OBJECTIFS DU PROJET DE RECHERCHE
3.1 Problématique
Les ajouts cimentaires prennent de plus en plus de place dans l'industrie du béton. Les coûts économiques et sociaux, associés à la mise en œuvre de nouveaux ouvrages et le remplacement des ouvrages existants imposent une amélioration constante de la performance des bétons utilisés.
Les efforts visés dans notre recherche est l'optimisation, à une échelle nanométrique, de la finesse de la poudre de verre employée comme ajout cimentaire dans le béton; ceci afin de pallier, non seulement à la contribution au développement durable du béton mais aussi et surtout, d'un point de vue environnemental, c'est de substituer l'un des ajouts cimentaires qui est la fumée de silice par un autre beaucoup plus performant et plus fin qui n'est autre que la nano-poudre de verre.
Sachant que la fumée de silice est un sous-produit du silicium de forme sphérique se caractérisant d’une finesse micrométrique voire même nanométrique. De nos jours l’industrie de la construction souffre d’une limitation des quantités de fumée de silice dans leurs activités qui est toutefois une conséquence d’une part de sa pénurie sur le
marché et d’autre part par le cout d’achat exorbitant (350-500$/Tonne au Canada, >1000$/ Tonne au Japon), De ce fait il est impérativement urgent de remplacer cette
particule par une autre.
Pour répondre à ce défi économique, le laboratoire de recherche sur les matériaux cimentaires alternatifs de l’Université de Sherbrooke, a entrepris, depuis une dizaine d’années, des études qui ont permis la mise au point d’une poudre de verre micrométrique qui est actuellement valorisé comme ajout cimentaire alternatif dans le béton.
Pour optimiser la réactivité du verre et son effet «filler», dans les nano-micropores des matrices cimentaires, un nouveau procédé de transformation du verre micrométrique à de fines poudres de verre nanométriques, cette technologie a démontré sa capacité à
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vaporiser rapidement et sphéroïdiser différents types de poudres. Le processus de cette technique est similaire à la production des fumées de silice, qui consiste à vaporiser le verre en gouttelettes nanométriques par la technique de la torche de plasma thermique à couplage inductif. Les nanoparticules de verre sont le résultat d’une trempe rapide des particules qui vont se solidifier et se figer dans une nouvelle structure qui est amorphe et très réactive.
La synthèse de nanoparticules de silice employées dans les matériaux cimentaires est maintenant bien décrite dans la littérature. Cependant leur dispersion dans le béton reste un défi. Les adjuvants chimiques actuellement utilisés pour disperser les grains de ciment ne sont pas assez efficaces pour disperser ces nanoparticules.
Le défi est donc, de pouvoir réaliser un substituant réactif et dispersif dans le béton qui serait une excellente alternative à la fumée de silice.
Pour pallier à ce problème, une démarche d’investigations a été entrepris ; elle s’appuie principalement sur les modifications physico-chimiques de la surface des particules, afin de créer des forces de répulsions entre les fines particules qui les maintiendront en suspension à et ainsi retrouver les effets bénéfiques de ces poudres (effet filer et pouzzolanique).
Dans cette perspective, il est nécessaire de répondre à une seule question, à savoir :
Comment fonctionnaliser une charge minérale sous forme de nanopoudres de verre pour obtenir une dispersion parfaite dans les matériaux cimentaires en vue d’un développement écologiquement durable pour le béton?
3.2 Objectifs
L’utilisation, dans ce projet de recherche, des nanopoudres de verre comme produit cimentaire alternatif nous pousse à modifier la surface des particules en les fonctionnalisant par des approches physicochimiques.
Le but de notre recherche est de pouvoir assurer une bonne dispersion de ces fines particules dans la matrice cimentaire, pour cela des objectifs d’ordre scientifique sont à accomplir dans le cadre de ce projet de recherche :
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* Réaliser des traitements de surfaces des SGP selon des méthodes de fonctionnalisation (attaque à l’acide sulfurique, une pégylinisation)
* Varier les conditions expérimentales de ces traitements en fonction de trois paramètres :
pH du milieu, concentration des précurseurs et taux d’eau dans les mélanges réactionnels, afin de déterminer l’influence de ces paramètres sur les poudres qui en résultent.
* Caractériser les SGP après chaque traitement par diverses techniques, dans le but de déterminer le ou les meilleur (s) résultat (s) de traitement de surfaces et de préciser la nature des espèces formées au cours des réactions de traitement des SGP.
* Comprendre la fonctionnalisation des particules en vue d’expliquer les mécanismes d’actions des agents de traitement sur les surfaces des SGP.
Les connaissances acquises par l’accomplissement de ces objectifs scientifiques serviront à atteindre l’objectif technologique de ce projet de recherches. Il s’agit de développer une nouvelle génération d’ajouts cimentaires qui contribueront à la valorisation du verre mixte dans les matériaux de construction afin de pallier non seulement au problème d’entreposage du verre, la réduction de l’émission du CO2 et une préservation des ressources naturelles.
Mais aussi et surtout d’adhérer au marché de l’industrie de construction par l’apport d’un alternatif de la fumée de silice et contribuer au développement durable par une valorisation du verre mixte et par une amélioration significative des propriétés du béton.
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