Propriétés, utilisations, avantages et inconvénients – Expertise humidite

Depuis mes années d'école, la conservation de l'environnement a été ma préoccupation. Mais en tant que jeune écolière, des montagnes de cendres volantes près des centrales électriques m'ont laissée inquiète car elle se propageait sous l'effet du vent et polluait les fermes et les vergers des environs. Maintenant, en tant qu'ingénieur civil professionnel, quand je vois des cendres volantes servir à la fabrication de béton et de briques, je me sens heureux et soulagé.

Jetons un coup d’œil sur les cendres volantes, comment les cendres volantes peuvent-elles affecter l’environnement ainsi que la technologie. Dans cet article, nous avons traité de l'historique des cendres volantes, de ses utilisations, de ses avantages, de ses propriétés, de sa classification, etc. pour le béton.

Cendres Volantes / Cendres de combustible pulvérisé

Les cendres volantes sont l’un des meilleurs adjuvants pouzzolaniques. Les adjuvants pouzzolaniques ou les adjuvants minéraux sont des matériaux qui ne possèdent pas en eux-mêmes de qualités cimentaires, mais présentent des propriétés cimentaires sous leur forme finement divisée lorsqu'ils sont combinés avec de la chaux, à savoir de l'hydroxyde de calcium (Ca (OH)2) en présence d'humidité. Ils réagissent chimiquement avec l'hydroxyde de calcium à la température ambiante pour former des composés à base de ciment.

Les cendres volantes, également connues sous le nom de cendres de combustible pulvérisées, sont un de ces matériaux pouzzolaniques artificiels. Les cendres volantes sont une poudre d'alumino-silicate amorphe finement divisée, produite dans des centrales au charbon en poudre. Il possède peu ou pas de propriétés de ciment, mais devient réactif en présence de chaux. Les cendres volantes produisent un gel (hydrates de silicate de calcium (C-S-H)), ce qui rend le béton de cendres volantes dense, renforce et réduit la perméabilité. Ainsi, il améliore les propriétés de durabilité du béton.

Cendres volantes

Selon «Malhotra V.M. et Ramezanianpour ’(Fly Aash dans le béton, Deuxième édition), les cendres volantes sont l’un des résidus générés lors de la combustion du charbon pulvérisé dans les centrales thermiques et sont constitués des particules fines qui s’accumulent avec les gaz. Les cendres volantes contiennent principalement de la silice (SiO2), oxyde de calcium (CaO), oxyde d’alumine (Al2O3) et d'oxyde ferrique (Fe2O3). Ses composants varient en fonction du type de charbon brûlé. Les cendres volantes sont produites par refroidissement rapide et solidification des cendres fondues; par conséquent, une grande partie des particules de cendres volantes sont à l'état amorphe. Les particules de cendres volantes sont généralement sphériques et ont un diamètre compris entre 1 µm et 150 µm, tandis que les particules de ciment ont une taille inférieure à 45 µm. La forme et la taille sphériques de la particule augmentent la fluidité et réduisent la demande en eau dans le mélange de béton.

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Comment les cendres volantes peuvent-elles affecter l'environnement ainsi que la technologie?

Selon ‘Raj Premani’ (2017) (publié dans: Fly Ash-A Boon for Concrete), l’Inde produit à elle seule plus de 100 millions de tonnes de cendres volantes chaque année. Les cendres volantes ont un impact négatif sur l'environnement et la santé humaine. Sa disposition est une grande préoccupation. Il y a quelques années, les cendres volantes étaient normalement rejetées dans l'atmosphère, entraînant une pollution de l'air. De nos jours, les cendres volantes sont collectées dans un équipement antipollution, tel qu'un dépoussiéreur électrostatique, avant que les gaz ne soient libérés dans l'air, réduisant ainsi la pollution de l'air.

De l'autre côté, les cendres volantes sont plus efficaces pour la fabrication du béton. Par conséquent, l'utilisation de cendres de combustible pulvérisé dans le béton suscite de sérieuses préoccupations chez les technologues du béton et les ministères du monde entier.

