Perspective de gestion intelligente des déchets de COVID

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2904 (2023) Citer cet article

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Cet article présente une nouvelle méthode pour déterminer l'effet des bandes de matériaux de protection individuelle sains (HPPM), tels que les masques chirurgicaux, les combinaisons de protection et les couvre-chefs et couvre-pieds, sur la durabilité et les caractéristiques physico-mécaniques du béton utilisé dans les formes architecturales. En raison de l'épidémie mondiale actuelle causée par le coronavirus (COVID-19), l'utilisation de HPPM, tels que les masques chirurgicaux, les combinaisons de protection et les couvre-chefs et couvre-pieds, a considérablement augmenté. Les deuxième et troisième vagues de COVID-19 affectent actuellement divers pays, nécessitant l'utilisation de masques faciaux (FM). Par conséquent, des millions de FM simples ont été rejetées dans la nature, échouées sur les plages, flottant sous les mers et se retrouvant dans des endroits dangereux. L'effet des fibres de bande sur les caractéristiques physico-mécaniques du béton, telles que l'ouvrabilité, la résistance à la compression uniaxiale UCS, la résistance à la flexion, la résistance aux chocs, la résistance à l'écaillage, la résistance à l'abrasion, la sorptivité, l'absorption d'eau Sw, la porosité (ηe), la pénétration de l'eau, la perméabilité, et les aspects économiques et écologiques, doivent être déterminés. En mettant l'accent sur HPPM, en particulier les masques faciaux à usage unique, cette étude a étudié une manière innovante d'incorporer les déchets pandémiques dans les structures en béton. Un microscope électronique à balayage et des diagrammes de diffraction des rayons X ont été utilisés pour analyser les microstructures et les zones de transition interfaciales et pour identifier la composition élémentaire. Le HPPM a un effet de blocage des pores, ce qui réduit la perméabilité et la porosité capillaire. De plus, les meilleures concentrations de HPPM, en particulier de masques, ont été appliquées en volume à 0, 1, 1,5, 2,0 et 2,5 %. L'utilisation de fibres mélangées de différents HPPM a augmenté la résistance et la performance globale des échantillons de béton. La tendance à la force croissante a commencé à disparaître à environ 2 %. Les résultats de cette enquête ont montré que la teneur en rayures n'avait aucun effet sur la résistance à la compression. Cependant, la bande est essentielle pour déterminer la résistance à la flexion du béton. L'UCS a augmenté régulièrement entre 1 et 1,5 % avant de chuter légèrement à 2,5 %, ce qui indique que l'incorporation de HPPM dans le béton a eu un impact significatif sur l'UCS du mélange. L'ajout de HPPM aux mélanges a considérablement modifié le mode de rupture du béton de fragile à ductile. L'absorption d'eau dans le béton durci est réduite lorsque les bandes HPPM et les fibres ont été ajoutées séparément en fractions à faible volume au mélange de béton. Le béton contenant 2 % de fibres HPPM présentait le pourcentage d'absorption d'eau et de porosité le plus faible. Les fibres HPPM se sont avérées agir comme des ponts à travers les fissures, améliorant la capacité de transfert des matrices. D'un point de vue technologique et environnemental, cette étude a révélé que l'utilisation de fibres HPPM dans la production de béton est viable.

Le béton a une forte résistance à la compression mais une résistance à la traction dix fois supérieure à celle de l'acier. Il a également une propriété cassante, qui empêche la transmission des contraintes après la fissuration. Il est possible d'ajouter des fibres aux mélanges de béton pour éviter les ruptures fragiles et augmenter les qualités mécaniques. Les bandes de matériaux de protection individuelle sains (HPPM) sont des matériaux composites à base de ciment avec des fibres dispersées, telles que l'acier, le polymère, le polypropylène, le carbone et le verre1. La protection des barres d'acier contre la corrosion et l'attaque des sulfates, ainsi que contre l'infiltration d'eau et d'ions par les pores et les fissures, est liée à l'amélioration de la longévité du béton armé2. De ce fait, tant l'insertion de fibres que le remplacement du renfort traditionnel par des fibres sont favorables en termes de développement à long terme1. Le béton renforcé de fibres de polypropylène a été étudié expérimentalement par3. La résistance à la compression a légèrement diminué au cours de la période d'essai après l'ajout d'une bande de polypropylène à 3 % en volume, la réduction la plus significative étant de 10 %. La résistance à la traction par fendage s'est améliorée de 39 %, tandis que la résistance à la compression a diminué avec l'inclusion d'une bande de polypropylène à 1 % en volume.

Par rapport à la fibre de plus petite taille, les scientifiques ont découvert que l'augmentation de la quantité de fibre augmentait les résistances à la compression, à la traction et à la flexion de 10, 14 et 58 %, respectivement. De plus, sur la base des découvertes de 4, les fibres minces peuvent être une solution viable pour réduire la déformation au fluage. L'efficacité des fibres est déterminée non seulement par les paramètres énumérés ci-dessus, mais également par leur force de liaison au béton5. De plus, les fibres peuvent être frisées, torsadées, sinusoïdales ou crochetées pour améliorer leur surface de contact avec la matrice, et leurs empreintes peuvent être fibrillées (les extrémités se fendent lors du mélange). Les propriétés mécaniques des mélanges de béton sont également affectées par la forme des fibres6.

