La production de béton dépend fortement du ciment, qui contribue à 5 à 7 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone, ce qui stimule la demande de matériaux de construction écologiques et bas carbone. La cendre volante, sous-produit industriel des centrales à charbon, est un substitut prometteur au ciment, mais ses effets complets sur le béton, de l’état frais aux performances durcies, restent peu étudiés.
Une équipe de recherche internationale dirigée par l’Université de Technologie de Dongguan et l’Université Queen’s de Belfast a systématiquement examiné comment les cendres volantes à forte dose influencent le comportement à jeune âge, l’hydratation, les propriétés mécaniques et les microstructures du béton. Leurs résultats, publiés dans Lifeline Emergency and Safety, fournissent des indications claires pour la conception de béton durable.
L’équipe a préparé des mélanges de béton avec des cendres volantes remplaçant 0 %, 20 %, 40 % et 60 % du ciment, en testant la fluidité, le temps de prise, la résistance à la compression, le module d’élasticité et la microstructure par analyse MEB et EDS.
Les résultats des tests montrent que les cendres volantes peuvent améliorer l’ouvrabilité du béton frais mais prolongent le temps de prise. Notamment, un remplacement de 20 % raccourcit la phase de transition liquide-solide. Alors que les cendres volantes à forte dose réduisent significativement la résistance précoce, le béton avec 10 à 40 % de cendres volantes atteint une excellente résistance et rigidité à long terme (jusqu’à 100 jours). L’imagerie microstructurale confirme que des cendres volantes modérées forment des produits d’hydratation denses et bien liés, tandis que des cendres volantes excessives laissent des particules sphériques non réagies affaiblissant la matrice.
« Notre recherche relie les performances macro-ingénierie aux mécanismes microstructuraux, prouvant que les cendres volantes peuvent efficacement verdir le béton sans compromettre la qualité structurelle », a déclaré Yu Zheng, auteur correspondant et professeur à l’Université de Technologie de Dongguan. « Le taux de remplacement de 40 % est optimal : il réduit la consommation de ciment, recycle les déchets industriels, réduit les coûts et maintient une excellente résistance à long terme et module d’élasticité. »
Cette étude soutient le développement d’infrastructures bas carbone en fournissant une conception de mélange validée et pratique pour le béton vert. Les recherches futures se concentreront sur l’optimisation des régimes de cure et la combinaison des cendres volantes avec d’autres matériaux cimentaires supplémentaires pour améliorer davantage les performances à jeune âge.
La recherche a été publiée dans Lifeline Emergency and Safety (2026, Volume 1, Article 9660002). Les autres contributeurs incluent Lingzhu Zhou, Kaihui Hua, Zaitao Xie de l’Université de Technologie de Dongguan, et Taylor Susan de l’Université Queen’s de Belfast.
Article : Investigating the effects of high-volume fly ash on early-age characteristics and hardening properties of concrete – Journal : Lifeline Emergency and Safety – DOI : Lien vers l’étude
Source : Sciopen
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