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Depuis de nombreuses années, les cendres volantes sont utilisées dans le béton. Selon «M.S. Shetty ’(auteur de la théorie et de la pratique de la technologie du béton), que la première utilisation à grande échelle de cendres volantes a été réalisée lors de la construction du barrage Hungry Horse, puis du barrage Canyon Ferry aux États-Unis d’Amérique. La quantité de cendres volantes utilisée était d'environ 30% en poids de ciment. En Inde, la construction du barrage de Rihand était la première utilisation de cendres volantes et sa quantité était de 15% en poids du ciment utilisé.

Utilisation de cendres volantes dans les divers barrages

Utilisation de cendres volantes dans le barrage

Les cendres volantes sont préférées pour une grande variété d'applications et sont utilisées dans:

  • Fabrication de ciment Portland Pozzolana. Conformément à la norme IS 1489 (Partie 1): 1991 (Spécifications du ciment Portland-Pozzolana), l’ingrédient utilisé pour les cendres volantes doit contenir 10 à 25% en masse de ciment Portland Pozzolana.
  • Dans le bétonnage en masse, tels que barrages, murs de soutènement, trottoirs, etc.
  • Fabrication de briques, blocs, feuilles d'amiante, tuyaux de refoulement en amiante, etc.
  • Remplissage fluide dans les remblais, les approches de survol, les ponts, etc.
  • Fabrication de béton à haute performance.
  • par bétonnage par temps froid.
  • Fabrication de béton à haut volume de cendres volantes (HVFAC) comprenant plus de 40 à 50% de la teneur en masse de cendres volantes de la totalité des matériaux à base de ciment. Il est généralement utilisé pour la construction de routes et de trottoirs.
  • Dans la préparation du béton géopolymère.

Géopolymère Béton: Le béton géopolymère est une alternative au béton au ciment Portland. Il réduit l'utilisation de ciment Portland ordinaire responsable d'une forte émission de CO2. il est préparé en utilisant des déchets tels que cendres volantes et laitier granulé de haut fourneau (GGBS), etc. Il est donc novateur et respectueux de l'environnement.

  • C'est un substitut rentable au ciment Portland.
  • Les cendres volantes sont des sous-produits ou des déchets. Par conséquent, l'utilisation de béton pour cendres volantes réduit les émissions de CO2 et est donc respectueuse de l'environnement.
  • Il a une bonne résistance au froid.
  • C'est un matériau sans retrait.
  • Les cendres combustibles pulvérisées produisent également un béton / brique dense avec une surface lisse et des détails nets.
  • Le béton contenant des cendres volantes a également une excellente maniabilité et permet de réduire le ratio eau-ciment par rapport à un affaissement similaire à celui du béton ordinaire. Selon «Davis et al.» (1937), les cendres volantes sont différentes des autres matériaux pouzzolaniques qui augmentent généralement les besoins en eau du mélange de béton.
  • Il réduit les problèmes de fissures, de perméabilité, de saignement, etc.
  • Il réduit également la chaleur d'hydratation.
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  • La cendre de carburant pulvérisée peut affecter la couleur du béton. Selon «A.M. Neville ’(Auteur des propriétés du béton), couleur du béton contenant des cendres volantes en fonction de sa teneur en carbone. Une couleur généralement plus laide et plus sombre aide à identifier le béton contenant des cendres volantes par rapport au béton ordinaire de couleur plus claire, lorsque deux sont placés côte à côte.
  • L'utilisation de cendres volantes entraîne un gain de résistance plus lent.
  • Les cendres volantes de la classe C sont sensibles à la température et, par conséquent, lors du bétonnage en masse ou lorsque la température s'élève à environ 200 ou 400, elles ne confèrent pas une résistance élevée.
  • L'utilisation de cendres de combustible pulvérisé réduit la demande en eau; par conséquent, l'utilisation de plastifiants / superplastifiants ou d'adjuvants entraînant l'air devient nécessaire pour obtenir une bonne ouvrabilité du béton à base de cendres volantes.

Propriétés physiques et chimiques des cendres volantes

Les propriétés physiques et chimiques des cendres volantes varient considérablement en fonction du type de charbon brûlé.