Xu et al.7 ont mené des expériences similaires sur du béton renforcé de fibres et ont découvert que lorsque la fibre de cellulose (CTF) était utilisée à des doses de 1,5 kg/m3, la résistance à la compression uniaxiale (UCS) du béton augmentait à 12 % ; cependant, lorsque la fibre d'alcool polyvinylique (PF) était utilisée à des doses d'environ 4,0 kg/m3, l'UCS du béton était réduite de 35 %. Lorsque le dosage a été augmenté à 2,0 kg/m3, la résistance à la traction par fendage du CTF a diminué de 23 %, tandis que celle du PF a diminué de 55 %. La résistance à la traction par fendage des fibres de polyoléfine est également dégradée. De plus, l'utilisation d'armatures fibrées dans le béton impose des contraintes spécifiques de composition d'enrobés ; par conséquent, il peut être nécessaire d'apporter des modifications8. Le nombre, la forme et l'élancement des fibres affectent la maniabilité du béton1,9,10,11. C'est un domaine d'utilisation prometteur, en particulier dans les zones métropolitaines où les conditions environnementales sont défavorables, les dommages causés par les conditions environnementales, l'abrasion des surfaces et le vandalisme. Cependant, les fibres HPPM sont plus couramment utilisées dans les applications architecturales. Plus précisément, les fibres HPPM sont particulièrement efficaces pour réduire les fractures de retrait plastique peu après la fabrication du béton, et elles améliorent considérablement son comportement après fissuration.

Kilmartin-Lynch et al.12 ont présenté une méthode innovante pour intégrer des masques faciaux à usage unique dans la production de béton. La méthode a examiné l'impact de l'ajout d'EPI sur l'amélioration des caractéristiques mécaniques du béton en utilisant du ciment et d'autres agrégats que l'on trouve fréquemment en Australie, ainsi qu'un réducteur d'eau, et en utilisant de rares quantités inférieures d'EPI (c'est-à-dire 0,10 %, 0,15 %, 0,20 % et 0,25 %).

Koniorczyk et al.13 ont utilisé le dosage recommandé de 1 masque pour 1 L de béton. Selon leurs conclusions, l'ajout de masques traités a amélioré la résistance à la compression (d'environ 5 %) et la résistance à la traction (d'environ 3 %).

Castellote et al.14 ont ajouté des masques chirurgicaux (WM) aux mortiers en quantités allant jusqu'à 5 % du poids de ciment. La caractérisation des aspects mécaniques et microstructuraux a été faite dans leurs travaux. Les résultats montrent que l'ajout de MW au ciment empêche une détérioration des qualités du matériau, y compris la résistance et la durabilité.

Les chercheurs ont identifié un certain nombre d'avantages à l'utilisation de HPPM dans les mélanges de béton, mais peu d'études ont été menées sur l'amélioration de la durabilité et des qualités techniques du béton utilisé dans les bâtiments. En raison du fort effet du HPPM sur le comportement du béton, plusieurs échantillons de laboratoire contenant divers pourcentages de HPPM ont été réalisés dans cette étude en utilisant le mélange standard de béton pour la fabrication architecturale.

L'objectif principal de cette étude était d'explorer si les masques faciaux à usage unique peuvent être recyclés et réutilisés pour réduire la quantité de déchets liés à la pandémie qui finissent dans les décharges ou jonchent les rues pendant cette crise. Nous avons étudié l'influence des fibres HPPM sur les propriétés physiques et mécaniques du béton et comment les fibres HPPM pourraient être employées dans un secteur d'application potentiel, comme les espaces publics. Il s'agit d'une étude interdisciplinaire qui implique à la fois l'ingénierie et l'architecture. Cette technique révolutionnaire permet d'appréhender ce sujet en intégrant différents domaines de connaissances et est remarquable car aucune étude antérieure n'a été publiée sur l'utilisation des fibres HPPM dans les lieux publics.

Le ciment Portland ordinaire de type I issu du ciment Najran (OPC) a été utilisé dans cette étude. Le poids spécifique du ciment était de 3,15 et il avait une finesse Blaine de 410 m2/kg. Les phases Bogue du ciment, selon le fabricant, étaient de 59 % C3S, 12,1 % C2S, 10,6 % C3A et 10,4 % C4AF. Les oxydes trouvés dans le ciment sont répertoriés dans le tableau 1.

Pour couler les échantillons de béton conformes à la norme ASTM C33/C33M-18, le granulat fin a été recueilli à partir de sable naturel d'une taille maximale de 4,75 mm, et le granulat grossier était de la pierre naturelle concassée d'une taille maximale de 20 mm. Les paramètres physiques des granulats sont présentés dans le tableau 2. Du sable grossier a été utilisé comme granulat fin dans les échantillons de béton, et des copeaux de pierre concassée conformes à la norme ASTM C33 ont été utilisés comme granulats grossiers. Le tableau 2 énumère les caractéristiques physiques de ces agrégats.

Les mélanges et la cure du béton ont été réalisés avec de l'eau potable du robinet. Le critère ASTM C1602/C1602M a été satisfait pour les propriétés de l'eau.

Les bandes de polypropylène (HPPM) utilisées dans cette étude sont disponibles dans le commerce, telles que les bandes de polypropylène des masques chirurgicaux, des combinaisons de protection et des couvre-chefs et des couvre-pieds, comme indiqué à la Fig. 1. Les bandes de polypropylène collectées des masques chirurgicaux, des combinaisons de protection et des les couvre-chefs et couvre-pieds ont les mêmes propriétés12,13,15. Étant donné que les bandes de polypropylène ont les mêmes propriétés, les différentes proportions de ces HPPM n'affecteront pas les résultats. Des fibres de polypropylène ont été mélangées au béton à raison de 2,5 % du volume total.

