Etude expérimentale d'un liant à base de cendres de balle de riz et de chaux de coquille d'œuf sur la stabilisation des sols sous attaque acide

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 7542 (2022) Citer cet article

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Cette étude évalue l'utilisation de cendres de balle de riz (RHA)-chaux de coquille d'œuf (ESL) et RHA-chaux commerciale (CL) comme liants alternatifs pour la stabilisation des sols argileux, ainsi que la performance des mélanges sol-liant sous attaque acide. Un design composite central a été réalisé pour analyser la réactivité par des tests batch avec une solution d'acide sulfurique. Le comportement physique et mécanique a été évalué par des tests de compactage et de résistance à la compression non confinée (UCS). Les tests de réactivité ont démontré une meilleure neutralisation de l'acidité des contaminants pour les mélanges avec ESL. La résistance à la compression, la réactivité et l'encapsulation partielle des éléments toxiques les plus élevées sont associées à l'application de 30 % de RHA et de 6 % d'ESL dans le sol. Le gel AC – S – H est observé dans les phases faiblement cristallines grâce au modèle XRD. L’application du RHA-ESL dans les sols exposés à des attaques acides présente une faisabilité environnementale. L'analyse des procédés de broyage du RHA combinée à la résistance du mélange dans le temps et ses tests d'application dans des barrières imperméables, dans des décharges, sont recommandés.

Les déchets solides représentent une préoccupation croissante au niveau mondial, principalement en raison de la croissance démographique et du consumérisme1. La production mondiale de riz est une source majeure de déchets, estimée à 750 millions de tonnes de balle de riz par an2. Par ailleurs, il existe un nouveau domaine d'études lié à la valorisation des déchets du secteur alimentaire, la coquille d'œuf. Le monde génère chaque année 4,91 millions de tonnes de déchets de coquilles d’œufs, dont 278 250 tonnes au Brésil3.

La transformation du riz génère 160 millions de tonnes de déchets composés de balles de riz, destinés aux décharges2 ou à des fins énergétiques4. La partie de la balle de riz utilisée à des fins énergétiques est régulièrement utilisée comme combustible dans les chaudières pour la production d'énergie, et après combustion, elle génère un nouveau déchet : les cendres de balle de riz (RHA). Le RHA est considéré comme une pouzzolane en raison de sa source de silice amorphe4 ; qui favorise l'application des RHA dans de multiples destinations, telles que la production de béton5,6,7, de mortiers8,9, les processus d'assainissement des sols10, l'adsorption11 ; constitution de géopolymères12 et traitement des effluents13.

Les caractéristiques du RHA et son potentiel en tant que matériau pouzzolanique dépendent fortement des méthodes et des conditions qui ont donné naissance au RHA4,14. Les RHA provenant de différentes industries peuvent avoir une teneur en silice amorphe et des surfaces spécifiques différentes, ainsi que d'autres caractéristiques distinctes qui sont encore peu explorées14,15. Par conséquent, non seulement la caractérisation du RHA est importante, mais aussi l'exploration de son utilisation dans des mélanges avec des matériaux qui augmentent l'alcalinité de l'environnement (par exemple la chaux).

Dans ce contexte, de nombreuses études ont évalué l'utilisation des déchets de coquilles d'œufs comme source alternative de calcium pour différentes applications géotechniques et de construction civile3,16,17,18,19,20. De plus, des études ont observé que la chaux de coquille d'œuf (ESL) se présente comme un excellent matériau pour la stabilisation des sols avec une source pouzzolanique, telle que la RHA, et un liant plus durable que la chaux dolomitique car elle évite l'extraction et l'amélioration des minéraux calcaires4,20,21.

Bien que ces études explorent l'application isolée du RHA et de la chaux de coquille d'œuf pour le développement de nouveaux matériaux, il existe un manque d'études utilisant ces deux matériaux en mélange pour améliorer le comportement mécanique et réactif des sols résiduels argileux compactés. Ces mélanges peuvent être appliqués aux barrières d'étanchéité dans les décharges, par exemple, et soumis au contact avec des contaminants acides provenant de l'élimination des déchets ou des résidus. Ces barrières peuvent empêcher la dégradation de sa microstructure et empêcher la migration des contaminants vers le sous-sol22.

Cet article comble cette lacune en comparant la chaux de coquille d'œuf RHA avec la chaux commerciale RHA comme liants alternatifs pour la stabilisation du sol. Un plan expérimental a été réalisé pour étudier les facteurs susceptibles d'influencer de manière significative la réactivité des mélanges sol argileux-RHA-chaux. De plus, la caractérisation des cendres de balle de riz, des tests de résistance à la compression en milieu ouvert, des performances environnementales, des analyses chimiques et minéralogiques ont été réalisés dans les mélanges.