La relation ratio LS/CS‑performance dans les ciments hybrides activés par DG

Transformer les déchets industriels en ciment plus résistant et plus vert

Des montagnes de déchets issus des raffineries de métaux — des matériaux comme les laitier de lithium et de cuivre — s'accumulent dans le monde entier, menaçant la qualité des sols, de l'eau et de l'air. Cette étude explore une manière de transformer ces sous‑produits problématiques en ingrédients utiles pour le ciment, réduisant les déchets et l'empreinte environnementale de la construction sans sacrifier la résistance. En ajustant finement la façon dont différents laitier sont mélangés et en les « réveillant » doucement avec un additif doux, les chercheurs montrent que le béton peut être à la fois plus vert et suffisamment robuste pour une utilisation réelle.

Pourquoi ces déchets posent un problème croissant

La production de lithium pour les batteries et de cuivre pour les câbles génère d'énormes quantités de laitier résiduel pour chaque tonne de métal utile. Le laitier de lithium est riche en silice et en alumine, tandis que le laitier de cuivre contient beaucoup de fer et de silice mais très peu de chaux. Pris isolément, ces matériaux réagissent lentement dans le ciment et sont difficiles à utiliser efficacement. Parallèlement, le ciment Portland ordinaire, pilier du bâtiment moderne, est responsable d'une large part des émissions industrielles de carbone. Trouver un moyen d'incorporer ces laitier dans le ciment et de les faire durcir correctement sans produits chimiques agressifs pourrait alléger la pression environnementale tant sur les industries métallurgiques que cimenteuses.

Une poussée douce plutôt que des produits chimiques agressifs

L'équipe a conçu un liant hybride dans lequel 30 pour cent du ciment est remplacé par un mélange de laitier de lithium et de laitier de cuivre, tandis qu'une petite dose de gypse désulfuré — un sous‑produit du traitement des fumées des centrales électriques — joue le rôle d'activateur doux. Plutôt que d'utiliser de fortes alcalinités, corrosives et coûteuses, ils s'appuient sur cet environnement pauvre en alcalis et riche en sulfates pour inciter les poudres résiduelles à réagir. Le laitier de lithium est broyé très finement par mouture humide en billes, ce qui lui confère de minuscules particules pouvant servir de germes pour la croissance de nouveaux cristaux. Le laitier de cuivre, avec des grains plus gros et plus anguleux, aide à remplir les vides et apporte des composants riches en fer qui rejoignent ensuite le réseau durci.

Trouver le point optimal dans la formulation

Pour voir comment les variations de recette influent sur les performances, les chercheurs ont préparé plusieurs pâtes et mortiers avec différents ratios laitier‑de‑lithium / laitier‑de‑cuivre, tous au même niveau global de substitution. Ils ont mesuré l'ouvrabilité des mélanges frais, leur résistance à 3, 7 et 28 jours, et les types de cristaux et de gels formés à l'intérieur. Ils ont également utilisé des outils tels que la diffraction X, la spectroscopie infrarouge, la microscopie électronique et des essais d'intrusion de mercure pour sonder la structure interne et le réseau de pores. Un mélange en particulier — contenant 20 pour cent de laitier de cuivre et 10 pour cent de laitier de lithium — s'est démarqué. Après 28 jours, sa résistance à la compression atteignait plus de 95 pour cent de celle du ciment pur, et sa résistance en flexion était clairement supérieure aux formulations ne comportant qu'un seul type de laitier.

Comment les laitier agissent ensemble

Les données montrent que le laitier de lithium et le laitier de cuivre font davantage ensemble que chacun pris séparément. Le laitier de lithium consomme l'hydroxyde de calcium, un sous‑produit de l'hydratation du ciment, et contribue ainsi à la formation de gels liants supplémentaires riches en silice et en alumine. Ces gels favorisent aussi la réaction ultérieure des minéraux présents dans le laitier de cuivre, y compris des phases porteuses de fer qui se dégradent lentement et rejoignent le réseau durci. Parallèlement, les différentes tailles de particules du ciment, du laitier de lithium fin et du laitier de cuivre plus grossier permettent un empilement plus serré, laissant moins d'espace vide. Les mesures de porosité révèlent que la formulation optimisée déplace le matériau vers des pores plus petits et moins nocifs et une microstructure plus dense et plus complexe, ce qui est étroitement lié à une meilleure résistance et durabilité.

Ce que cela signifie pour les bâtiments futurs

En termes simples, l'étude montre que des mélanges soigneusement équilibrés de laitier de lithium et de laitier de cuivre, activés en douceur par du gypse désulfuré, peuvent remplacer une part significative du ciment traditionnel tout en produisant des matériaux de construction compacts et résistants. La meilleure formulation se rapproche presque du ciment standard en termes de résistance, améliore la densité interne et transforme des déchets industriels problématiques en ressource. Bien que des questions subsistent concernant le comportement très long terme et la résistance à des environnements sévères, ce travail indique une voie pratique vers un béton plus durable qui tire un meilleur parti de ce que l'industrie jette aujourd'hui.

Citation: Xiang, B., Zhang, Z., Yang, G. et al. The LS/CS ratio-performance relationship in DG-activated hybrid cements. Sci Rep 16, 8865 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38577-6

Mots-clés: ciment écologique, recyclage des déchets industriels, laitier de lithium, laitier de cuivre, béton durable