Protocoles d'expérimentation, coulage et cure du béton avec HPPM.

Les échantillons mélangés avec du HPPM découpé ont été analysés à l'aide de six combinaisons de béton dans des proportions de 0 % (mélange témoin), 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 % et 2,5 % en volume de béton (trois échantillons pour chaque mélange) . Ce choix est conforme aux études antérieures de3,7,16. Du ciment Najran avec une densité de 3,15 et une densité apparente de 1250-1650 kg/m3 a été utilisé tout au long des expériences, ainsi que des granulats grossiers d'une taille nominale de 20 mm et des granulats fins avec une densité de 2,63, qui ont été cuits au four. -séché pendant 48 h à 110 °C pour éliminer l'excès d'humidité. Le tableau 1 répertorie les paramètres du ciment utilisé. Les paramètres physiques du HPPM et des agrégats fins et grossiers sont répertoriés dans le tableau 2. Le HPPM nouveau et inutilisé a été utilisé dans cette étude pour limiter la transmission communautaire et le risque d'infection par le coronavirus. Le HPPM a été coupé en petits morceaux d'une longueur de 1 cm et d'une largeur de 1 cm (Fig. 1).

Le tableau 3 montre la conception du mélange utilisé pour couler les échantillons et les différentes quantités de HPPM. CM0 désigne un mélange témoin ne contenant pas de masques chirurgicaux, tandis que CM25 désigne un béton à une concentration de 2,5 % en volume.

Dans un malaxeur de référence, les échantillons de béton ont été préparés selon la norme ASTM C192M avec un rapport eau/ciment de 0,50. Aucun matériau ou adjuvant chimique supplémentaire n'a été utilisé dans cette étude. Les fibres HPPM ont été utilisées dans les proportions de 0,5, 1, 1,5, 2,0 et 2,5 % comme pourcentage supplémentaire. Le béton a été mélangé et placé dans divers moules (cubes, cylindres et prismes) pendant 24 h avant d'être démoulé et durci dans de l'eau du robinet propre et potable. Les échantillons de béton ont été durcis pendant 28 jours à température ambiante de 21 à 24 °C (Fig. 1).

Tous les matériaux secs ont été pesés puis mélangés dans une bétonnière pendant 3 minutes pour mélanger. Après 3 min de mélange avec de l'eau, les matières sèches ont été doucement ajoutées et combinées pendant encore 3 min. Après détachement du malaxeur, le béton a été coulé dans des moules cylindriques. Pour éviter l'adhérence du béton, les surfaces intérieures des moules assemblés ont été enduites d'une fine couche d'huile de moule. Pour permettre au béton de se déposer, des moules cylindriques ont été remplis de béton et placés sur une table vibrante pendant 20 s. Les moules ont été remplis de béton après les 20 premières s puis vibrés pendant 20 s supplémentaires pour s'assurer de l'absence de vides. La nouvelle surface de béton a été finie à l'aide d'une truelle en acier lisse. Les spécimens ont été retirés des moules après 24 h et immédiatement immergés dans de l'eau douce et propre pendant 28 j pour le test de résistance. La procédure a été effectuée pour chaque lot de béton. Des recherches antérieures 3, 16, 17 ont utilisé des procédures de moulage identiques (1).

Les tests de résistance à la compression, à la traction fendue et à la flexion ont été effectués en utilisant respectivement 18,19,20. Le test de résistance à la compression a été réalisé sur des éprouvettes cubiques de 100 × 100 × 100 mm3 (résultats corrigés à 15 * 15 cubes selon la norme ASTM C39/C39M-2118), tandis que le test fractionné a été réalisé sur des échantillons de 100 mm de diamètre et un hauteur de 200 mm et avait une résistance à la flexion de 100 mm de diamètre, 200 mm de hauteur, spécimens de prisme. Les spécimens de cube ont été pesés dans l'eau immédiatement après avoir été retirés du bassin d'eau à l'état sec de surface saturé et à l'état sec pour déterminer les densités d'échantillon. L'appareil d'essai de compression avait une force de 2000 kg par mètre carré. Trois échantillons de chaque configuration de mélange ont été inspectés pour les défauts avant d'être soumis à une force de 157 kN/min. Pour évaluer l'homogénéité et l'intégrité structurelle du béton HPPM fabriqué, des tests de vitesse d'impulsion (PV) non distractifs ont été effectués sur des échantillons de compression conformément à21. Ce test peut être utilisé pour évaluer la consistance et l'uniformité des échantillons de béton et pour évaluer les fissures et les vides qui ne sont pas visibles à la surface. Pour évaluer la porosité effective, deux à trois éprouvettes représentatives (de masses individuelles > 50 g) d'un échantillon ont été immergées dans l'eau d'un dessiccateur (e). Une pression de vide > 800 Pa (requise par 22) a été maintenue dans le dessiccateur pendant au moins 2 h pour saturer les échantillons. Les masses sèche (Mdry) et saturée (Msat) d'un échantillon et d'un échantillon saturé en suspension dans l'eau (Msus) ont été calculées. Pour calculer la porosité effective (e) et la masse volumique sèche (sec), les équations suivantes ont été utilisées :

où ηe = Porosité %, Msat : masse saturée, Mdry : masse sèche, MSSD : masse sèche superficielle saturée.

Après 28 jours de cure, les échantillons de béton ont été retirés de la cuve de cure et laissés sécher. Les sommets des échantillons cylindriques ont été meulés après séchage à l'air pour produire une surface de contact lisse avec l'engrenage de compression et d'essai, conformément à la norme ASTM C31/C31M-21. Le taux de chargement était de 0,34 MPa/s18.

