Il a été démontré que les nanocristaux de cellulose dérivés de sous-produits industriels augmentent la résistance du béton, représentant un additif renouvelable potentiel pour améliorer le matériau de construction omniprésent.

Les nanocristaux de cellulose (CNC) pourraient être raffinés à partir des sous-produits générés dans le papier, bioénergie, l'agriculture et les industries de la pâte à papier. Ils sont extraits de structures appelées microfibrilles de cellulose, qui contribuent à donner aux plantes et aux arbres leur haute résistance, légèreté et résilience. Maintenant, des chercheurs de l'Université Purdue ont démontré que les nanocristaux de cellulose peuvent augmenter la résistance à la traction du béton de 30 %.

"C'est un abondant, matière renouvelable pouvant être récoltée à partir de matières premières cellulosiques de faible qualité déjà produites dans divers procédés industriels, " a déclaré Pablo Zavattieri, professeur agrégé à la Lyles School of Civil Engineering.

Les nanocristaux de cellulose pourraient être utilisés pour créer une nouvelle classe de biomatériaux avec un large éventail d'applications, comme le renforcement des matériaux de construction et des composants automobiles.

Les résultats de la recherche ont été publiés en février dans la revue Ciment et Béton Composites . Le travail a été mené par Jason Weiss, Jack et Kay Hockema de Purdue professeur de génie civil et directeur du laboratoire des matériaux de Pankow; Robert J. Moon, un chercheur du Forest Products Laboratory du U.S. Forest Service; Jeffrey Youngblood, un professeur agrégé de génie des matériaux; doctorant Yizheng Cao; et Zavattieri.

Un facteur limitant la résistance et la durabilité du béton d'aujourd'hui est que toutes les particules de ciment ne sont pas hydratées après avoir été mélangées, laissant des pores et des défauts qui nuisent à la résistance et à la durabilité.

"Donc, en substance, nous n'utilisons pas 100 pour cent du ciment, " a déclaré Zavattieri.

Cependant, les chercheurs ont découvert que les nanocristaux de cellulose augmentent l'hydratation du mélange de béton, permettant à une plus grande partie de durcir et potentiellement altérer la structure du béton et le renforcer. Par conséquent, moins de béton doit être utilisé.

Les nanocristaux de cellulose mesurent environ 3 à 20 nanomètres de large sur 50-500 nanomètres de long - soit environ 1/1, 000e de la largeur d'un grain de sable - ce qui les rend trop petits pour être étudiés avec des microscopes optiques et difficiles à mesurer avec des instruments de laboratoire. Ils proviennent de diverses sources biologiques, principalement des arbres et des plantes.

Le béton a été étudié à l'aide de plusieurs techniques d'analyse et d'imagerie. Parce que les réactions chimiques dans le durcissement du béton sont exothermiques, certains des tests ont mesuré la quantité de chaleur libérée, indiquant une augmentation de l'hydratation du béton. Les chercheurs ont également émis l'hypothèse de l'emplacement précis des nanocristaux dans la matrice de ciment et ont appris comment ils interagissent avec les particules de ciment dans le béton frais et durci. Il a été démontré que les nanocristaux forment de petites entrées d'eau pour mieux pénétrer dans le béton.

La recherche concorde avec les objectifs de P3Nano, un partenariat public-privé soutenant le développement et l'utilisation de nanomatériaux à base de bois pour une large gamme de produits commerciaux.

"L'idée est de soutenir et d'aider Purdue à faire progresser la technologie CNC-Cement pour des essais sur le terrain à grande échelle et le potentiel de commercialisation, " a déclaré Zavattieri.