Recyclage de débris de
pare-brise automobiles
dans le béton
Auteurs :
Alex GRANDGIRARD
Stéphane CAZIN
Préface
Le présent article est le fruit d’une
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Le présent article est le fruit d’une
collaboration de chercheurs de l’UFES,
Université Fédéral de l’Espírito Santo, et de
deux stagiaires de l’ESTP, Ecole Spéciale des
Travaux Publics. L’étude se déroule en
portugais et dans le cadre des normes
brésiliennes. S’adressant à un public français,
les auteurs signalent que l’article est écrit en
fonction des normes brésiliennes.

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Recyclage de débris de pare brise automobiles dans le béton

  1. 1. Recyclage de débris de pare-brise automobiles dans le béton Auteurs : Alex GRANDGIRARD Stéphane CAZIN
  2. 2. Préface Le présent article est le fruit d’une collaboration de chercheurs de l’UFES, Université Fédéral de l’Espírito Santo, et de deux stagiaires de l’ESTP, Ecole Spéciale des Travaux Publics. L’étude se déroule en portugais et dans le cadre des normes brésiliennes. S’adressant à un public français, les auteurs signalent que l’article est écrit en fonction des normes brésiliennes. Introduction Le secteur de la construction civile occupe une place primordiale au sein de notre société moderne. C’est en effet l’une des activités les plus importantes en termes de développement économique et social. Malheureusement, ce secteur consomme de grandes quantités de ressources naturelles et d’énergie tout en générant de beaucoup de résidus. Cependant, il possède aussi l’étonnante capacité de pouvoir réutiliser les déchets en les incorporant aux autres matériaux de construction, notamment le béton. Une grande partie des études actuelles visent à substituer partiellement une partie du liant ou des agrégats par des matériaux provenant de résidus industriels comportant des caractéristiques pouzzolaniques. Elles ont pour objectif de réduire le besoin en extraction de matières premières pour la production du ciment Portland tout en permettant un recyclage adapté de ces déchets. Outre les avantages environnementaux et économiques, ces ajouts permettent d’améliorer certaines propriétés de la matrice cimentaire. En effet, ils sont directement liés à la production de béton à hautes performances. Cela est dût à la formation de silicate de calcium hydraté (C-S-H), un élément responsable de la haute résistance de la pâte de ciment. Cette substitution permet aussi l’occupation des espaces vides par de petites particules de résidus, minimisant la perméabilité et par conséquent augmentant la durabilité. Le verre est un matériau qui peut se recycler indéfiniment, sans altération de ses caractéristiques. Mais lorsque différents types de fragments de verre sont mélangés, la disparité des compositions chimiques rend ce matériau impropre au recyclage. Cependant, plusieurs entreprises se sont penchées sur l’utilisation du verre dans le béton car ce matériau possède certaines caractéristiques pouzzolaniques dues à l’existence d’une grande quantité de silices amorphes dans sa composition. Préparation et analyse du résidu Dans cette étude le résidu de verre feuilleté (noté RVF) utilisé provient d’une usine de recyclage de pare-brise automobiles située à São Paulo. Il s’agit d’un verre composée de deux plaques planes (ou plus) de verre reliées par un film de polyvinyle de butyral (PVB) durant le processus de laminage. Le recyclage d’un tel type de verre s’effectue par broyage au cours duquel la quasi-totalité du PVB est séparée du verre. Cependant, de petites particules de PVB restent accolées au verre écrasé limitant sa réutilisation dans l’industrie verrière. Ces échantillons ont été reçus au laboratoire de matériau de construction de l’UFES. Le résidu est homogénéisé puis conservé dans une cuve pendant 24 heures pour être enfin réduit en poudre par échantillons de 50g à l’aide d’un moulin à anneaux durant 40 secondes. Des tests normalisés ont permis de déterminer les
  3. 3. caractéristiques suivantes du RVF : une masse spécifique de 2,31 g/cm3 et une surface spécifique de 9051,42 cm2/g Pour toutes les expériences suivantes, il fût utilisé du ciment CEM V à haute résistance initiale bien que la norme NBR 5752 préconise l’usage de ciment CEM I, non disponible lors des essais. Ce choix a été fait au regard de la moindre teneur en additifs du CEM V. Essais physico-chimiques L’indice d’activité pouzzolanique du RVF fût déterminé suivant les normes NBR 5751 en ce qui concerne la chaux et NBR 5752 en ce qui concerne le ciment Portland. Les résultats obtenus seront analysés en comparaison avec la norme NBR 12653 pour confirmer ou infirmer la viabilité technique de l’utilisation de ce résidu comme matériau pouzzolanique en remplacement partiel du ciment Portland dans le béton. Indice d’activité pouzzolanique avec la chaux La chaux utilisée est de type CH I et de masse spécifique 2,23 g/ cm3 conformément à la norme NBR 5751. Le mortier est préparé en substituant 67,4% de la chaux par du RVF. Matériau Valeurs CH I 104 g Résidu de verre feuilleté 215,46 g Sable Normal 936 g Eau 190 g cohérence 230 mm Tableau 1 Composition du mortier de chaux Trois spécimens ont été moulés puis curés pendant 