Un microscope électronique à balayage Hitachi U8040 a été utilisé pour l'étude au microscope électronique à balayage (MEB). Les perméabilités aux liquides des éprouvettes durcies ont été déterminées selon 23. Un spécimen de cube de 150 mm a été utilisé pour le test de perméabilité. Avant de mesurer la perméabilité, l'échantillon a été durci pendant 28 jours. La figure 1 illustre la configuration expérimentale pour tous les tests.

Les bandes HPPM (polypropylène) ont été utilisées dans le béton comme matériaux d'amélioration résistants aux fissures. Le HPPM a été construit à partir de fibres de polypropylène plastique selon les instructions du fabricant. Il présente également une stabilité chimique et une résistance élevées. En volume, la teneur en fibres variait de 0,5 à 2,5 %. Les HPPM ont été coupés en petits morceaux de 1 cm de long et 1 cm de large. Les paramètres physiques de l'HPPM à usage unique sont répertoriés dans le tableau 4.

Les figures 2a, b montrent le masque facial et les diagrammes de diffraction des rayons X intégrés à la fibre HPPM. Les pics de diffraction de toutes les fibres ont été obtenus entre 10 et 30 degrés, comme le montre la figure 2b. Les pics obtenus à environ 14°, 17°, 18,6°, 21–22° et 28° sont similaires aux pics générés par le polypropylène. Tous les changements microstructuraux dans HPPM ont été observés en utilisant SEM. La couche HPPM (polypropylène) a été découpée en tranches de 10 mm × 10 mm et examinée à l'aide d'un SEM (Hitachi, TM3000) à un grossissement de 1000 fois. La figure 2c montre les changements structurels dans les fibres de polypropylène, tels que la fusion, la distorsion, l'enchevêtrement et la fissuration.

( a ) Image d'un masque facial à usage unique, ( b ) image XRD de fibres FM et ( c ) apparence de couches de masque facial sous microscopie électronique à balayage à 1000 × .

Les éprouvettes ont été étudiées par DRX pour déterminer l'influence de l'ajout de fibres HPPM aux mélanges de béton sur les changements de phase. La figure 3 montre les résultats du test HPPM à 2 % à 28 jours. Les phases cristallines de portlandite Ca(OH)2, de calcite Ca(CO)3 et de dioxyde de silicium (SiO2) sont les principaux pics. Les niveaux de Ca(CO)3 et Ca(OH)2 n'ont pas changé de manière appréciable lorsque des fibres HPPM ont été ajoutées. De même, lorsque les fibres ont été ajoutées, elles ont été observées à une intensité de 650. Ce phénomène démontre que les fibres sont incapables de participer aux processus chimiques. De plus, la présence de matériaux amorphes est indiquée par la forme convexe entre 2 thêta entre 16° et 36°.

Analyse XRD du béton avec 2% HPPM après 28 jours.

La figure 4 illustre les valeurs d'affaissement des mélanges de béton contenant diverses quantités de HPPM comme additif. Les valeurs d'affaissement devaient diminuer de façon linéaire à mesure que le pourcentage de HPPM ajouté au béton augmentait. Par rapport à l'affaissement de référence de l'échantillon de référence, les valeurs d'affaissement ont diminué d'environ 5 %, 13 %, 20 %, 30 % et 43 %, respectivement. La diminution de l'affaissement pourrait être attribuée à l'hétérogénéité et à la rugosité des particules HPP, ce qui pourrait diminuer la fluidité des mélanges ainsi que l'absorption élevée de HPPM (8,8 %), comme le montre la Fig. 4. En raison de la porosité élevée de HPPM (moy. 8,8 %) et une cohésion élevée entre le HPPM et la matrice de béton29, l'augmentation de la quantité de HPPM a entraîné des valeurs d'affaissement plus faibles. Le volume, la forme et l'élancement des fibres, ainsi que la composition du mélange, influencent la maniabilité du béton1,9,10,11. Lorsque la dose de fibres dépasse cette quantité critique, la probabilité de blocage ou de bouletage des fibres augmente, ce qui entraîne une répartition inégale des fibres et une plus grande réduction de la fluidité27.

Valeurs d'affaissement de différents pourcentages de HPPM.

Les valeurs UCS des échantillons sont présentées à la figure 5. Le mélange témoin de l'expérience avait un UCS à 28 jours de 448 kg/cm2, mais l'ajout de 2 % de HPPM déchiqueté en volume a produit les meilleurs résultats. Pour l'étude de mélange de contrôle, l'UCS a augmenté régulièrement entre 1 et 1,5 % avant de chuter légèrement à 2,5 %. Par rapport à l'échantillon témoin, des incréments de volume de 0,5, 1, 1,5 et 2 % ont entraîné des augmentations d'échantillon de 8,82, 11,05, 13,68 et 9,40 %, respectivement (Fig. 5). Les résultats ont montré que l'incorporation de HPPM dans le béton avait un impact significatif sur l'UCS du mélange. En 2020, Xu et al.7 ont rapporté des résultats similaires pour l'UCS, où l'ajout de différentes fibres plastiques a augmenté l'UCS au point où il a commencé à tomber. L'amélioration de l'UCS avec la teneur supplémentaire en fibres de polypropylène peut être liée à l'effet de restriction des fissures de la fibre, comme démontré dans des études antérieures30. Selon une étude by31, la tendance à la baisse à 2,5 % pourrait être due à la présence de vides à 2,5 % et à l'existence de liaisons interfaciales fragilisées entre le HPPM découpé et le ciment (2017).

