Valorisation des granulats recyclés dans le béton

Le béton étant le matériau de construction le plus utilisé, une valorisation des granulats recyclés en remplacement des granulats naturels dans les formulations de bétons permettrait de valoriser des quantités importantes de DCD. Cette voie a fait l’objet d’un intérêt particulier dans le domaine de la recherche scientifique, ces dernières années. Cependant, il a été montré que l’utilisation de ces matériaux affecte à la fois les propriétés des bétons, tant à l’état frais qu’à l’état durci. Ces propriétés varient aussi en fonction de la classe des granulats recyclés et de leur fraction granulométrique.

2.3.1 Propriétés des bétons à l’état frais

L’état frais du béton se caractérise notamment par sa maniabilité contrôlée principalement par la quantité d’eau dans le mélange. Cependant, dans le cas de l’utilisation des granulats recyclés, notamment de la fraction fine (sable), cette maniabilité peut être significativement impactée. Ceci est principalement dû à l’absorption d’eau très élevée des granulats recyclés comparée à celles des granulats naturels, comme montré précédemment (voir Tableau 12).

Dans un béton où les gravillons naturels sont remplacés par des gravillons recyclés, des quantités d’eau de gâchage plus importantes (5% de plus) ont été nécessaires pour obtenir un étalement similaire à celui d’un béton classique. Ces teneurs sont encore plus

61 importantes (15%) dans le cas du remplacement de tout le squelette granulaire (gravillons et sable) [82], [92].

Une autre étude [94] montre que le remplacement progressif du sable naturel par du sable recyclé fait diminuer l’étalement du béton (Figure 31). Des étalements plus faibles de 14 à 20% sont observés lorsque des sables recyclés de plusieurs origines remplacent un sable naturel dans le béton à des taux croissants (30, 50, 70 et 100%).

Figure 31. Effet du taux de remplacement de sable naturel par des sables recyclés sur la maniabilité du béton [94]

Par ailleurs, le remplacement d’un sable naturel par un sable recyclé dans la composition d’un mortier à E/C=0,5 montre aussi une perte considérable de la maniabilité (80% d’étalement en moins lorsque 100% du sable est substitué) (Figure 32) [88]. Un ratio eau/ciment plus élevé (E/C=0,6) a permis d’obtenir des mortiers plus fluides et donc plus facilement maniables au détriment des résistances mécaniques. Cependant, une perte de maniabilité est toujours observée et elle atteint un taux de 47% (pour un taux de substitution de 100%).

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Figure 32. Effet du remplacement d'un sable naturel par un sable recyclé sur la maniabilité d'un mortier [88]

Ces études, parmi d’autres, montrent clairement que l’incorporation des granulats recyclés en remplacement total des granulats naturels dans les formulations de bétons peut diminuer considérablement la maniabilité des composites. Les sables recyclés (fractions fines) affectent davantage cette propriété à cause de leur absorption d’eau encore plus élevée que celle des gravillons recyclés.

2.3.2 Propriétés des bétons à l’état durci

La résistance à la compression est le critère le plus commun pour l’évaluation des propriétés à l’état durci. La littérature offre une très large description de l’influence du remplacement des granulats naturels par les granulats recyclés sur les performances mécaniques des bétons et des mortiers. La résistance à la compression des bétons s’est avérée dépendante principalement du taux de remplacement, mais aussi du type, de la granulométrie et de la qualité des granulats recyclés [95].

Il a été observé qu’un taux de remplacement de 30% de gravillons naturels par des gravillons recyclés ne présentait pas de différences majeures en termes de performances mécaniques. Au-delà de ce taux, la résistance à la compression des bétons peut chuter jusqu’à 30% de la résistance des bétons de référence pour des taux de remplacement de 100%.

Une étude bibliographique regroupant les résultats de 787 formulations de bétons à partir de 65 études [95], donne une statistique plus générale sur l’influence du remplacement des gravillons naturels par des gravillons recyclés (Figure 33). Il est clair qu’en fonction de la nature, de l’origine et du type de ces granulats, les résultats fluctuent d’une manière

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Éta lemen t (cm ) Taux de remplacement (%) E/C = 0,5 E/C = 0,6

63 considérable. Cette variation est généralement attribuée aux propriétés microstructurales variables de l’auréole de transition (zone située à l’interface entre les granulats et la pâte de ciment) [69].

Figure 33. Influence du taux de gravillons recyclés dans les formulations de bétons sur leur résistance à la compression [95]

Comme pour la maniabilité, l’influence de l’incorporation des sables recyclés sur la résistance s’avère être plus importante que pour les gravillons. Une diminution de 40% de la résistance à la compression à 28 jours peut être observée pour une teneur de 100% de sable recyclé dans un mortier [88].

Figure 34. Influence du remplacement du sable naturel par du sable recyclé sur les performances mécaniques de mortiers [88] 35 45 55 65 0 20 40 60 80 100 120 Résista nce à la co m pression à 28 jou rs ( M Pa ) Taux de remplacement (%) E/C = 0,5 E/C = 0,6

64 L’utilisation des granulats recyclés dans le béton n’est pas sans conséquence sur la maniabilité et les résistances. Cependant, l’utilisation d’un taux de substitution relativement faible des gravillons permet la production de béton dont les propriétés sont faiblement impactées. En France, la norme NF EN 206 autorise ainsi une substitution des gravillons allant jusqu’à 50% pour la classe d’exposition X0 et pour des gravillons recyclés (d>4mm) de type A et B.

L’utilisation des particules les plus fines contenant le plus de pâte de ciment durci et ayant l’absorption d’eau la plus élevée n’est donc pas recommandée dans le béton. Leur valorisation peut alors être envisagée dans le ciment.