Développement de mortiers à retrait compensé avec des sables de recyclage

Abstract

Titre : Développement de mortiers à retrait compensé avec des sables de recyclage

Nom : METTLEN

Prénom : Thibault

Section : Faculté des Sciences appliquées, Master en ingénieur civil des constructions, à finalité spécialisée en "Civil Engineering"

Année académique : 2024 - 2025

Promoteur : Luc COURARD Co-Promoteur : Benoît BISSONNETTE

Face à la demande croissante en matières premières pour la production industrielle, le développement des infrastructures, le développement économique et les besoins individuels de ses habitants, notre planète est confrontée à la diminution de ses ressources naturelles. Le secteur de la construction est particulièrement concerné, notamment en raison de la raréfaction annoncée du sable naturel, ressource fortement exploitée et dont l’extraction massive entraîne d’importants impacts environnementaux. Cette situation risque à terme d’augmenter les prix de ces matières premières indispensables au développement de notre planète.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’économie circulaire qui cherche à rompre avec le modèle linéaire « produire-consommer-jeter » en favorisant la réduction des ressources utilisées, le recyclage et le réemploi. Ce projet, mené en coopération entre l’Université de Liège et l’Université Laval de Québec, vise à étudier la substitution (50\% et 100\%) des sables naturels dans les mortiers par des sables recyclés issus de la déconstruction.

Ces matériaux "transformés" présentent des caractéristiques spécifiques (forte porosité, absorption d’eau élevée) et provoquent un retrait du mortier augmentant les risques de fissuration. Le projet porte ainsi sur la caractérisation granulométrique et physico-mécanique des sables recyclés, leur compatibilité avec certains liants, ainsi que l’analyse des propriétés mécaniques des mortiers ainsi constitués. Deux agents expansifs (un de type K et l’autre de type G) ont été utilisés pour compenser les effets du retrait et déterminer l’évolution des propriétés mécaniques.

Comme attendu, la substitution importante (50\% et 100\%) du sable naturel par des sables recyclés a mis en évidence la forte augmentation du retrait ainsi qu’une diminution des propriétés mécaniques des mortiers ainsi formés.

L’ajout d’un agent expansif de type G a permis de compenser intégralement le retrait, indépendamment des conditions de cure. À l’inverse, l’agent de type K n’a pas montré d’effet significatif dans les conditions de cure initiales, mais a nécessité une immersion prolongée en eau de chaux pour exprimer pleinement son potentiel de compensation. Toutefois, malgré cette contrainte, les formulations intégrant l’agent de type K ont conduit à des propriétés mécaniques non seulement compatibles avec un usage courant dans la construction, mais également supérieures à celles obtenues avec l’agent de type G.

Les proportions des formulations réalisées dans ce travail pourraient encore être améliorées afin de maîtriser l’expansion du mortier. Ce travail a permis de mettre en évidence la possibilité de compenser le retrait tout en garantissant des performances mécaniques et une durabilité conforme aux exigences requises dans les normes.

Title : Development of Shrinkage-Compensated Mortars Incorporating Recycled Sands

Name : METTLEN

First name : Thibault

Section : Faculty of Applied Sciences, Master’s degree in Civil Engineering with a specialization in “Civil Engineering”

Academic year : 2024 - 2025

Supervisor : Luc COURARD Co-Supervisor : Benoît BISSONNETTE

Faced with the growing demand for raw materials driven by industrial production, infrastructure development, economic growth, and the individual needs of populations, our planet is experiencing a steady decline in its natural resources. The construction sector is particularly affected, notably due to the predicted scarcity of natural sand, a heavily exploited resource whose massive extraction has significant environmental impacts. In the long term, this situation is likely to drive up the cost of these raw materials, which are essential for global development.

This work is part of the circular economy approach, which seeks to move away from the linear “produce–consume–dispose” model by promoting resource efficiency, recycling, and reuse. . This project, carried out in cooperation between the University of Liège and Laval University in Québec, aims to study the substitution (50\% and 100\%) of natural sands with recycled sands from demolition waste in mortar production.

These “transformed” materials exhibit specific characteristics (high porosity and high water absorption) and induce mortar shrinkage, thereby increasing the risk of cracking. The project therefore focuses on the granulometric and physico-mechanical characterization of recycled sands, their compatibility with certain binders, as well as the analysis of the mechanical properties of the resulting mortars. Two expansive agents (one of type K and the other of type G) were incorporated to mitigate shrinkage and to assess the evolution of mechanical performance.

As expected, the substantial substitution of natural sand (50\% and 100\%) with recycled sand revealed a significant increase in shrinkage, along with a reduction in the mechanical performance of the mortars.

The addition of a type G expansive agent compensated for shrinkage, as did the use of a type K agent. However, formulations with the latter agent (type K) achieved mechanical properties acceptable for common use in construction and even superior to those obtained with the type G agent.

The mix proportions developed in this study could be further optimized to better control mortar expansion. Overall, this work demonstrates the feasibility of eliminating shrinkage while ensuring mechanical performance and durability that comply with established standards.