Résistance à la compression renforcée par l'ajout de HPPM après 28 jours.

Lorsque la dose de fibres a été augmentée de 0 à 3 %, l'UCS a augmenté de 6 %32. L'ajout de HPPM aux mélanges a considérablement modifié le mode de rupture du béton de fragile à ductile, comme le montre la Fig. le test. Il a été découvert que les mélanges contenant de l'HPPM avaient des résistances à la compression plus faibles à un âge précoce ; cependant, après une période de durcissement plus longue, ils avaient des résistances à la compression plus élevées. Cela suggère que l'effet des fibres de pontage peut améliorer l'UCS du béton au fil du temps.

Mode de rupture des éprouvettes de béton sans HPPM sous (a) charge de compression (b–d), modifiant le mode de rupture du béton de fragile à ductile.

A 28 jours, un test aux ultrasons a été effectué sur des éprouvettes de béton cubiques saturées en eau de 150 mm pour évaluer le nombre de pores internes dans les éprouvettes. Ce test non destructif utilise des ondes réfléchies qui rayonnent entre les sondes pour évaluer la perméabilité d'un spécimen, selon21. Le test a été réalisé en croisant les deux faces de l'échantillon avec deux sondes de l'instrument. Le test PV est une méthode non destructive pour déterminer la consistance et l'efficacité du béton. Les fissures et les pores du béton sont également appelés PV33. Les essais non destructifs sont un bon moyen d'évaluer la qualité du béton. Les effets du test PV sont illustrés à la Fig. 7a. La PV a augmenté de manière constante à mesure que la teneur en HPPM en volume augmentait jusqu'à ce que le volume dépasse 2,0 %, après quoi il a diminué légèrement à 2,5 %, comme le montre la figure 7a. De même, pour UCS, le matériau HPPM avec un volume de 2,0 % a produit les meilleurs résultats. Selon34,35, le béton avec un résultat PV de plus de 4500 m/s est considéré comme exceptionnel avec une note de haute qualité. La qualité du béton a de nouveau diminué au seuil de 2,5 % de volume par rapport à l'éprouvette témoin de l'expérience ; quoi qu'il en soit, la qualité du béton s'est améliorée dans toutes les conceptions de mélange, signifiant des caractéristiques bénéfiques. Selon36, un béton de bonne qualité ne présente pas de vides ou de fissures importants dans les plages mentionnées ; par conséquent, comme le montrent les recherches de37, l'utilisation de masques faciaux déchiquetés a réduit le nombre de microfissures dans le béton, améliorant ainsi la qualité globale du béton. L'absence de vides ou de fissures peut compromettre l'intégrité structurale du béton dans les limites susmentionnées. En raison d'une augmentation de la teneur en vides et donc de la porosité avec une augmentation de la fibre, les valeurs PV ont tendance à chuter au-delà d'une composition de fibres de 2,5 %. Selon le BIS, les valeurs de vitesse d'impulsion ultrasonore (UPV) variaient entre 3,8 et 4,04 km/s, indiquant que la qualité du béton est bonne38. Le HPPM a été ajouté à l'équation, ce qui a augmenté les valeurs UPV jusqu'à une fraction volumique particulière. Cependant, comme prévu, l'augmentation de la teneur en bandes HPPM a entraîné des valeurs UPV plus faibles. On pense que cette diminution du changement de vitesse est due à l'existence de vides et de microfissures dans les échantillons de béton, qui réduisent l'homogénéité à des fractions volumiques de fibres plus élevées. Pour les spécimens contenant HPPM à n'importe quel %, des valeurs UPV allant de 4200 à 4600 m/s ont été découvertes, et elles ont été considérées comme du béton de bonne qualité.

(a) Résultats de la vitesse de l'onde P après 28 jours et (b) la relation entre UCS et PV pour le béton contenant du HPPM.

Les valeurs UPV sont liées à leur résistance à la compression du cube correspondant. La relation entre les valeurs UCS et UPV des mélanges de béton contenant des fibres HPPM est forte, comme le montre la figure 7b. Une méthode de régression de puissance a été utilisée pour corréler les résultats expérimentaux, avec une valeur R2 de 0,872 pour tous les échantillons, indiquant un niveau élevé de confiance dans l'association.

Les résultats de sorptivité (S) sont présentés à la Fig. 8. Lorsque le béton fibré est comparé au béton ordinaire, S, qui est une mesure de la durabilité du béton, est plus faible. Il est possible que la perte de connexion dans l'espace poreux soit causée par la porosité de la porosité de remplissage des fibres HPPM39. Le minimum S pour 2 % HPPM est de 2,55(106) m/s, tandis que la valeur maximale pour 2,5 % HPPM est de 3,46 m/s. De plus, tous les bétons HPPM avaient un S inférieur à celui du mélange témoin, malgré le fait que la valeur élevée pour 2,5 % HPPM était similaire à un mélange avec une porosité considérable. Ce résultat démontre la réduction considérable de la conductivité capillaire et interne des pores lorsque des fibres HPPM sont utilisées, et il confirme tous les autres résultats de durabilité de cette étude.

Amélioration de la sorptivité en ajoutant HPPM après 28 jours.

