Valorisation des brasques traitées utilisées dans la production de matériaux de construction et miniers

Camara, Niakalé (2023). Valorisation des brasques traitées utilisées dans la production de matériaux de construction et miniers. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’utilisation des brasques traitées dans la fabrication des matériaux de construction a suscité la curiosité des chercheurs scientifiques et des ingénieurs industriels afin de connaitre ses impacts environnementaux et ses rôles potentiels, vis-à-vis de ses propriétés physicomécaniques. L’objectif principal est d’évaluer le potentiel de valorisation des brasques traitées à travers leur utilisation dans les productions de béton et de remblai minier en pâte cimenté. Ce travail consiste à faire des analyses de cycle de vie ou ACV et des essais laboratoires avec des pourcentages allant de 5 à 15 % de brasques traitées comme substitut au ciment dans le béton et le remblai en pâte cimenté. Grâce à la base de données Ecoinvent et le logiciel OpenLCA selon les normes ISO 14040 et 14044, les études d’ACV sont réalisées avec la méthode ReCiPe Midpoint H. Des essais laboratoires sont réalisés avec l’ajout de brasques traitées dans les recettes du béton et du remblai en pâte cimenté provenant de la mine LaRonde. D’autres liants comme le laitier de hauts fourneaux et la cendre volante sont utilisés afin de faire des comparaisons au niveau des résultats. Les résultats d’ACV montrent que le ciment est le matériau qui contribue fortement aux impacts et présente aussi un bilan carbone remarquablement élevé dû à la phase de calcination de ses matières premières à 1450o C pour fabriquer le clinker. Le transport par camion est le deuxième facteur contributeur au gaz à effet de serre. L’eau et le plastifiant sont des éléments qui ne génèrent que très de peu d’impact. Le gravier et le sable présentent de fortes contributions au niveau de la transformation naturelle des terres et des émissions moyennes au niveau des différentes des autres catégories sélectionnées. Les empreintes carbones du LCLL Ash (Low Caustic Leaching and Liming Ash) et du LCLL Ash calciné sont moyennes voir faibles. Leurs utilisations représentent une solution prometteuse et intéressante pour réduire les impacts environnementaux liés à la production du béton. Les résultats des analyses de sensibilité basée sur la calcination montrent une différence mineure entre les valeurs trouvées des impacts. L’utilisation du LCLL Ash calciné considéré comme une argile calcinée à 800, 1000 et 1450°C est une technique prometteuse pour contrer l’épuisement des ressources naturelles pour les matériaux de construction et constitue aussi un moyen efficace de réduction des émissions de CO2 liées à l’utilisation du ciment dans la production du béton. Quant à l’analyse de sensibilité sur le transport, les impacts générés lorsque le transport de la cendre volante se fait par camion pour fabriquer du béton présentent des valeurs qui se rapprochent beaucoup plus à celle de la cendre volante transportée par bateau depuis l’Italie, bien que la distance pour amener de la cendre volante depuis l’Italie soit grande (7563,39 km). L’analyse de sensibilité basée sur la calcination présente de faible variation entre les impacts. Cette différence mineure entre les valeurs est influencée par le choix des hypothèses en tenant compte des paramètres de la calcination (type de calcination, type de four, type de combustible pour calciner). Les résultats des mesures de la teneur en air montrent que les bétons fabriqués présentent des teneurs dont les valeurs sont comprises entre 2,51 et 3,70 %. Ces résultats sont inférieurs à la teneur en air d’un béton à l’état frais qui se situe généralement entre 5 et 8 %. Les températures mesurées sont comprises entre 19,6 et 21 °C et sont des valeurs comprises dans la tranche de température d’un béton frais (soit 10 à 25 °C). Les résultats des mesures des résistances montrent que l’ajout du LCLL Ash dans la recette amène une diminution de la résistance à la compression par rapport au remblai fabriqué avec du laitier de hauts fourneaux et une augmentation de la résistance par rapport au béton fabriqué avec du 100%GU. L’utilisation du laitier de hauts fourneaux dans le remblai présente une meilleure résistance à la compression que l’utilisation du LCLL Ash. Quant au béton fabriqué avec du LCLL Ash, leurs résistances à la compression sont un peu plus similaires aux bétons fabriqués avec de la cendre volante avec une différence mineure. Le LCLL Ash maintient la résistance à la compression du béton aux différents âges de durcissement (7 j, 28 j, et 90 j) et son utilisation est prometteur dans la production du béton comme ajout cimentaire.

