Amélioration durable de la durabilité chimique et de la stabilité microstructurale des mortiers de ciment incorporant des fines d’agrégat recyclé traitées au silicate de sodium–fumée de silice

Pourquoi transformer l’ancien béton en nouveau est important

Partout dans le monde, les bâtiments démolis génèrent des montagnes de béton fragmenté. Une grande partie de ce matériau finit en décharge, alors qu’il contient du sable et des granulats réutilisables pour la construction. Le problème est que les particules fines issues du béton ancien rendent souvent les nouveaux mortiers plus faibles et plus vulnérables aux environnements agressifs, en particulier là où les réseaux d’égouts, l’industrie ou les sols salins attaquent les structures. Cette étude examine un traitement simple qui peut transformer ces particules recyclées problématiques en éléments de construction fiables, aidant les villes à construire de manière plus durable sans sacrifier la durabilité.

Des déchets de démolition au sable fin pour le bâtiment

Lorsque le béton ancien est concassé, il produit des fines d’agrégat recyclé — des grains de taille sable encore enrobés de résidus de pâte de ciment vieillie. Ces grains absorbent davantage d’eau et présentent de nombreux pores et microfissures. En conséquence, les mortiers fabriqués avec ces matériaux sont généralement plus perméables et moins résistants aux agressions acides et salines que les mortiers réalisés avec du sable fluvial naturel. Les auteurs ont voulu vérifier si un simple pré-trempage utilisant deux matériaux largement disponibles — le silicate de sodium (un « verre d’eau » liquide) et la fumée de silice (une poudre minérale ultrafine) — pouvait renforcer cette couche de pâte adhérente et améliorer le comportement des granulats recyclés dans de nouveaux mélanges.

Un bain simple qui bouche les pores

Les chercheurs ont collecté des déchets de construction et de démolition, les ont concassés et ont séparé la fraction fine. Ils ont ensuite trempé ces fines recyclées pendant 24 heures dans des solutions aqueuses contenant différentes doses de silicate de sodium et de fumée de silice. Après séchage, les particules traitées ont remplacé tout le sable dans des mortiers cimentaires standard, lesquels ont été moulés en petits cubes. Cinq mélanges ont été comparés : un avec du sable naturel, un avec des fines recyclées non traitées, et trois avec des fines recyclées traitées à des dosages chimiques croissants. Après prise, les cubes ont été immergés pendant des mois dans des solutions d’acide sulfurique concentré et de sulfate de magnésium — des conditions visant à reproduire des environnements sévères d’égouts et de sols riches en sulfates. À intervalles réguliers, l’équipe a mesuré la perte de masse, la résistance, l’absorption d’eau et la cohésion interne par ultrasons, et a examiné la microstructure avec des techniques d’imagerie et de spectroscopie avancées.

Résistance à l’acide et aux sels

Les fines recyclées non traitées ont donné les pires résultats sous attaque acide et sulfatique. Leurs mortiers ont perdu le plus de masse, subi les baisses de résistance les plus marquées, absorbé le plus d’eau et montré la plus grande diminution de la vitesse d’impulsion ultrasonore — signes de fissuration étendue et de dégradation interne. Les mortiers réalisés avec du sable naturel ont mieux résisté, mais ont néanmoins présenté une érosion de surface visible et un affaiblissement progressif. En revanche, les mortiers contenant des fines recyclées traitées ont systématiquement mieux résisté aux dommages. Le mélange trempé dans un bain de force moyenne, contenant 20 % de silicate de sodium et 2 % de fumée de silice, s’est distingué : en milieu acide il a perdu environ 40 % de masse en moins et conservé environ 30 % de résistance en plus que le mélange recyclé non traité, et en solution sulfatique il a de manière similaire limité la perte de masse et le déclin de résistance tout en maintenant des vitesses ultrasonores plus élevées.

Ce qui change à l’intérieur du matériau

Les analyses microscopiques et chimiques ont révélé pourquoi le traitement est efficace. Dans les mortiers recyclés non traités, les solutions agressives pénètrent facilement, dissolvant les composés riches en calcium et formant des cristaux expansifs de gypse et d’ettringite qui fragmentent la microstructure. Les images montraient des zones de contact poreuses autour des grains recyclés et des fissures étendues. Après traitement, la pâte attachée autour de chaque grain était nettement plus dense et mieux liée à la nouvelle pâte. La solution de silicate de sodium avait infiltré les pores et réagi avec le calcium pour former un gel liant additionnel, tandis que la fumée de silice avait consommé davantage de calcium libre pour constituer un réseau plus riche en silice, plus stable. Les analyses par rayons X et spectroscopie infrarouge ont confirmé une forte réduction des sous-produits nuisibles et que la phase principale liant restait plus intacte, même après exposition prolongée.

Une voie pratique vers un mortier plus vert et plus résistant

Pour un lecteur non spécialiste, la conclusion essentielle est qu’un simple trempage, peu énergivore, peut transformer des fines de béton recyclé problématiques en un ingrédient de haute performance pour de nouveaux mortiers. En scellant les pores et en réorientant la chimie du revêtement cimentaire ancien, le bain combiné silicate de sodium–fumée de silice permet à 100 % d’agrégat fin recyclé de rivaliser, et à certains égards de surpasser, le sable naturel dans des conditions chimiques très agressives. Cette approche offre une voie réaliste pour recycler davantage les déchets de démolition en matériaux de construction durables, réduisant la pression sur les ressources de sable fluvial tout en prolongeant la durée de vie des ouvrages en béton exposés à des environnements agressifs.

Citation: Shaju, A.C., Nagarajan, P., Sudhakumar, J. et al. Sustainable enhancement of chemical durability and microstructural stability in cement mortar incorporating sodium silicate–silica fume treated recycled fine aggregate. Sci Rep 16, 9380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40549-9

Mots-clés: béton recyclé, durabilité du ciment, construction durable, traitement des granulats, attaque acide et sulfatée