Le FS de l'UCS et du PV suit un schéma similaire, avec une augmentation jusqu'à 2 % de la teneur en fibres HPPM, puis une réduction à mesure que le nombre de fibres augmente. Les résultats présentés dans ce graphique (Fig. 9) indiquent que, comme pour la résistance à la traction, la résistance à la flexion du béton augmentait à mesure que la concentration de HPPM augmentait. Par rapport au mélange témoin, les échantillons avec HPPM de 0,5, 1, 1,5, 2 et 2,5 % avaient un FS de 17,8, 24, 27,5, 33,4 et 1,6 %, respectivement. De plus, HPPM joue un rôle vital dans le développement de FS, en particulier après une durée de durcissement à l'eau plus longue. L'effet global du HPPM semble être orienté vers l'augmentation de FS, comme en témoigne l'augmentation de 33,4 % du FS du béton avec 2,0 % de HPPM. La diminution de FS à mesure que la teneur en fibres augmente peut être attribuée au fait que les vides dans la matrice se développent lorsque 2,5 % de fibres HPPM sont ajoutées à la matrice. Lors de l'application de HPPM au béton durable, le FS de l'échantillon a été considérablement augmenté. En conséquence, d'autres améliorations du FS peuvent être réalisées en introduisant un HPPM avec une forme géométrique optimisée pour créer un meilleur FS concret. L'adoption de fibres améliorées mécaniquement avec une force de liaison accrue devrait se traduire par un béton structurel plus résilient capable de produire des capacités résiduelles plus importantes à la suite des développements dans le traitement HPPM recyclé.

(a) Les fibres croisant les fissures dans la zone de tension des spécimens ont provoqué une augmentation de la résistance à la flexion (b) amélioration du FS après 28 jours après l'ajout du 2% HPPM (c) Influence de l'incorporation de HPPM sur la résistance à la flexion.

Les fibres croisant les fissures dans la zone de tension des éprouvettes ont provoqué une augmentation du FS. Les fibres HPPM fléchissent pour maintenir la séparation de la face de la fissure, offrant une plus grande capacité d'absorption d'énergie et relaxant la zone microfissurée adjacente à la pointe de la fissure (Fig. 9a, b). Cela pourrait être causé par la diminution de l'ouvrabilité du béton à des fractions volumiques plus importantes dans les mélanges. Les valeurs FS enregistrées des faisceaux prismatiques sont illustrées à la Fig. 9c.

En ce qui concerne le nombre de coups nécessaires pour provoquer l'effondrement de l'échantillon de béton, les MI du béton ont été étudiés pour différentes fractions volumiques de fibres HPPM. Le PPF améliore la résistance aux chocs du béton40. L'ajout de seulement 1 % de micro PPF a augmenté le nombre de coups jusqu'à l'échec de près de trois fois41. Le nombre de coups à la première fissure a été évalué à 76, 35, 546, 654, 987 et 698 % pour 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 % et 2,5 % de HPPM, respectivement, lorsque HPPM a été ajouté aux mélanges de béton. De plus, avec 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 % et 2,5 % de HPPM, le nombre de frappes nécessaires pour détruire l'échantillon a augmenté respectivement de 3,0, 3,3 et 4,8 fois (Fig. 10). Ces résultats sont cohérents avec42, qui a constaté que le nombre de coups pour rupture est passé de 76 (100%) pour le béton ordinaire à 355 (367,105%), 546 (618,421%), 654 (760,526%) 987(1198,68%), et 689 (818,421 %) pour le béton avec des fibres HPPM égales à 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 % et 2,5 %, respectivement, pour le béton avec des fibres HPPM égales au contrôle du mélange (Fig. 10).

Influence de l'incorporation de HPPM sur la résistance aux chocs.

De plus, par rapport au béton sans fibres, la proportion d'écaillage pour le PPFRC est plus faible43. Cela est dû aux progrès de la protection contre les incendies. Le HPPM fond à 160 °C, alors que l'écaillage se produit à 190 °C44. En conséquence, à mesure que les fibres fondent, des canaux vides émergent et une nouvelle voie est générée pour que le gaz s'échappe. Simultanément, il abaisse la pression interstitielle interne. Ces résultats ont également été confirmés par45,46 et d'autres. Enfin, le HPPM a considérablement amélioré la résistance au feu du béton.

L'utilisation de fibres HPPM améliore la résistance à l'abrasion du béton. Horszczaruk47 a démontré qu'après avoir inclus 0,9 kg/m3 de fibres, la profondeur moyenne d'usure du HPPM passait de 29 à 42 % par rapport à celle du béton ordinaire. L'augmentation de la résistance à l'abrasion des bétons contenant 0, 0,5, 1, 1,5, 2 et 2,5 % de HPPM fibrillé variait de 6,4, 5,7, 4,9, 3,7 à 4,6 %, selon le rapport eau/ciment48.

Ce phénomène peut s'expliquer par le fait que l'incorporation de fibres HPPM dans le béton inhibe la création de fissures et diminue efficacement sa tendance intrinsèque à la fissuration. De plus, l'effet de blocage des pores des fibres HPPM entraîne un plus grand détachement des structures des pores du béton durci, ce qui réduit la porosité capillaire et la pénétration d'eau dans le béton. De plus, la résistance à l'abrasion du HPPM s'est améliorée. En ce qui concerne la résistance aux dommages par abrasion, les fibres HPPM ont surperformé le béton témoin (Fig. 11).

Amélioration de la résistance à l'abrasion 28 jours après l'ajout du HPPM.

La résistance du béton à l'intrusion d'ions hostiles est un autre facteur important qui influence sa durabilité. La porosité du béton est indirectement représentée par ses caractéristiques d'absorption, qui fournissent des informations utiles sur le volume des pores perméables dans le béton et la connectivité entre ces pores49. Le pourcentage de Sw est une mesure du volume poreux ou n du béton après durcissement, et c'est l'un des facteurs fondamentaux de la durabilité du béton.