Titre traduit

Valorization of treated spent pot lining used in the production of construction and mining materials

Résumé traduit

The use of treated spent pot lining in the manufacture of construction materials has aroused the curiosity of scientific researchers and industrial engineers in order to know its environmental impacts and its potential roles, with respect to its physical-mechanical properties. The main objective is to evaluate the potential of valorization of treated spent pot lining its use in the production of concrete and mining backfill. This work consists in performing life cycle analyses or LCA and laboratory tests with percentages ranging from 5 to 15% of treated spent pot lining as a cement additive in concrete and mining backfill. Using the Ecoinvent database and OpenLCA software according to ISO 14040 and 14044, LCA studies are performed with the ReCiPe H method. Laboratory tests are carried out with the addition of treated spent pot lining in the recipes of the concrete and paste backfill from the LaRonde mine. Other binders such as blast furnace slag and fly ash are used to compare results. The LCA results show that cement is the material that contributes most to the impacts and also has a remarkably high carbon footprint due to the calcination phase of its raw materials at 1450oC to manufacture clinker. Transportation by truck is the second largest contributor to greenhouse gases. Water and plasticizer are elements that generate very little impact. Gravel and sand have high contributions to natural land transformation and average emissions at the different levels of the other selected categories. The carbon footprints of LCLL Ash (Low Caustic Leaching and Liming Ash) and calcined LCLL Ash are medium to low, so their use represents a promising and interesting solution to reduce the environmental impacts of concrete production. The results of the sensitivity analyses based on calcination show a minor difference between the found values of the impacts. The use of calcined LCLL Ash considered as a clay calcined at 800, 1000 and 1450°C is a promising technique to counter the depletion of natural resources for construction materials and is also an effective way to reduce CO2 emissions related to the use of cement in concrete production. As for the sensitivity analysis on transportation, the impacts generated when fly ash is transported by truck to make concrete show values that are much closer to that of fly ash transported by ship from Italy, although the distance to bring fly ash from Italy is large (7563.39 km). The sensitivity analysis based on calcination shows littles variations between impacts. This minor difference between values is influenced by the choice of assumptions considering calcination parameters (type of calcination, type of kiln, type of calcination fuel). The results of the air content measurements show that the manufactured concretes have contents with values between 2.51 and 3.70%. These results are lower than the air content of a fresh concrete which is generally between 5 and 8%. The measured temperatures are between 19.6 and 21°C and are values within the temperature range of fresh concrete (i.e., 10 to 25°C). The results of the strength measurements show that the addition of LCLL Ash to the recipe results in a decrease in compressive strength compared to the backfill made with blast furnace slag and an increase in strength compared to the concrete made with 100%GU. The use of blast furnace slag in the backfill has a better compressive strength than the use of LCLL Ash. As for concrete made with LCLL Ash, their compressive strengths are somewhat more similar to concrete made with fly ash with a minor difference. LCLL Ash maintains the compressive strength of concrete at different ages (7 d, 28 d, and 90 d) and its use is promising in concrete production as a supplementary cementing 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 maitrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 113–123).
Mots-clés libres:	brasques traitées, remblais miniers, analyse de cycle de vie, ajouts cimentaires, liants, matériaux, impacts environnementaux, facteurs d’impacts, béton, remblai minier
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Ouellet-Plamondon, Claudiane
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	30 oct. 2023 14:11
Dernière modification:	30 oct. 2023 14:11
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3310

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