Valorisation des sédiments portuaire comme ajout cimentaire

Foksou Tchilia, Manassée (2023). Valorisation des sédiments portuaire comme ajout cimentaire. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Chaque année, 450 000 m3 de sédiments sont extraits des ports du Québec. La gestion de ces sédiments est une préoccupation économique et environnementale. L'objectif principal de cette étude était d'évaluer la possibilité d'utiliser ces sédiments comme matériau cimentaire supplémentaire. Les sédiments du port de Contrecœur ont été prélevés et soumis à un processus expérimental comprenant le séchage, le broyage et la calcination (600 °C à 1000 °C). Les caractéristiques physiques et chimiques des sédiments ont été déterminées et comparées aux exigences de la norme ASTM C618. L’analyse des caractéristiques physiques a révélé que le sédiment étudié est une argile limoneuse très plastique et gonflable, admissible comme pouzzolane selon ASTM C618. Afin d’évaluer les performances mécaniques dans le mortier et l’activité pouzzolanique dans la pâte R3 , 20 % en masse des sédiments bruts et calcinés ont remplacé partiellement le ciment dans le mortier. Leur réactivité chimique a été évaluée par la calorimétrie isotherme à 40 ℃ et l’analyse thermogravimétrique (ATG) de la pâte R3 . Le métakaolin et le quartz sont respectivement des références réactive et inerte dans la pâte R3 et le ciment à usage général (GU) représente la référence dans le mortier. Les mesures de résistance en compression ont été effectuées à des intervalles de 1, 7, 28 et 112 jours, tandis que l'activité chimique a été quantifiée après 7 jours d'hydratation de la pâte R3 . De plus, l’impact de taux de substitution des sédiments sur la résistance en compression a été analysé. Selon les résultats des performances mécaniques, les mortiers avec les sédiments bruts (SB) et calcinés à 600 °C, 700 °C et 800 ° ont développé des résistances en compression similaires au mortier de référence à 7 et 28, 112 jours lorsque 20 % du ciment est substitué par les sédiments. En revanche, la résistance en compression diminue linéairement lorsque le taux de substitution des sédiments par le ciment augmente. Les résultats de l’ATG montrent que le degré de réactivité des sédiments varie entre 40 % et 50 % selon la consommation de la Portlandite. Par ailleurs, les sédiments non calcinés ont généré de faibles quantités de chaleur (78 J/g), contrairement aux sédiments calcinés qui ont des produits de chaleur modérés (110 à 130 J/g). Sur la base de tous les résultats expérimentaux obtenus, l’activité pouzzolanique des sédiments bruts et traités thermiquement sont jugés modérés. Le traitement thermique n’a eu qu’un faible effet sur l’activité pouzzolanique. Cette recherche permet de conclure que les sédiments, considérés comme des déchets, peuvent être utilisés comme ajout cimentaire. Cette approche pourrait contribuer à une gestion durable des sédiments portuaire en offrant une solution économique et écologique en remplaçant jusqu’à 20 % du ciment par les sédiments non traités. Le test de durabilité du béton supplémentaire est nécessaire.

Titre traduit

Valorization of harbour dredging sediments as supplementary cementitious materials

Résumé traduit

In Quebec, 450000 m3 of sediments are dredged each year in various harbour. The management of these dredged sediments has become a major issue both economically and environmentally. The main objective of this study was to assess the possibility of using these sediments as cementitious additives. The sediments were subjected to a drying process, then crushed and subsequently calcined at temperatures ranging from 600 °C to 1000 °C. The physical, chemical, and mineralogical characteristics were determined. The analysis of the physical characteristics revealed that the studied sediment is a highly plastic and expandable clayey silt. To evaluate the mechanical and pozzolanic performances, 20% of the raw and treated sediments were considered. The reactivity of the sediments was evaluated using isothermal calorimetry and thermogravimetric analysis (TGA) on the R3 paste. Metakaolin and quartz are respectively reactive and inert references in the R3 (Rapid, Relevant, and reliable) paste, and general use cement (GU) represents the reference in the mortar. The compressive strength was measured at 1, 7, 28, and 112 days, and the chemical activity was quantified after 7 days of hydration of the R3 paste. Furthermore, the impact of sediment substitution rates on compressive strengths was analyzed. According to the results of the mechanical performances, mortars with raw sediments (SB) and sediments calcined (SC) at 600 °C, 700 °C, and 800 °C (except 900 °C, 1000 °C) developed similar compressive strengths to the reference mortar at 7, 28 and 112 days when 20% of the cement was substituted by the sediments. However, it decreased linearly as the sediment substitution rate increased. The TGA results showed that the reactivity degree of the sediments varied between 40 % and 50 % depending on the consumption of Portlandite. Furthermore, the non-calcined sediments produced a low amount of heat (78 J/g), unlike the calcined sediments which produced moderate heat (110 - 130 J/g). Based on all the experimental results, the pozzolanic activity of the raw and thermally treated sediments is considered moderate. The thermal treatment had only a slight effect on the pozzolanic activity. The conclusions of this study are encouraging as they suggest that harbour dredging sediments, considered as waste, could be used as a sustainable and environmentally friendly construction material. This approach could contribute to the sustainable management of harbour dredging sediments while offering an economic and ecological solution by replacing, under certain conditions, up to 20% of the untreated sediments. Additional concrete durability tests are required to confirm these promising results.

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 construction". Comprend des références bibliographiques (pages 131-153).
Mots-clés libres:	sédiments, ajouts cimentaires, réactivité pouzzolanique (chimique), mortier
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Ouellet-Plamondon, Claudiane
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	10 nov. 2023 16:42
Dernière modification:	10 nov. 2023 16:42
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3316

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