En ce qui concerne l'absorption d'eau, de nombreuses études ont montré que le HPPM absorbe moins d'eau que le béton ordinaire. Selon 50, le béton ordinaire absorbe 1,52 % d'eau, tandis que le béton contenant 1,5, 3,0 ou 4,5 % de PPF absorbe respectivement 39, 46 ou 49 % d'eau. De même, en 51, l'absorption d'eau a été réduite d'environ 45 %, passant de 2,481 à 1,366 %. Le PPFRC a absorbé 24,7 % d'eau en moins que le béton sans fibres lors d'essais antérieurs52. Cela pourrait être dû à l'action des fibres, limitant au minimum le nombre de fissures. Les fibres, cependant, ont montré dans certains tests qu'elles avaient un impact négatif sur l'absorbabilité.

Nos résultats montrent que l'injection de HPPM dans le béton réduit considérablement son Sw. Par rapport aux valeurs respectives obtenues à partir des mélanges de béton témoins, l'absorption d'eau des mélanges de béton avec 0, 0,5, 1, 1,5, 2 et 2,5 % HPPM a diminué de 25 % et 36 %, respectivement. Les résultats du béton renforcé de fibres de polypropylène HPPM montrent que les fibres HPPM réduisent favorablement l'absorption d'eau du béton. Comme le montre la figure 12a, l'augmentation de la teneur en fibres a entraîné une plus grande réduction de l'absorption d'eau. En conséquence, parmi tous les bétons renforcés de fibres HPPM évalués dans cette étude, la combinaison contenant 2 % de fibres HPPM présentait la plus faible absorption d'eau. L'ajout de fibres au béton offre de nombreux avantages, mais il entraîne également une augmentation de l'épaisseur de la zone de transition dans les bétons hybrides renforcés de fibres.

Influence du HPPM sur (a) l'absorption d'eau (Sw) et (b) la porosité (n) comme indiqué dans des études sélectionnées.

L'influence du HPPM sur la porosité ne peut pas être clairement mesurée, comme le montre la figure 12b. L'ouvrabilité est influencée par un certain nombre de facteurs, dont l'un est la distribution des fibres dans le mélange et le niveau de porosité. Des études ont montré que lorsque le dosage en fibres augmente, la porosité augmente53. La porosité peut diminuer lorsque l'ajout de fibres est limité à une quantité inférieure, puis elle peut augmenter à nouveau avec des ajouts de fibres plus importants, comme indiqué précédemment54. Les porosités du béton avec 0, 0,5, 1, 1,5, 2 et 2,5 % HPPM étaient de 4,9, 4,3, 5,2, 3,6, 4,3 et 5,5 %, respectivement, dans cette étude. Un résumé de l'effet de l'incorporation de fibres HPPM sur la porosité du béton est fourni à la Fig. 12b. L'ajout de plus de 2,5 % de fibres HPPM au béton a entraîné une augmentation de l'épaisseur de la zone de transition et de n et donc un Sw plus élevé. L'augmentation de la porosité pourrait être due à un mauvais compactage, ce qui pourrait entraîner davantage de microfissures, de fibres non retenues, de fissures et une mauvaise liaison fibre-matrice55.

En raison de l'action de blocage des pores des fibres HPPM, toutes les profondeurs de pénétration de l'eau pour HPPM étaient inférieures à celles du mélange témoin. Ces constatations confirment l'exactitude des résultats du HPPM.

L'échantillon contenant 2 % de fibres HPPM avait une profondeur minimale de pénétration de 7,4 mm, soit 38,33 % de moins que celle du mélange témoin. La diminution de la profondeur de pénétration de l'eau dans le HPPM, puis l'augmentation (11,6 à 2,5 %) pourraient être attribuées à une augmentation de « n » à mesure que la teneur en fibres du HPPM augmentait. En fait, la diminution de 2 % de la profondeur de l'eau est très probablement attribuable au blocage des pores et à la diminution de la porosité capillaire. Ce résultat corrobore les résultats d'autres tests de durabilité présentés dans cette étude. La figure 13 montre la profondeur de pénétration de l'eau à 28 jours.

Profondeur de pénétration de l'eau par rapport à la teneur en fibres HPPM après 28 jours.

De plus, l'effet des fibres HPPM sur la perméabilité n'est pas bien compris. 3 ont constaté que l'ajout de PPF au béton augmentait à la fois la perméabilité à l'eau et au gaz. Hager et al.56 ont rapporté une constatation similaire. De nombreuses études, d'autre part, ont découvert que les fibres ont un effet favorable sur la perméabilité. Selon 57, l'ajout de PPF au béton réduit la durée de perméabilité à l'eau. De même, les échantillons avec fibres ont montré une moins bonne perméabilité que les échantillons sans fibres58. Des études ont également montré que la perméabilité diminue lorsque le volume des fibres augmente jusqu'à un certain point, puis augmente, et dépasse parfois celui du béton ordinaire59. Cela est généralement dû à un manque de maniabilité et à une quantité excessive de fibres dans le mélange.

La présence de fibres HPPM dans le béton réduit la probabilité de rupture du béton en limitant la formation de fissures. Les fibres provoquent également une plus grande séparation des structures des pores du béton durci, ce qui entraîne une porosité capillaire et une pénétration de l'eau dans le béton plus faibles.

