L'étudiant en génie chimique Ka Fung Wong regarde le journal de données, qui est utilisé pour collecter des données à partir de capteurs enterrés sous la parcelle d'essai en béton. Crédit :WSU
Des chercheurs de l'Université de l'État de Washington ont créé une alternative durable au béton traditionnel en utilisant des cendres volantes de charbon, un déchet de la production d'électricité à base de charbon.
L'avancée s'attaque à deux problèmes environnementaux majeurs à la fois en valorisant les déchets de production de charbon et en réduisant considérablement l'impact environnemental de la production de béton.
Xianming Shi, professeur agrégé au département de génie civil et environnemental de WSU, et étudiant diplômé Gang Xu, ont développé une forte, béton durable qui utilise des cendres volantes comme liant et élimine l'utilisation de ciment écologiquement intensif. Ils rendent compte de leurs travaux dans le numéro d'août de la revue, Carburant .
Réduit la demande d'énergie, émissions de gaz à effet de serre
Production de béton traditionnel, qui est fabriqué en combinant du ciment avec du sable et du gravier, contribue entre cinq et huit pour cent des émissions de gaz à effet de serre dans le monde. C'est parce que le ciment, l'ingrédient clé du béton, nécessite des températures élevées et une énorme quantité d'énergie pour produire.
Cendres volantes, le matériau qui reste après la combustion de la poussière de charbon, entre-temps, est devenu un problème important de gestion des déchets aux États-Unis. Plus de 50 pour cent des cendres volantes finissent dans les décharges, où il peut facilement s'infiltrer dans l'environnement voisin.
Alors que certains chercheurs ont utilisé des cendres volantes dans le béton, ils n'ont pas été en mesure d'éliminer les méthodes de chauffage intense qui sont traditionnellement nécessaires pour fabriquer un matériau solide.
"Notre mode de production ne nécessite ni chauffage ni utilisation de ciment, " dit Xu.
Ka Fung Wong, Étudiant en génie chimique WSU, signale les capteurs qui sont enterrés sous la parcelle d'essai en béton. Crédit :WSU
Ingénierie moléculaire
Ce travail est également important car les chercheurs utilisent des matériaux de taille nanométrique pour fabriquer du béton au niveau moléculaire.
« Pour faire progresser durablement le secteur de la construction, nous devons utiliser la capacité « ascendante » des nanomatériaux, " dit Shi.
L'équipe a utilisé de l'oxyde de graphène, un nanomatériau récemment découvert, pour manipuler la réaction des cendres volantes avec l'eau et transformer les cendres volantes activées en un matériau solide semblable à du ciment. L'oxyde de graphène réarrange les atomes et les molécules dans une solution de cendres volantes et d'activateurs chimiques comme le silicate de sodium et l'oxyde de calcium. Le processus crée une chaîne de molécules de calcium-aluminate-silicate-hydrate avec des atomes fortement liés qui forment un réseau polymère inorganique plus durable que le ciment (hydraté).
Aide les eaux souterraines, atténue les inondations
L'équipe a conçu le béton de cendres volantes pour être perméable, ce qui signifie que l'eau peut le traverser pour reconstituer les eaux souterraines et atténuer les risques d'inondation.
Les chercheurs ont démontré la résistance et le comportement du matériau dans des parcelles d'essai sur le campus de WSU dans diverses conditions de charge et de température. Ils effectuent toujours des tests d'infiltration et collectent des données à l'aide de capteurs enfouis sous le béton. Ils espèrent éventuellement commercialiser la technologie brevetée.
"Après d'autres tests, nous aimerions construire des structures avec ce béton pour servir de preuve de concept, " dit Xu.
