Valorisation du laitier de haut fourneau par activation alcaline hybride étude des performances et optimisations

Abstract

Reducing the environmental impact of construction materials has become a major challenge for the civil engineering sector. In this context, the use of industrial by-products as partial or total substitutes for Portland cement represents a promising solution for the development of more sustainable binders while reducing carbon dioxide (CO₂) emissions associated with cement production. The present work focuses on the optimization of a hybrid activation system applied to binders rich in industrial by-products. This study investigates the valorization of blast furnace slag in the production of alkali-activated mortars. A hybrid activation system combining sodium silicate and hydrated lime was used to promote slag activation and enhance the mechanical properties of the material. Several mortar formulations were prepared and evaluated through various physical and mechanical tests, including bulk density, water absorption by immersion, shrinkage, ultrasonic pulse velocity, compressive strength, and flexural strength.The results showed that the performance of the mortars strongly depends on the composition of the activation system. The combined use of sodium silicate and hydrated lime improved slag reactivity and contributed to the formation of a denser and more compact matrix. Some formulations exhibited superior mechanical performance and improved durability, highlighting the importance of optimizing the proportions of the different constituents. The findings of this study confirm the potential of hybrid activation systems for the valorization of industrial by-products in construction materials. This approach represents a promising alternative to conventional binders and contributes to the development