7 jours. Ils sont restés à une température de 23±2 °C durant les premières 24 heures puis à une température de 55±2°C durant les 144 heures suivantes et ce jusqu’à 4 heures avant l’essai de rupture en compression. Les résultats de ces essais ont permis de calculer une valeur moyenne de résistance à la compression axiale de 2,11 MPa, avec un écart-type de 4,55%. Cependant la norme NBR 12653 stipule que la résistance des éprouvettes doit atteindre au minimum 6 MPA au bout de 7 jours. Aucun des échantillons d’essai n’a atteint cette valeur. Ainsi le RVF, mélangé à la chaux, n’est pas un matériau pouzzolanique satisfaisant. Indice d’activité pouzzolanique avec du ciment Pour ce test, il a été préparé un premier mortier de référence sans substitution, et un second avec 35% en volume de ciment substitué par du RVF. Matériau mortier témoin (g) mortier avec résidu (g) Ciment Portland 312 202,8 Matériau pouzzolanique - 82,71 Sable Normal 936 936 Eau 159,63 159,69 Tableau 2 Composition des mortiers de ciment Six spécimens ont été préparés conformément à la norme NBR 5752 ; trois à partir du mortier témoin et trois à partir du mortier avec résidu. Les valeurs moyennes de résistance à la compression à 28 jours sont répertoriées dans la table suivante. Echantillon Resistance moyenne (MPa) Ecart-type relatif (%) Eau requise (%) Mortier témoin 11,14 0,93 100 Mortier avec résidu 9,62 3,9 100,04 Tableau 3 Moyennes des essais pouzzolaniques avec le ciment Portland
  4. 4. La quantité d’eau nécessaire à la préparation des deux mortiers étant presque égale, elle n’est pas responsable de la différence entre les résistances moyennes. Selon la norme NBR 12653, pour que les résidus de verres feuilletés soient considérés comme matériau pouzzolanique pour l’essai, l’indice d’activité pouzzolanique doit être supérieur à 75%. Les tests ont permis de calculer un indice de 86,36%. Ainsi un mortier de ce type pourrait constituer une solution viable d’utilisation du RVF, alliant performance et recyclage. Cependant, d’autres caractéristiques doivent encore être testées. Essais mécaniques Afin de pouvoir utiliser le RVF dans la construction, il faut maintenant déterminer de quelle façon il affecte les propriétés mécaniques du béton. Les tests ont été réalisés à partir du béton de référence suivant. Matériau Quantité (Unité de volume) Ciment 1 Eau 0,53 Sable normal 1,96 Gravillon (diamètre 19mm) 2,63 Tableau 4 Composition du béton de référence Quatre bétons ont été préparés ; un béton témoin sans substitution et 3 bétons où l’on a remplacé 5%, 10%, et 15% en volume de ciment Portland par du RVF. Six échantillons de chacun de ces bétons ont été soumis à des tests normalisés au bout de 3, 7 et 28 jours. Les carottes ont été moulées suivant la norme NBR 5738 et ont été conservées en chambre humide. Les essais mécaniques ont été réalisés suivant le protocole décrit dans la norme NBR 5739. Les résultats des essais de compression ont permis de réaliser le graphique suivant. Graphique 1 Valeurs moyennes de résistance en compression On remarque que les bétons substitués à 5% et 10% subissent une évolution de leur résistance proche de la normale, bien qu’inférieure en valeur de l’ordre de respectivement 6,67% et 7,07%. Le béton substitué à 15% voit quant à lui son évolution stoppée au bout de 7 jours. La résistance acquise au bout des 28 jours est inférieure de 26,66% à la normale, ce qui est faible et donc limite grandement ses utilisations dans le BTP. D’autres tests ont montré que la résistance en traction n’est quant à elle pas fondamentalement modifiée par l’ajout de RVF. Ce ne sera donc pas un facteur déterminant quant à savoir si un tel béton est viable ou non pour l’industrie du bâtiment. Conclusion Les résultats obtenus jusqu’à maintenant indiquent que l’utilisation du RVF en tant que matériau pouzzolanique est possible, mais que les proportions de substitution admissibles restent à priori limitées. Cela laisse donc entrevoir une réelle nouveauté concernant le traitement des
  5. 5. débris de verre de l’industrie automobile. Ceci permettrait une réutilisation utile et respectueuse de l’environnement de ce déchet. D’autres tests devront néanmoins être effectués afin de confirmer la viabilité d’une utilisation à grande échelle des résidus de verre feuilleté dans le béton. Remerciements Les auteurs remercient le programme BRAFITEC-CAPES pour leur avoir permis de rejoindre l’équipe de chercheurs composée de : L.S. Jordoni et A.S. Sauer, doctorantes en génie civil ; ainsi que de F.A. Tristão, J.L. Calmon et G.L. Vieira, professeurs du département de génie civil. Annexes Toutes les normes utilisées sont issus de L’Association Brésilienne des Normes Techniques (Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT). NBR 5738 : Moulage et cure d’échantillons cylindriques ou prismatiques de béton. NBR 5739 : Béton – Essai de compression d’échantillons cylindriques. NBR 5751 : Matériaux pouzzolaniques – Détermination de l’indice d’activité pouzzolanique avec la chaux. NBR 5752 : Matériaux pouzzolaniques – Détermination de l’indice d’activité pouzzolanique avec le ciment Portland. NBR 12653 : Matériaux pouzzolaniques – Spécifications.

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