  • Couleur: La couleur des cendres volantes dépend de ses éléments constitutifs. Dans les cendres volantes, la teneur en calcaire confère des couleurs claires et foncées, la teneur en fer fournit une couleur brunâtre et du carbone. Une teneur généralement élevée en éléments non brûlés attribue une couleur gris foncé à noir.
  • Poids spécifique: 90 à 2,96
  • Aire de surface spécifique: 250 à 600 m2/ kg alors que la surface spécifique de ciment est de 225 m2 / kg

Selon le «ASTM C618-08a ’(Société américaine pour les essais et les matériaux), les propriétés chimiques des cendres de combustible pulvérisé sont les suivantes:

70% de silice, alumine, oxyde de fer,

5% max.- SO3,

Max. perte au feu: 12%,

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Comment les cendres volantes sont-elles ajoutées au béton?

Les cendres volantes peuvent être utilisées de deux manières.

  • Mélanger un certain pourcentage de cendres volantes avec du clinker de ciment dans l'usine pour produire du ciment Portland pouzzolane (PPC)
  • Utilisez les cendres volantes comme adjuvant lors de la fabrication du béton sur le chantier.

L'ajout de cendres volantes dans les deux sens est avantageux, mais la deuxième méthode donne à l'ingénieur / utilisateur la liberté et la flexibilité nécessaires pour modifier la variation du pourcentage d'addition de cendres volantes.

Selon la 'National Precast Concrete Association' (publié dans: Utilisation de cendres volantes dans le béton), 15 à 35% de cendres volantes en poids de ciment et les travaux de bétonnage en masse, tels que les barrages, les murs de soutènement, etc. on peut ajouter jusqu'à 70% de cendres volantes en poids de ciment.

Classification des cendres volantes

Selon la norme ASTM C618-08a (Société américaine pour les essais et les matériaux), il existe deux types de cendres volantes, en fonction du type de charbon à partir duquel les cendres sont générées.

Cendres volantes de classe C et cendres volantes de classe F

Cendres volantes de classe C et cendres volantes de classe F

Ce type de cendre volante est dérivé du charbon sous-bitumineux et du lignite. Les cendres volantes de la classe C ont un pourcentage élevé d'oxyde de calcium a (plus de 10%), environ 35% de silice et une teneur en carbone bien inférieure à moins de 2%) par rapport au ciment Portland. Outre les propriétés pouzzolaniques, les cendres volantes de la classe C contiennent des propriétés cimentaires; par conséquent, il ne nécessite pas d'activateur. Il est résistant à l'expansion de l'attaque chimique. Cendres volantes de classe C les plus couramment utilisées pour le béton structurel, les chaussées en PCC et également en tant que matériau de base dans les carreaux, les pavés, les briques, les blocs, etc.

À base de charbon bitumineux, les cendres volantes de classe F sont plus courantes que les cendres volantes de classe C. Ce sont généralement des cendres volantes à faible teneur en calcium dont la teneur en carbone est inférieure à 5% mais parfois aussi élevée que 10%. Les cendres volantes de classe F ne possèdent que des propriétés pouzzolaniques. Elles nécessitent donc un agent de cimentation tel que du ciment Portland, de la chaux vive ou de la chaux hydratée, mélangées à de l'eau pour réagir et produire des composés à base de ciment. Les particules de cendre volante de classe F sont recouvertes d'une sorte de verre fondu. Par conséquent, il réduit considérablement les risques d'expansion dus à l'attaque par les sulfates, comme cela peut se produire dans les sols fertilisés ou près des zones côtières.

Effet des cendres volantes sur les propriétés du béton

01. Effet des cendres volantes sur le béton frais

L’utilisation de cendres volantes dans le béton peut réduire,

  • La demande en eau pour l’affaissement souhaité.
  • Saignement
  • Retrait de séchage
  • Chaleur d'hydratation

02. Effet des cendres volantes sur le béton durci

  • La résistance initiale du béton contenant des cendres volantes a tendance à être inférieure à celle du béton ordinaire.
  • La réaction pouzzolanique rend le béton de matrice dense ce qui entraîne une diminution de la perméabilité à l'eau et aux gaz



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