of more sustainable and environmentally friendly construction practices. -------------------------------------------------------------- ﺃﺻﺒﺢ ﺍﻟﺘﻘﻠﻴﻞ ﻣﻦ ﺍﻷﺛﺮ ﺍﻟﺒﻴﺌﻲ ﻟﻤﻮﺍﺩ ﺍﻟﺒﻨﺎء ﻣﻦ ﺃﻫﻢ ﺍﻟﺘﺤﺪﻳﺎﺕ ﺍﻟﺘﻲ ﺗﻮﺍﺟﻪ ﻗﻄﺎﻉ ﺍﻟﻬﻨﺪﺳﺔ ﺍﻟﻤﺪﻧﻴﺔ ﻓﻲ ﺍﻟﻮﻗﺖ ﺍﻟﺤﺎﺿﺮ. ﻭﻓﻲ ﻫﺬﺍ ﺍﻹﻁﺎﺭ، ﻳُﻌﺪ ّ ﺍﺳﺘﻐﻼﻝ ﺍﻟﻤﻨﺘﺠﺎﺕ ﺍﻟﺜﺎﻧﻮﻳﺔ ﺍﻟﺼﻨﺎﻋﻴﺔ ﻛﺒﺪﺍﺋﻞ ﺟﺰﺋﻴﺔ ﺃﻭ ﻛﻠﻴﺔ ﻟﻺﺳﻤﻨﺖ ﺍﻟﺒﻮﺭﺗﻼﻧﺪﻱ ﻣﻦ ﺍﻟﺤﻠﻮﻝ ﺍﻟﻮﺍﻋﺪﺓ ﻟﺘﻄﻮﻳﺮ ﻣﻮﺍﺩ ﺭﺍﺑﻄﺔ ﺃﻛﺜﺮ ﺍﺳ ﺘﺪﺍﻣﺔ، ﻣﻊ ﺍﻟﺤﺪ ﻣﻦ ﺍﻧﺒﻌﺎﺛﺎﺕ ﺛﺎﻧﻲ ﺃﻛﺴﻴﺪ ﺍﻟﻜﺮﺑﻮﻥ ﺍﻟﻨﺎﺗﺠﺔ ﻋﻦ ﺻﻨﺎﻋﺔ ﺍﻹﺳﻤﻨﺖ. ﻳﻨﺪﺭﺝ ﻫﺬﺍ ﺍﻟﻌﻤﻞ ﺿﻤﻦ ﻫﺬﺍ ﺍﻟﺘﻮﺟﻪ، ﺣﻴﺚ ﻳﻬﺪﻑ ﺇﻟﻰ ﺗﺤﺴﻴﻦ ﻧﻈﺎﻡ ﺗﻨﺸﻴﻂ ﻫﺠﻴﻦ ﻣﺨﺼﺺ ﻟﻠﻤﻮﺍﺩ ﺍﻟﺮﺍﺑﻄﺔ ﺍﻟﻐﻨﻴﺔ ﺑﺎﻟﻤﻨﺘﺠﺎﺕ ﺍﻟﺜﺎﻧﻮﻳﺔ ﺍﻟﺼﻨﺎﻋﻴﺔ. ﺗﺮﻛﺰ ﻫﺬﻩ ﺍﻟﺪﺭﺍﺳﺔ ﻋﻠﻰ ﺗﺜﻤﻴﻦ ﺧﺒﺚ ﺍﻷﻓﺮﺍﻥ ﺍﻟﻌﺎﻟﻴﺔ )ﺍﻟﺨﺒﺚ ﺍﻟﺤﺪﻳﺪﻱ ( ﻓﻲ ﺗﺤﻀﻴﺮ ﻣﻮﻧﺔ ﻣﻔﻌّﻠﺔ ﻗﻠﻮﻳﺎ ً . ﻭﻟﺘﺤﻘﻴﻖ ﺫﻟﻚ، ﺗﻢ ﺍﻋﺘﻤﺎﺩ ﻧﻈﺎﻡ ﺗﻨﺸﻴﻂ ﻫﺠﻴﻦ ﻳﺠﻤﻊ ﺑﻴﻦ ﺳﻴﻠﻴﻜﺎﺕ ﺍﻟﺼﻮﺩﻳﻮﻡ ﻭﺍﻟﺠﻴﺮ ﺍﻟﻤﻄﻔﺄ ﺑﻬﺪﻑ ﺗﻌﺰﻳﺰ ﺗﻔﺎﻋﻞ ﺍﻟﺨﺒﺚ ﻭﺗﺤﺴﻴﻦ ﺍﻟﺨﺼﺎﺋﺺ ﺍﻟﻤﻴﻜﺎﻧﻴﻜﻴﺔ ﻟﻠﻤﺎﺩﺓ. ﻭﻗﺪ ﺗﻢ ﺇﻋﺪﺍﺩ ﻋﺪﺓ ﺧﻠﻄﺎﺕ ﻭﺩﺭﺍﺳﺔ ﺧﺼﺎﺋﺼﻬﺎ ﻣﻦ ﺧﻼﻝ ﻣﺠﻤﻮﻋﺔ ﻣﻦ ﺍﻻﺧﺘﺒﺎﺭﺍﺕ ﺍﻟﻔﻴﺰﻳﺎﺋﻴﺔ ﻭﺍﻟﻤﻴﻜﺎﻧﻴﻜ ﻴﺔ، ﺷﻤﻠﺖ ﺍﻟﻜﺜﺎﻓﺔ ﺍﻟﺤﺠﻤﻴﺔ، ﻭﺍﻣﺘﺼﺎﺹ ﺍﻟﻤﺎء ﺑﺎﻟﻐﻤﺮ، ﻭﺍﻻﻧﻜﻤﺎﺵ، ﻭﺳﺮﻋﺔ ﺍﻧﺘﺸﺎﺭ ﺍﻟﻤﻮﺟﺎﺕ ﻓﻮﻕ ﺍﻟﺼﻮﺗﻴﺔ، ﻭﻣﻘﺎﻭﻣﺔ ﺍﻟﻀﻐﻂ، ﻭﻣﻘﺎﻭﻣﺔ ﺍﻻﻧﺤﻨﺎء. ﺃﻅﻬﺮﺕ ﺍﻟﻨﺘﺎﺋﺞ ﺃﻥ ﺃﺩﺍء ﺍﻟﻤﻮﻧﺔ ﻳﻌﺘﻤﺪ ﺑﺪﺭﺟﺔ ﻛﺒﻴﺮﺓ ﻋﻠﻰ ﺗﺮﻛﻴﺐ ﻧﻈﺎﻡ ﺍﻟﺘﻨﺸﻴﻂ ﺍﻟﻤﺴﺘﺨﺪﻡ. ﻓﻘﺪ ﺳﺎﻫﻢ ً ﺍﻟﺠﻤﻊ ﺑﻴﻦ ﺳﻴﻠﻴﻜﺎﺕ ﺍﻟﺼﻮﺩﻳﻮﻡ ﻭﺍﻟﺠﻴﺮ ﺍﻟﻤﻄﻔ ﺄ ﻓﻲ ﺗﺤﺴﻴﻦ ﺗﻔﺎﻋﻠﻴﺔ ﺍﻟﺨﺒﺚ ﻭﺗﻜﻮﻳﻦ ﺑﻨﻴﺔ ﺩﺍﺧﻠﻴﺔ ﺃﻛﺜﺮ ﺗﻤﺎﺳﻜﺎ ﻭﻛﺜﺎﻓﺔ. ﻛﻤﺎ ﺃﻅﻬﺮﺕ ﺑﻌﺾ ﺍﻟﺨﻠﻄﺎﺕ ﺧﺼﺎﺋﺺ ﻣﻴﻜﺎﻧﻴﻜﻴﺔ ﺃﻓﻀﻞ ﻭﻣﺆﺷﺮﺍﺕ ﻭﺍﻋﺪﺓ ﻣﻦ ﺣﻴﺚ ﺍﻟﻤﺘﺎﻧﺔ، ﻣﻤﺎ ﻳﺆﻛﺪ ﺃﻫﻤﻴﺔ ﺗﺤﺴﻴﻦ ﻧﺴﺐ ﻣﻜﻮﻧﺎﺕ ﺍﻟﻨﻈﺎﻡ ﺍﻟﻬﺠﻴﻦ. ﻭﺗﺆﻛﺪ ﻧﺘﺎﺋﺞ ﻫﺬﻩ ﺍﻟﺪﺭﺍﺳﺔ ﺍﻹﻣﻜﺎﻧﻴﺔ ﺍﻟﻜﺒﻴﺮﺓ ﻷﻧﻈﻤﺔ ً ﺍﻟﺘﻨﺸﻴﻂ ﺍﻟﻬﺠﻴﻨﺔ ﻓﻲ ﺗﺜﻤ ﻴﻦ ﺍﻟﻤﻨﺘﺠﺎﺕ ﺍﻟﺜﺎﻧﻮﻳﺔ ﺍﻟﺼﻨﺎﻋﻴﺔ ﻭﺍﺳﺘﺨﺪﺍﻣﻬﺎ ﻓﻲ ﻣﻮﺍﺩ ﺍﻟﺒﻨﺎء، ﻣﻤﺎ ﻳﺠﻌﻠﻬﺎ ﺑﺪﻳﻼ ﻭﺍﻋﺪﺍ ً ﻟﻠﻤﻮﺍﺩ ﺍﻟﺮﺍﺑﻄﺔ ﺍﻟﺘﻘﻠﻴﺪﻳﺔ ﻭﻳﺴﺎﻫﻢ ﻓﻲ ﺗﺤﻘﻴﻖ ﺗﻨﻤﻴﺔ ﺃﻛﺜﺮ ﺍﺳﺘﺪﺍﻣﺔ ﻓﻲ ﻗﻄﺎﻉ ﺍﻟﺒﻨﺎء ------------------------------------------------------------------------ La réduction de l’empreinte environnementale des matériaux de construction constitue aujourd’hui un enjeu majeur pour le secteur du génie civil. Dans cette perspective, l’utilisation de sous-produits industriels comme