Influence of recycled fine aggregate particle size on wet carbonation for producing sustainable aggregate from construction waste
Cette étude démontre que la carbonatation humide de granulats fins recyclés (RFA) dépend fortement de la granulométrie, où les fractions plus grossières (> 1,18 mm) parviennent à un affinement des pores et une carbonatation uniforme supérieurs grâce à un lessivage ionique plus lent, tandis que les fractions plus fines souffrent d'une passivation de surface et d'une porosité accrue, produisant finalement une amélioration de 25,1 % de la résistance à la compression dans les mortiers lorsque des RFA carbonatés recombinés sont utilisés.
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Chaque fois qu'une ville s'agrandit ou qu'un vieux pont est démoli, il laisse derrière lui une montagne de béton brisé. Pendant des décennies, la méthode standard pour gérer ces décombres a consisté à les broyer pour les utiliser comme substitut au sable et au gravier naturels trouvés dans les lits de rivières. Ce matériau recyclé est une ressource vitale pour construire un avenir durable, mais il présente un défaut. Les morceaux brisés sont souvent recouverts d'une couche rugueuse et poreuse de vieille pâte de ciment qui les rend faibles et assoiffés d'eau. Pour remédier à cela, des scientifiques ont développé un processus appelé carbonatation humide. En termes simples, cela consiste à faire tremper le béton concassé dans l'eau et à faire passer du dioxyde de carbone gazeux à travers le mélange en faisant des bulles. Le gaz réagit avec le calcium de l'ancien ciment pour former un nouveau minéral solide capable de combler les trous et de renforcer le matériau. C'est une manière ingénieuse de transformer des déchets en un meilleur bloc de construction tout en piégeant simultanément le dioxyde de carbone de l'air.
Cependant, une nouvelle étude de chercheurs de l'Université Central South suggère que ce processus ne fonctionne pas de la même manière pour chaque morceau de gravats. L'équipe a découvert que la taille des particules concassées est le facteur décisif pour déterminer si le traitement aide ou nuit. Ils ont découvert que la méthode agit comme une épée à double tranchant : elle renforce les gros morceaux de sable recyclé tout en affaiblissant simultanément les grains les plus fins. Cette découverte remet en question l'hypothie commune selon laquelle tout le béton recyclé bénéficie également de la carbonatation et révèle que la taille de la particule dicte une bataille chimique complexe se déroulant à l'intérieur de l'eau.
Pour découvrir cette dynamique cachée, les chercheurs ont pris un lot d'agrégat fin recyclé, qui est essentiellement du sable de béton concassé, et l'ont trié en cinq groupes de tailles distincts. Ils ont ensuite traité chaque groupe séparément, en faisant passer des bulles de dioxyde de carbone à travers le mélange d'eau et de sable pendant une heure. En gardant les tailles de particules séparées, ils pouvaient observer exactement comment les réactions chimiques se déroulaient dans la poussière fine par rapport aux grains plus grossiers. Ils ont mesuré l'acidité de l'eau, suivi la libération de minéraux et examiné les changements physiques des grains de sable à l'aide de microscopes puissants et d'outils d'analyse chimique.
Les résultats ont montré une division nette à un seuil de taille spécifique de 1,18 millimètre. Pour les grains plus gros, le processus a été un succès. Comme ces particules sont plus grosses, elles ont moins de surface par rapport à leur volume, ce qui signifie que la réaction chimique s'est produite plus lentement. Ce rythme plus lent a permis au dioxyde de carbone de pénétrer profondément dans les pores du sable avant qu'une croûte solide ne se forme à l'extérieur. En conséquence, le nouveau minéral s'est formé à l'intérieur des trous, les bouchant et rendant les grains plus denses et plus solides. L'absorption d'eau de ces grains plus gros a chuté, et leur capacité à résister à l'écrasement s'est considérablement améliorée.
En revanche, les grains les plus fins, ceux plus petits que 1,18 millimètre, ont subi un sort différent. Ces minuscules particules possèdent une surface massive, ce qui a provoqué une libération très rapide de leurs minéraux internes dans l'eau. Cette libération rapide a déclenché une réaction immédiate à la surface des grains, créant une couche de nouveau minéral épaisse et dure presque instantanément. Bien que cela semble bénéfique, cela a en réalité créé une barrière. Cette croûte de surface a bloqué le dioxyde de carbone, l'empêchant d'atteindre l'intérieur des grains. Parallèlement, la réaction chimique rapide a éliminé une partie du matériau liant à l'intérieur des grains, les laissant avec plus de trous et une structure plus faible. Le volume total des pores de ces grains fins a augmenté de près de 19 pour cent, les rendant plus fragiles et absorbants qu'auparavant.
Malgré cette détérioration de la fraction la plus fine, l'histoire globale se termine sur une note positive. Les chercheurs ont recombiné tous les grains traités, mélangeant les gros grains renforcés avec les petits grains affaiblis pour créer un sable gradué complet adapté à la construction. Lorsqu'ils ont utilisé ce sable traité et mélangé pour fabriquer du mortier, le produit final était nettement plus résistant que le mortier fabriqué avec du sable recyclé non traité. Avec un taux de remplacement de 100 pour cent, le nouveau mortier était 25,1 pour cent plus résistant après 28 jours. Les chercheurs suggèrent que les gains provenant des gros grains renforcés étaient suffisamment substantiels pour compenser les pertes des grains fins. De plus, les changements chimiques dans les grains fins, bien que dommageables pour leur structure individuelle, ont produit un matériau riche en silice qui peut aider à lier le ciment dans le mélange final, offrant ainsi un bénéfice secondaire.
Cette étude souligne que le recyclage des déchets de construction n'est pas une solution universelle. L'efficacité de l'amélioration des agrégats recyclés dépend fortement de la taille spécifique des particules traitées. Le processus fonctionne mieux lorsque la réaction est autorisée à progresser assez lentement pour pénétrer le matériau plutôt que de simplement recouvrir la surface. Pour l'industrie de la construction, cela signifie que les futures usines de recyclage pourraient avoir besoin de trier leurs déchets plus soigneusement, en traitant peut-être différentes fractions de taille avec des durées ou des méthodes différentes afin de maximiser la résistance du matériau de construction final. En comprenant ces interactions microscopiques, les ingénieurs peuvent mieux transformer les montagnes de décombres urbains en la fondation d'un monde plus durable.
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