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22 Mai, 2024

Un béton durable à faible teneur en carbone remplace 80 % de son ciment par des cendres de charbon

Un béton durable à faible teneur en carbone remplace 80 % de son ciment par des cendres de charbon

Chamila Gunasekara tient un échantillon du béton à faible teneur en carbone.

Des chercheurs du RMIT (L’Institut royal de technologie de Melbourne, est une université australienne publique de Melbourne dans l’État de Victoria) ont mis au point un nouveau type de « béton vert » qui incorpore deux fois plus de cendres de charbon recyclées que les bétons à faible teneur en carbone existants, réduit de moitié la quantité de ciment nécessaire et dure encore plus longtemps que le béton de ciment Portland ordinaire.

Les cendres de charbon sont abondantes autour des centrales électriques au charbon. Au niveau mondial, les centrales produisent environ 1,2 milliard de tonnes par an et, en Australie, les cendres de charbon représentent près de 20 % de l’ensemble des déchets. C’est un chiffre stupéfiant, et il y a fort à parier que ces cendres resteront abondantes pendant toute la durée de la transition vers les énergies renouvelables.

Il s’agit donc d’une ressource matérielle potentielle énorme, et les fabricants de béton à faible teneur en carbone l’utilisent comme substitut du ciment, remplaçant généralement jusqu’à 40 % du ciment. D’un point de vue environnemental, cela permet de faire d’une pierre deux coups : utiliser un déchet massif tout en réduisant la consommation de ciment, qui représente à lui seul environ 8 % de l’ensemble des émissions de carbone dans le monde.

Une équipe du RMIT a travaillé avec l’Ash Development Association of Australia et la centrale électrique AGL Loy Yang pour mieux utiliser cet atout douteux, en essayant d’augmenter la teneur en cendres pour remplacer plus de 80 % du ciment.

Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé un mélange de cendres volantes à faible teneur en calcium, avec 18 % de chaux hydratée et 3 % de nano-silice agissant comme agents de renforcement, puis ils ont coulé du béton et commencé à tester ses propriétés mécaniques.

Le béton de cendres volantes à haut volume (HFVA-80) ainsi obtenu a vu sa résistance à la compression passer de 22 à 71 MPa (Mégapascal) entre les jours 7 et 450. Il a atteint des résistances à la flexion de 2,7 à 8,7 MPa, des résistances à la traction par fendage de 1,6 à 5,0 MPa et un module d’élasticité de 28,9 à 37,0 GPa. Exposé à des acides et à des sulfates pendant deux ans, il a surpassé le ciment Portland ordinaire dans le temps.

« Notre ajout de nano-additifs pour modifier la chimie du béton permet d’ajouter davantage de cendres volantes sans compromettre les performances techniques », a déclaré dans un communiqué de presse le Dr Chamila Gunasekara, chef de projet à l’école d’ingénierie du RMIT.

L’énorme barrage de cendres de la centrale d’Eraring lui fait de l’ombre.

Mieux encore, l’équipe constate que la technique ne nécessite pas de cendres volantes fines et semble fonctionner aussi bien avec des cendres de bassin de faible qualité. Elle a créé et testé des poutres de béton structurel à partir de ces dernières, qui ont obtenu la certification des normes australiennes en matière de performances techniques.

« Il est passionnant de constater que les résultats préliminaires montrent des performances similaires avec des cendres d’étang de qualité inférieure, ce qui pourrait ouvrir une toute nouvelle ressource largement sous-utilisée pour le remplacement du ciment », déclare Chamila Gunasekara. « Comparées aux cendres volantes, les cendres d’étang sont sous-exploitées dans la construction en raison de leurs caractéristiques différentes.

« Des centaines de mégatonnes de cendres sont stockées dans des barrages en Australie, et bien plus encore dans le monde. Ces bassins de cendres risquent de devenir un danger pour l’environnement, et la possibilité de réutiliser ces cendres dans des matériaux de construction à grande échelle serait un gain considérable. »

L’équipe du RMIT a également collaboré avec l’université d’Hokkaido pour mettre au point un système pilote de modélisation informatique permettant de prévoir les performances de ces nouveaux mélanges de béton dans le temps, et l’équipe espère utiliser ce logiciel pour analyser et optimiser d’autres nouveaux mélanges.

https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2024/may/fly-ash-concrete