Utilization of the fine fraction of Waste-to-Energy Bottom Ash (WtE-BA) for the production of aerated cementitious materials
Valorisation de la fraction fine des Mâchefers d'Incinération de Déchets Non-Dangereux (MIDND) dans des matériaux cimentaires aérés
Résumé
The fine fraction of WtE-BA, consisting of particles smaller than 2 mm, represents 30-40% of the WtE-BA mass. Due to the high levels of trace metals it contains, it is rarely reused. However, its chemical composition and granulometry make it a promising candidate for use as a secondary raw material in cementitious materials. Additionally, the presence of metallic aluminum in WtE-BA could allow it to serve as a pore-forming agent in the production of aerated materials. The initial section of this thesis concentrates on the physico-chemical characterization of the fine fraction of WtE-BA, with the goal of utilizing it as a pore-forming agent. The objective is to evaluate the quantity and reactivity of metallic aluminum. The second part of the text concentrates on the experimental approach to formulating cementitious materials. It is divided into three stages. First, the parameters that influence the properties of interest were identified during a study on cement paste. The optimization of formulation parameters is performed on mortar and is accompanied by physical, microstructural, and environmental characterizations. The optimal formulations are then implemented on concrete to verify the validity of the experimental approach. The results indicate that this approach is effective in producing mortars and concretes with WtE-BA. These materials have densities, compressive strengths, and thermal conductivities comparable to those of aerated reference materials. The pores of materials with WtE-BA differ from those of aerated reference materials in their smaller size and irregular shape. Leaching tests conducted on concrete and mortar showed low levels of pollutant release, which is generally within the environmental thresholds set by the French legislation (Arrêté du 18 novembre 2011) and the Dutch Soil Quality Decree.
La fraction fine des MIDND (particules mesurant moins de 2 mm) représente 30 à 40 % de la masse des MIDND. Elle est rarement valorisée, notamment à cause des teneurs élevées en éléments traces métalliques qu’elle contient. Sa composition chimique et sa granulométrie en font néanmoins une candidate intéressante pour être utilisée comme matière première secondaire dans des matériaux cimentaires. De plus, la présence d’aluminium métallique dans les MIDND pourrait permettre son utilisation en tant qu’agent porogène pour la production de matériaux aérés. Cette thèse porte dans un premier temps sur la caractérisation physico-chimique de la fraction fine des MIDND en vue de son utilisation comme agent porogène, et vise notamment à évaluer la quantité et la réactivité de l’aluminium métallique. La démarche expérimentale de formulation des matériaux cimentaires est divisée en trois étapes. Les paramètres influençant les propriétés d’intérêt ont tout d’abord été identifiés au cours d’une étude sur pâte de ciment. L’optimisation de ces paramètres de formulation est réalisée sur mortier et est accompagnée de caractérisations physiques, microstructurales et environnementales. Les formulations jugées optimales ont alors été mises en oeuvre sur bétons afin de vérifier la validité de la démarche expérimentale. Les résultats montrent que cette démarche permet de produire effectivement des mortiers et des bétons de MIDND avec des masses volumiques, résistances à la compression et conductivité thermique comparables à celles des matériaux aérés de référence. Les pores des matériaux avec MIDND diffèrent de ceux des matériaux aérés de référence par leur plus petite taille et par leur forme irrégulière. Les tests de lixiviation à l’échelle des bétons et de mortiers ont démontrés de faible relargage en polluants, compatibles, pour la grande majorité des matériaux, avec les seuils environnementaux définis par l’Arrêté du 18 novembre 2011 et le Soil Quality Decree.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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