Alors que les chercheurs de l'université Xi'an Jiaotong-Liverpool terminaient leurs recherches sur le béton architectural coloré, ils ont trouvé un résultat surprenant :le ciment pigmenté vert avait des impuretés qui produisaient des pores poreux, béton de mauvaise qualité. Pendant ce temps, les pigments rouges et bleus ont eu peu d'effet.

La recherche a été menée par Mehreen Heerah, diplômé du Département de Génie Civil de XJTLU, Dr Graham Dawson du département de chimie de XJTLU, et Isaac Galobardes de l'Université Mohammed VI Polytechnique.

Le béton architectural pigmenté est utilisé comme une alternative visuellement attrayante au béton gris, comme dans la Ciutat de la Justícia de Barcelone, explique le Dr Dawson. À mesure que la demande de béton architectural pigmenté augmente, il en va de même de l'importance de cette recherche.

Pas facile d'être écolo

"Les caractéristiques des pigments rouges et bleus utilisés dans l'étude ont été établies dans la littérature de recherche existante. Cependant, les caractéristiques du pigment vert n'étaient pas habituelles, " dit Dawson.

"Les résultats pour les pigments rouges et bleus étaient assez proches de nos attentes, " Heerah dit. " D'un autre côté, nous ne nous attendions pas à l'effet drastique du pigment vert sur les propriétés du mortier. En réalité, nous nous attendions à une augmentation plus importante de la résistance avec le pigment vert par rapport aux deux autres."

C'est parce que le pigment vert dans les produits est à base d'oxyde de chrome, ce qui augmente la résistance du mélange lorsqu'il est hydraté.

Alors pourquoi le béton vert a-t-il été jugé de qualité inférieure ?

La réponse réside dans la façon dont il a été produit avec des impuretés dommageables, dit le Dr Dawson.

"Les produits chimiques sont utilisés pour produire des pigments, " explique-t-il. " Parfois, les pigments présentent des composants chimiques simples et d'autres combinaisons de ceux-ci pour obtenir des couleurs différentes."

L'impureté incriminée qui a affaibli le béton vert était la muscovite; un minéral utilisé pour produire un pigment vert pour d'autres usages industriels. Une fois hydraté avec du ciment, la muscovite a généré des quantités importantes d'un composant qui provoque une porosité excessive, ce qui entraîne une diminution de la résistance et de la longévité.

"Toutefois, d'autres études ont montré qu'il n'y a pas d'effet indésirable lors de l'utilisation de pigment vert composé uniquement d'oxyde de chrome (III), sans muscovite, " dit Heerah.

Mélanger

Les échantillons de ciment ont été produits avec trois pigments différents :aluminate de cobalt bleu, pigment d'oxyde de chrome vert et d'oxyde de fer rouge—à trois niveaux différents : 1, 5 et 10 %. Les chercheurs ont testé deux types de ciment pour comprendre comment ces adjuvants et sous-produits affectent les propriétés du béton résultant.

L'expérience en quatre parties a d'abord testé l'absorption d'eau pour évaluer le changement des propriétés physiques, puis déterminé les propriétés d'hydratation des échantillons.

Prochain, les cinétiques d'hydratation ont été étudiées à travers l'évolution de la température de chaque mélange. Finalement, les chercheurs ont examiné la résistance à la flexion et à la compression pour comprendre l'effet du pigment sur la résistance mécanique.

La recherche a établi que la morphologie des produits d'hydratation et la cinétique étaient liées à la résistance à la compression des échantillons.

Les mauvaises performances du pigment vert se sont démarquées par rapport aux effets minimes du rouge et du bleu.

La recherche a également découvert que les pigments d'oxyde d'aluminate cobalteux (bleu) et d'oxyde de fer (III) (rouge) pouvaient être utilisés avec le ciment Portland et le ciment composite Portland sans affaiblir la résistance du béton.

Moins d'impact

Les chercheurs ont également amélioré une équation existante utilisée pour estimer la résistance à la compression en temps réel du mortier pigmenté, dit Heerah.

Le Dr Galobardes explique que « l'utilisation de cette équation évite de faire les essais destructifs utilisés pour estimer les propriétés mécaniques du béton.

"Cela élimine les déchets et réduit les émissions de dioxyde de carbone et les coûts liés à la production des échantillons utilisés dans les tests."

Alors que les pigments eux-mêmes ne réduisent pas les émissions de carbone produites par le béton, la recherche indique qu'ils peuvent être utilisés en toute sécurité avec des éco-ciments.

Les mélanges de ciment tels que le ciment composite Portland, qui comprend les scories de haut fourneau granulées broyées (GGBS) et les cendres volantes devraient permettre de réduire les émissions de carbone dans les années à venir.