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Formulation et caractérisation d’un béton de sable à base de déchets plastiques
Mohamed Guendouz, Farid Debieb, El Hadj Kadri
To cite this version:
Mohamed Guendouz, Farid Debieb, El Hadj Kadri. Formulation et caractérisation d’un béton de sable à base de déchets plastiques. Rencontres Universitaires de Génie Civil, May 2015, Bayonne, France.
�hal-01167754�
base de déchets plastiques
GUENDOUZ Mohamed
*1, DEBIEB Farid
2, KADRI El hadj
31,2 Laboratoire Matériaux et Environnent, université de Médéa, Algérie. *[email protected]
3 Laboratoire Mécanique et Matériaux de génie civil, université de Cergy Pontoise, France
RÉSUMÉ. La récupération des déchets touche deux impacts très importants, l’impact environnemental qui résout par l’évacuation de ces déchets et l’impact économique qui se voient dans l’utilisation de ces derniers dans l’industrie ou dans le domaine de construction. Ce travail consiste donc à récupérer des déchets plastiques, plus précisément des bouteilles usagées en PET et des enceintes d’emballage PEBD rejetées dans la nature, et ajoutées dans la masse du béton de sable par substitution (cas de poudre de 10%,20%,30% ,40%) et par ajouts(cas de fibre de 0.5%,1%,1.5%,2%) . Les propriétés à l’état frais (la maniabilité, la densité) et à l’état durci (la résistance à la compression et à la traction) des différents bétons de sable réalisés sont analysées et comparées aux bétons de sable témoin respectifs. D’après les résultats trouvés on peut conclure que la substitution du sable par la poudre en plastique mène à des diminutions remarquables de la densité de touts les mélanges réalisés, ainsi que une amélioration des performances des bétons de sable. Par ailleurs, le renforcement de la matrice cimentaire avec des fibres plastiques montrent une nette amélioration de la résistance à la traction.
ABSTRACT. The recovery of waste keys two very significant impacts, the environmental impact which solve by the evacuation of this waste and the economic impact which am seen in the use as of the latter in the industry or the field of construction.
This work thus consists in recovering the plastic waste, more precisely of the worn bottles in PET and enclosures of packing LDPE rejected into nature, and added in the mass of the sand concrete by substitution by powder (10%, 20%, 30%, 40%) and by fibers addition(0.5%, 1%, 1.5%, 2%).The properties in a fresh state (handiness, density) and in a hardened state (compressive strength, and traction) of the various sand concretes carried out are analyzed and compared with the respective pilot sand concretes. According to the found results one can conclude that the substitution of sand by the plastic powder leads to remarkable reductions in the density of touts the mixtures carried out, as well as an improvement from the performances from the concretes from sand. In addition, the reinforcement of the cementing matrix with plastic fibers show a clear improvement of the tensile strength
MOTS-CLÉS: un maximum de six mots significatifs : déchets plastiques, béton de sable, fibres.
KEYWORDS: a maximum of six significant words: plastic wastes, sand concrete, fibers.
33èmes Rencontres de l’AUGC, ISABTP/UPPA, Anglet, 27 au 29 mai 2015 2
1. Introduction
La valorisation des matériaux locaux, peu ou pas exploités, dans la construction est devenue actuellement une solution nécessaire aux problèmes économiques des pays, notamment des pays en voie de développement [SOU 93]. C’est dans ce contexte que s’ouvre la réflexion sur la recherche des nouveaux bétons capables de résoudre les problèmes économiques et techniques, rencontrés dans le domaine de la construction. Parmi ces matériaux, on trouve le béton de sable qui est défini comme étant un béton ne comportant plus de gravillons ou ne comportant qu’une proportion telle que le rapport massique Sable / Gravillon soit supérieur à 1 [SAB 94]. S’il contient des gravillons, on l’appelle, alors, « un béton de sable chargé ». Il a fait actuellement l’objet des différentes recherches dans lesquelles, il a été montré que, parfois, le béton de sable peut concurrencer le béton traditionnel dans certains usages [SAB 94]. Il possède des propriétés spécifiques intéressantes, telles que la résistance, l’absence de ségrégation, le bel aspect de surface et la petite granularité, qui favorisent son utilisation dans certaines structures. Par ailleurs, la réutilisation des différents déchets, qui constituent une gêne environnementale, a fait également l’objet de nombreux travaux actuellement. Parmi ces travaux, on trouve les déchets plastiques incorporés dans des matrices cimentaires. En effet, des études antérieures [FLA 00] ont montrées qu’il était possible d’utiliser les déchets plastiques dans les bétons [REB 95].
Notamment le polyéthylène téréphtalate (PET) recyclé [NAB 12] polychlorure de vinyle (PVC)[KOU 09],polythène haut densité(PEHD)[NAI 96],polyéthylène bas densité [PAN 08], issu des emballages a été utilisé comme liant pour la production d’un matériau composite à haute performance : le béton de polymère.
