Cork Concrete : Optimisation of formulation and thermal performances
Le béton de liège : Optimisation de la formulation et des performances thermiques
Résumé
The study presented in this manuscript aims to formulate and optimize the performance of a bio-based concrete incorporating cork aggregates. One main contribution of the study is the use of an innovative type of cork, namely virgin cork which has a limited number of applications because of its low economic value. For this purpose, the experimental work was focused on three essential points: The first point concerns the optimization of the mixing mode. For this, seven concretes containing 50% of cork aggregates (in total volume of aggregates) were prepared using different constituent’s introduction order, different mixing time and different mixing tool. The second point is dedicated to the evaluation of the performance of cork concrete of which, the mixing mode was optimized. In this part, four cork concretes containing 25, 50, 75 and 100% of cork were evaluated in terms of consistency, physical properties, thermal conductivity, microstructure and mechanical properties. The last part of the experimental work examines the effect of considering cork absorption on the performance of cork concrete. To this end, nine concretes considering three different levels of cork absorption as well as three percentages of cork (25, 50 and 75%) were prepared.
The impact of varying the mixing protocol on the hardened quality of cork concrete but especially on its fresh homogeneity was clearly demonstrated. At the end of the first step, we concluded that the mixing protocol that will be used for the formulation of cork concretes consists of (i) using a vertical axis mixer, (ii) introducing the cork aggregates before the cement and sand and (iii) mixing the concrete for 8 minutes. For all the tested percentages of cork, cork concretes showed good homogeneity and a density which qualifies them as lightweight concretes.
Concrete with 25% of cork showed thermal conductivity which allows its use as structural concrete. On the other hand, those containing 50% of cork and more revealed thermal conductivities and mechanical performance allowing the use in several applications as insulation materials. The BL100 has shown thermomechanical performance rivalling that of the existing bio-based concrete. Despite their good thermomechanical performance, the ITZ between cork and cementitious matrix constitutes a drawback for the studied virgin cork concretes. Results obtained on the last part of the study showed the effect of considering different levels of cork absorption on the performance of concrete. In fact, regardless of the considered level, taking the cork absorption into account improves the consistency of concrete in the fresh state as well as its hygrothermal performance in the hardened state. For at least 50% of cork percentage, consideration of a level corresponding to saturation produces concretes with highly improved hygrothermal performance. However, it compromises their homogeneity and their compressive strength. In sum, the consideration of a level corresponding to 2 hours of cork absorption resulted in a concrete with an improved hygrothermal performance and good homogeneity.
L’étude présentée dans ce mémoire vise à formuler et optimiser la performance d’un béton biosourcé à base de granulats de liège. L’une des principales contributions de l’étude réside dans l’utilisation d’un nouveau type de liège : le liège mâle, qui présente un nombre d’applications limité du fait qu’il ne présente aucune valeur commerciale. Afin d’arriver à notre objectif, le travail expérimental s’est focalisé autour de trois points essentiels : Le premier point concerne l’optimisation du mode de malaxage. Pour ce faire, sept bétons contenant 50% de liège (en volume total des granulats) sont confectionnés en faisant varier l’ordre d’introduction des constituants, le temps de malaxage et la nature du malaxeur de malaxage. Le deuxième point est dédié à l’évaluation de la performance de bétons de liège dont le mode de malaxage a été optimisé. Dans cette partie, quatre bétons de liège contenant 25, 50, 75 et 100% de liège sont évalués en termes de consistance, propriétés physiques, conductivité thermique, microstructure et propriétés mécaniques. Le dernier point consiste à étudier l’incidence de l’eau efficace sur les performances précitées du béton de liège. A ce propos, neuf bétons ont été formulés en considérant trois différents niveaux d’absorption de liège ainsi que trois pourcentages de liège (25, 50 et 75%).
La première étape a montré l’impact de varier le protocole de malaxage sur la qualité du béton à l’état durci mais surtout sur son homogénéité à l’état frais. A l’issu de de cette première étape, nous avons conclu que le protocole de malaxage adéquat pour la formulation des bétons de liège consiste à (i) utiliser un malaxeur à axe verticale, (ii) introduire les granulats de liège avant la pâte cimentaire et (iii) malaxer le béton pendant 8 minutes. Pour tous les pourcentages de liège testés, les bétons de liège ont montré une bonne homogénéité et une masse volumique permettant de les classifier comme étant des bétons légers.
Le béton à base de 25% de liège a révélé une conductivité thermique qui le qualifie comme béton de structure. En revanche ceux contenant 50% de liège et plus ont montré des conductivités thermiques et des performances mécaniques qui les prédestinent à l’isolation. Le BL100 a montré une performance thermomécanique qui rivalise avec celle des bétons biosourcés existants. Malgré leur bonne performance thermomécanique, l’interface entre le liège et la matrice cimentaire constitue un point de faiblesse pour les bétons de liège mâle étudiés. Les résultats relatifs à la dernière partie ont montré l’effet de considérer différents niveaux d’absorption de liège sur la performance du béton. En effet, Quel que soit le niveau considéré, la prise en compte de l’absorption en eau des granulats de liège permet d’améliorer la consistance du béton à l’état frais ainsi que sa performance hygrothermique à l’état durci. Aussi, pour des pourcentages de liège d’au moins 50%, il est clair qu’un niveau d’absorption correspondant à la saturation produit des bétons ayant une performance hygrothermique fortement améliorée. Cependant, il peut compromettre leur homogénéité et leur résistance à la compression. En somme, la considération d’un niveau correspondant à 2 heures d’absorption permet de combiner entre une performance hygrothermique améliorée et une bonne homogénéité.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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