substituts au ciment Portland représente une voie prometteuse pour développer des liants plus durables tout en limitant les émissions de dioxyde de carbone associées à la fabrication du ciment. C’est dans ce contexte que s’inscrit le présent travail, consacré à l’optimisation d’un système hybride d’activation appliqué à des liants riches en sous-produits industriels.L’étude porte sur la valorisation du laitier de haut fourneau dans la formulation de mortiers activés alcalinement. Pour ce faire, un système hybride associant le silicate de sodium et la chaux éteinte a été utilisé afin de favoriser les réactions d’activation et le développement des propriétés mécaniques du matériau. Plusieurs formulations ont été élaborées et caractérisées à travers différents essais physiques et mécaniques, notamment la masse volumique, l’absorption d’eau par immersion, le retrait, la vitesse de propagation des ultrasons ainsi que les résistances à la compression et à la flexion.Les résultats obtenus montrent que les performances des mortiers dépendent fortement de la composition du système d’activation. L’association du silicate de sodium et de la chaux éteinte a permis d’améliorer la réactivité du laitier et de favoriser la formation d’une matrice plus compacte. Certaines formulations se sont distinguées par de meilleures résistances mécaniques et une durabilité accrue, mettant en évidence l’importance de l’optimisation des proportions des différents constituants.Les conclusions de cette étude confirment l’intérêt des systèmes hybrides d’activation pour la valorisation des sous-produits industriels dans les matériaux de construction. Cette approche constitue une alternative pertinente aux liants conventionnels et s’inscrit dans une démarche de développement durable visant à réduire l’impact environnemental du secteur de la construction.