l'eau pendant 28 jours à température ambiante. Même dans l'eau chaude (60˚C), le MOC peut conserver jusqu'à 90 % de sa résistance à la compression et à la flexion après 28 jours. Les valeurs restent aussi élevées que 100 MPa et 15 MPa respectivement, toujours beaucoup plus que pour le ciment conventionnel.

Le MOC remplacera-t-il le ciment conventionnel ?

Alors, le MOC pourrait-il un jour remplacer le ciment conventionnel ? Cela semble très prometteur. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour démontrer la praticabilité des utilisations de ce ciment vert et performant dans, par exemple, béton.

Lorsque le béton est le principal composant structurel, une armature en acier doit être utilisée. La corrosion de l'acier dans le MOC est un problème critique et un grand obstacle à franchir. L'équipe de recherche a déjà commencé à travailler sur cette question.

Si ce problème peut être résolu, MOC peut changer la donne pour l'industrie de la construction.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.