Le plastique est transformé en présence de glycols, en résine polyester insaturée qui est ensuite mélangée avec du sable et des gravillons. Le béton de polymère obtenu est très résistant en compression et en flexion par rapport au béton de ciment Portland conventionnel [REB 95]. Il présente aussi l’avantage d’atteindre 80%
de ses résistances mécaniques dès les premiers jours de durcissement. D’autres auteurs ont aussi utilisé des déchets en PET mélangés à des déchets en polyéthylène haute densité (PEHD) comme granulats, en substitution partielle du sable (5 à 20% du volume total du sable) afin de les comparer aux fibres de verre généralement utilisées comme renfort de structure [VVA 91].
Ce travail vise à étudier la possibilité d’utiliser des déchets des bouteilles plastiques (PET-polyéthylène téréphtalate) et des citernes (PEBD -polyéthylène bas densité) dans le béton de sable sans aucune transformation sauf le broyage, afin de minimiser le coût du matériau final. L’influence de la proportion de ces déchets utilisés sur les propriétés physique et mécanique du nouveau matériau a été étudiée et analysée.
2. Protocol expérimental 2.1. Matériaux utilisés
Le sable est le composant principal du béton de sable puisqu’il constitue son squelette. Dans notre cas il s'agit du sable de dune de la région de Tamanrasset, les résultats expérimentaux obtenus sur le sable sont présentés ci- dessous dans le tableau 01 et la composition granulométrique du sable utilisé est représentée sur la figure 01 :
Tableau 1. Caractéristiques du sable utilisé
Caractéristiques Sable de dune
Le module de finesse Mf 0.84
La masse volumique apparente (kg/m3) 1.40 La masse volumique absolue (kg/m3) 2.66
La propreté (%) 80.50
L’absorption d’eau (%) 0.350
Figure 1. La courbe granulométrique du sable d’étude
Un ciment Portland industriel de type CEM II/A 42.5R fabriqué en Algérie avec une surface spécifique Blaine de 385 m2/kg, une masse volumique absolue de 3100 kg/m3 et une résistance moyenne en compression à 28 jours de 52.5 MPa est utilisé pour tous les mélanges du béton de sable.
Les fines d’ajouts utilisées sont des fillers de laitier granulé obtenus par broyage au laboratoire du sous- produit de l’industrie sidérurgique de haut fourneau d’El- Hadjar. Leur surface spécifique Blaine de 3100 cm2/g.
L’adjuvant utilisé est un plastifiant réducteur d'eau fabriqué par la société, Algérienne Granitex commercialisé sous l’appellation ‘Medafluid 104’, de forme liquide ; de couleur marron ; d’un PH égal à 6, de densité 1,04 ± 0,01 et d’une teneur en chlore< 1g/L. L’eau de gâchage utilisé pour la confection des différents bétons de sable est l’eau potable de distribution exempte d’impuretés.
Deux types de déchets plastiques (poudre (PP), fibres (FP)) (Figure. 2) sont ajoutés dans le béton avec différents pourcentages de substituions (0 ; 10 ; 20 ; 30 et 40 % de poudre plastique par rapport à la masse du sable) et d’incorporation (0 ; 0,5 ; 1 ; 1,5 et 2 % des fibres plastiques par rapport au volume du béton). Les caractéristiques des déchets plastiques utilisés sont présentées ci-dessous dans le tableau suivant :
Figure 2. Les déchets plastiques utilisés
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Tableau 2. Caractéristiques des déchets plastiques utilisés
Caractéristiques Poudre plastique Fibre plastique
Longueur (cm) / 4
Diamètre (mm) 0.315 50
La masse volumique apparente (Kg/m3) 0.35 0.95
La masse volumique absolue (Kg/m3) 0.87 1.23
Figure 3. La courbe granulométrique de poudre plastique utilisé
2.2. Optimisation du mélange
La composition du béton de sable pour la confection des éprouvettes est basée sur la méthode expérimentale de projet de SABLOCRETE [SAB 94], qui a donné pour un dosage en ciment de 350 kg/m3 ,1200 kg/m 3 du sable ,230 kg/m3 de fillers de laitier, et un rapport d’eau sur ciment de 0.86, un pourcentage d’adjuvant de 1 % de poids du ciment.
Les familles des bétons de sable réalisées sont répertoriées comme suit:
BST : béton de sable témoin.
BS PP : béton de sable de poudre plastique.
BS FP : béton de sable de fibre plastique.
Après démoulage des éprouvettes à 24 h, la conservation se fait à l’air libre (20 à 30°C % d’humidité relative) à l’intérieur du laboratoire jusqu’au moment de l’essai.
2.3. Les tests 2.3.1 Etat frais
Des essais de maniabilité par mesure du temps d’écoulement ont été effectuées par l’utilisation d’un maniabilimètre de mortier LCPC conformément à la norme NFP 18-452.
La densité des bétons de sable a été mesurée selon la norme NF EN 12350-6.
