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Formulation d’un liant pouzzolanique pour la confection d’un béton végétal hygroscopique

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Fortin, Philippe (2022). Formulation d’un liant pouzzolanique pour la confection d’un béton végétal hygroscopique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les changements climatiques poussent à revoir la façon de construire les bâtiments afin de limiter les gaz à effet de serre (GES). Un bâtiment émet des GES depuis l’extraction des matériaux, au cours de son opération et jusqu’à sa disposition en fin de vie. L’utilisation des isolants d’origine pétrochimique et minérale va à l’encontre des devoirs sociétaux de réduction des GES. Un matériau au grand potentiel est le béton de chanvre composé d’un liant à base de chaux, de chanvre et d’eau. Le chanvre est une plante qui se récolte lors de chaque saison de culture. Celle-ci permet de séquestrer rapidement le dioxyde de carbone (CO2), un GES, jusqu’à quatre fois plus qu’un arbre selon certaines études. Par ailleurs, le béton de chanvre a la capacité de réguler l’humidité et la température de façon naturelle dans un bâtiment par la capacité d’absorption du béton de chanvre amenant ainsi un confort pour les résidents. Le béton de chanvre est un bon isolant thermique, recyclable, ininflammable, répulsif naturel contre les nuisibles et protège contre les moisissures du bois. Il existe actuellement deux entreprises québécoises qui se spécialisent dans la construction de maisons clé en main en béton de chanvre. Les méthodes de constructions restent toutefois artisanales et nécessitent beaucoup de main-d’œuvre. L’importation de liant formulé ou de chaux hydraulique naturelle commercialisée en Europe rend le matériau de béton végétal de chanvre inaccessible et non viable pour le marché nord-américain. L’objectif visé dans la recherche proposée est d’étudier la possibilité de formuler un liant adapté au béton végétal de chanvre à l’aide des matériaux disponibles en Amérique du Nord limitant toutefois l’ajout de liant hydraulique fort émetteur de GES. Le travail porte sur l’optimisation de la cure par des approches théoriques provenant de la littérature en étudiant les phases hydratées produites dans le liant pouzzolanique formulé ainsi que l’optimisation des proportions des constituants pour répondre aux diverses hypothèses de recherche. Un regard critique sur l’optimisation du liant formulé sera porté sur l’impact du liant sur le caractère hygroscopique de régulation d’humidité du matériau composite final. Les résultats obtenus de l’optimisation du liant renvoient à promouvoir l’utilisation d’un liant pouzzolanique à base de chaux et de métakaolin en formule binaire. Malgré les résultats obtenus supportant l’idée d’un plus grand volume capillaire des pores connectés pour un liant pur pouzzolanique ternaire formulé avec un ratio massique SiO2/Al2O3 (Si/Al) plus élevé, les propriétés hygroscopiques des bétons végétaux de régulation d’humidité ne semblent pas être dépendantes de ce paramètre de conception du liant. Malgré la variabilité dans les proportions de la formulation du liant, la chènevotte de chanvre semble être l’élément prépondérant du caractère hygroscopique du matériau selon l’approche proposée. Dès lors, la retombée de cette recherche permet donc de mieux accepter l’utilisation d’une formulation binaire chaux-métakaolin pour l’élaboration de bétons végétaux de chanvre. La formulation binaire proposée bénéficiera la mise en place par une plus grande cohésion initiale du matériau.

Titre traduit

Study of the formulation of an optimized pozzolanic binder for the preparation of a hygroscopic plant-based concrete for building insulation

Résumé traduit

Climate change is driving the need to rethink the way buildings are constructed to limit greenhouse gas (GHG) emissions. A building emits GHGs from the extraction of materials, during its operation and until its disposal at the end of its life. The use of petrochemicals and mineral-based insulation materials goes against the societal duty to reduce GHGs. A material with great potential is the hemp concrete composed of a lime-based binder, hemp hurd and water. Hemp is a plant that can be harvested during each growing season. It can quickly sequester carbon dioxide (CO2), a GHG, up to four times more than a tree according to studies. In addition, hemp concrete can regulate humidity and temperature in a natural way in a building through the absorption capacity of hemp concrete, thus bringing comfort to the residents. Hemp concrete is a good thermal insulator, recyclable, non-flammable, natural pest repellent and protects against wood mould. There are currently two Quebec companies that specialize in the construction of turnkey hemp concrete homes. However, the construction methods remain artisanal and require a lot of labor. The importation of formulated binders or natural hydraulic lime marketed in Europe makes hemp plant-based concrete material inaccessible and unviable for the North American market. The objective of the proposed research is to study the possibility of formulating a binder adapted to vegetal hemp concrete using materials available in North America, while limiting the addition of hydraulic binder, which is a major GHG
emitter. The work focuses on optimizing the curing process using theoretical approaches from the literature by studying the hydrated phases produced in the pozzolanic binder formulated as well as optimizing the proportions of the constituents to meet the various research hypotheses. A critical look at the optimization of the formulated binder will be taken on the impact of the binder on the hygroscopic character of moisture regulation of the final composite material. The results obtained from the optimization of the binder will promote the use of a pozzolanic binder based on lime and metakaolin in binary formula. Despite the results obtained supporting the idea of a larger capillary volume of connected pores for a pure ternary pozzolanic binder formulated with a higher SiO2/Al2O3 (Si/Al) mass ratio, the hygroscopic properties of moisture regulating plant-based concretes do not appear to be dependent on this binder design parameter. Despite the variability in the proportions of the binder formulation, the hemp hurd seems to be the dominant element of the hygroscopic characteristics of the material according to the proposed approach. Therefore, the outcome of this research allows a better acceptance of the use of a binary lime-metakaolin formulation for the elaboration of hemp plant-based concretes. The proposed binary formulation will benefit placement through greater initial cohesion of the material.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 265-276).
Mots-clés libres: béton végétal, chanvre, matériaux biosourcés, liant pouzzolanique, comportement hygroscopique, écologique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Perraton, Daniel
Codirecteur:
Codirecteur
Ouellet-Plamondon, Claudiane
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 24 oct. 2022 13:09
Dernière modification: 24 oct. 2022 13:09
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3095

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