2.3.1 Etat durci
La caractérisation mécanique est obtenue en exploitant les mesures de résistance flexion et en compression sur des éprouvettes 4x4x16 cm3 conformes à la norme NF 15 403 et NF EN196.
3. Résultats et discutions:
3.1 Etats frais :
D’après la figure 4 on remarque que la maniabilité du béton de sable varie en fonction des pourcentages de poudre plastique utilisé, et on constate que plus le pourcentage de poudre plastique augmente plus le temps d’écoulement diminué, et cela due a la présence d’eau libre dans le mélange qui contient la poudre de plastique par ce que la poudre en plastique ne peut pas absorber l'eau pendant le mélange [MAN 97].
Par contre, la figure 5 montre que les fibres plastiques influent négativement sur la maniabilité du béton de sable, et on remarque aussi que plus le pourcentage des fibres augmentent, plus le temps d’écoulement du béton de sable a base de fibre augment aussi, ceci confirme la difficulté d’ouvrabilité du béton de sable en présente des fibres plastiques,cette même conclusion est tirée par de nombreux chercheurs[KIM 10].
Pour pouvoir comparé les résultats obtenus à l’état durci on a varié la quantité d’adjuvant pour obtenir une maniabilité constante pour touts les mélanges (un temps d’écoulement entre 7(s) et 9(s)).
Figure 4. La maniabilité des bétons de sable en fonction d’ajout de poudre plastique
Figure 5. La maniabilité des bétons de sable en fonction d’ajout de fibres plastiques
D’après les figures 4 et 5 on constate que touts les types des déchets plastiques influent négativement sur la densité du béton de sable, et on remarque aussi que la densité des bétons de sable à base de déchets plastique est plus faible que la densité du béton de sable de référence, ce résultat est logique et attendu, puisque la densité du plastique est plus faible que celle du sable substitué, et ceci confirme les résultats d’autres chercheurs [HAN 10].
Outre la diminution de la densité des bétons de sable à base des fibres plastiques est du sans doute à la porosité successive induite par la forme de la fibre utilisé ce qui rend encore plus léger le béton de sable.
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Figure 6. La densité des bétons de sable en fonction d’ajout de poudre plastique
Figure 7. La densité des bétons de sable en fonction d’ajout de poudre plastique
3.2 Etats durci :
Pour chaque essai, les résultats de la résistance mécanique du béton de sable est la moyenne de 3 mesures prisent sur 3 éprouvettes à l’âge de 7 et 28j et sont illustrés dans les figures suivantes :
Figure 8. La résistance à la compression des bétons de sable en fonction d’ajout de poudre plastique
Figure 9. La résistance à la traction des bétons de sable en fonction d’ajout de poudre plastique
D’après les figures 9 et 10, on remarque que la résistance mécanique des différents bétons de sable à base de déchets plastiques (dans les deux cas, compression et traction) augmente en fonction de l’âge et suit la même cinétique que celle du béton de sable de référence. Ceci confirme les résultats de plusieurs autres chercheurs investis depuis plusieurs années dans le domaine [DEB 10]. On constate aussi que la substitution du sable par la poudre plastique mène à une augmentation de la résistance (optimum à 20%), et ceci est du à la dimension de la poudre qui est plus gros que celle du sable de dune.
Figure 11. La résistance à la compression des bétons de sable en fonction d’ajout des fibres plastiques La figure précédente montre que l’ajout des fibres plastiques au mélange du béton de sable, amène à une augmentation de la résistance à la compression, et cela du a la compacité du BSFP qui est plus élevé par rapport au BST. C’est les mêmes conclussions qui sont trouvé par [KIM 10]. Qui a trouvé que l'incorporation de fibres ne change pas de manière significative la résistance à la compression du mortier.
Figure 12. La résistance à la traction des bétons de sable en fonction d’ajout des fibres plastiques
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A partir des résultats précédents on constate que la résistance à la traction est améliorée d’une façon remarquable pour touts les bétons de sable à base des fibres plastiques par rapport au béton de sable témoin.
On a observé aussi que plus le rapport des fibres augmentent dans le béton de sable plus la résistance a la traction augmente aussi, et que le taux de 1% est l’optimumce qui est en concordance avec d’autres auteurs [KIM 10].
4. Concluions:
L’objectif de ce travail est de valoriser les déchets plastiques et d’étudier leurs effets sur le comportement du béton de sable. Sur la base des résultats obtenue on conclut que :
Les déches de poudre plastique contribuent à l’amélioration de la maniabilité du béton de sable.
Les déches de fibre plastique influent négativement sur la maniabilité du béton de sable.
La densité du béton de sable est diminuée en fonction de substitution du sable par la poudre plastique, et d’ajout des fibres plastiques.
La poudre en plastique améliore les performances des bétons de sable.
Les fibres plastiques contribuent à l’amélioration de la résistance à la traction du béton de sable.
5. Bibliographie
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