La microstructure des fibres HPPM avec des fractions volumiques de 0, 5, 1, 1, 5, 2 et 2, 5% a été examinée à l'aide d'un SEM pour évaluer les caractéristiques de liaison du mélange. Les figures 14a, b illustrent l'interface fibre-matrice HPPM d'un composite de béton comprenant des fibres HPPM et un pontage de fibres après une fracture. Les résultats des essais de compression et de flexion sur le béton incorporé avec des fibres HPPM ont montré que l'interface fibre-matrice était plus forte et que la liaison fibre-matrice était plus forte.

Images MEB de béton avec fibres HPPM. (a) Cubes avec différents pourcentages de HPPM, (b–f) 0,5, 1, 1,5, 2 et 2,5 % de fibres HPPM.

Un autre inconvénient du béton est qu'il se brise presque immédiatement après avoir été coulé et avant qu'il ne soit complètement pris. Ces fissures sont une source clé de faiblesse du béton, en particulier dans les applications de chantier à grande échelle, provoquant des fractures et des ruptures, ainsi qu'un manque général de résilience60. Le renforcement traditionnel et, dans une moindre mesure, l'utilisation d'une quantité appropriée de fibres particulières aideront à surmonter la faiblesse de la tension61. La microstructure du béton HPPM avec une fraction volumique de 2% de HPPM a été étudiée à l'aide d'un SEM pour évaluer les caractéristiques de liaison de HPPM dans le mélange. Les microstructures à 0, 5, 1 et 1, 5% de la surface HPPM et de la matrice de ciment hydraté après la rupture de l'échantillon de béton sont illustrées aux Fig. 14b – d, respectivement. La surface du HPPM a été recouverte d'une matrice de ciment densément hydratée, comme le montre la Fig. 14b – d. Cet événement montre que le HPPM et la matrice de ciment humide formaient une forte connexion.

Le HPPM et la matrice de ciment avaient une forte connexion interfaciale, comme le montre la figure 14e. Cette liaison était importante pour réduire la taille et le nombre de fissures, ce qui a entraîné une augmentation de 2 % de la résistance HPPM. L'activité de pontage des fibres, sur laquelle les fibres de pontage ont partiellement transféré la contrainte à travers la fissure, pourrait également expliquer l'amélioration des performances en flexion du béton contenant du HPPM. Des résultats similaires ont été rapportés par30, qui ont découvert que l'ajout de polypropylène au béton augmentait considérablement sa résistance à la flexion.

À 2 % de fibres HPPM, les valeurs de résistance à la compression les plus élevées ont été atteintes. Les augmentations d'UCS les plus élevées mesurées à 1,5 % et 2 % HPPM étaient de 13,6 % et 9,40 %, respectivement. Par conséquent, il est raisonnable de conclure que les rayures ont un effet significatif sur la résistance à la compression. Selon ces résultats, les bandes HPPM ont un effet considérable sur les valeurs UCS par rapport à celles du béton témoin. La grande finesse et la longueur variable des fibres des bandes HPPM discontinues forment un réseau qui fonctionne comme un pont, empêchant la microfracture de se propager davantage. Lorsque le niveau de rayures HPPM était plus élevé (2,5 %), cependant, les rayures de fibres étaient dispersées de manière inégale dans le béton en raison d'une mauvaise maniabilité et d'un malaxage. En conséquence, ces masses de fibres se sont rassemblées pour générer des emplacements plus faibles (Fig. 14f).

Après le test de flexion, les fibres ont fonctionné comme un élément de pontage, transférant efficacement la charge de la matrice aux fibres HPPM, leur permettant de supporter la charge supplémentaire et entraînant une augmentation de l'UCS et du FS par rapport à ceux du témoin. béton. La taille et la forme des fibres de polypropylène ont affecté l'augmentation de la résistance à la flexion du béton. De plus, en raison du rapport e/c effectif plus faible, les valeurs de traction par fendage et de FS étaient relativement élevées, avec des augmentations de 17,8, 24, 27,5, 33,4 et 1,6 % de FS à 0,5, 1, 1,5, 2 et 2,5. % HPPM, respectivement, par rapport à ceux des échantillons témoins. Dans une matrice de ciment en bandes dispersées, les concentrations de contraintes ne sont pas uniformes sur la longueur de la fibre.

La combinaison de bandes HPPM et de fibres est un facteur qui améliore le FS. Les bandes HPPM se sont fléchies pour maintenir la face de fracture séparée, offrant une plus grande capacité d'absorption d'énergie tout en relaxant la zone microfissurée adjacente à la pointe de la fissure. Cependant, une teneur en fibres plus élevée (2,5 % HPPM) a entraîné une réduction de FS (Fig. 14f). Cela pourrait être causé par la diminution de l'ouvrabilité du béton à des fractions volumiques plus importantes dans les mélanges. Un compactage inadéquat, davantage de micro-fissures, des fibres et des fissures incontrôlées et une mauvaise liaison fibre-matrice pourraient tous contribuer à l'augmentation de la perméabilité et de la porosité. Le HPPM agit comme un renforcement tridimensionnel, comblant les fissures et empêchant la croissance et l'élargissement62. Il est important de noter que les fissures ne nuisent pas à la construction ou à l'entretien si elles ne dépassent pas une taille particulière. Lorsque le béton passe d'un état plastique à un état solide et que le module de Young du béton dépasse le module de Young des fibres, les micro HPPM ne sont plus considérés comme jouant un rôle significatif. De plus, dans une étude antérieure63, la zone de fissuration dans le béton avec 0,5 % de PPF a été réduite de 99 %. Le PPF empêche la formation de fissures non seulement contre le retrait plastique mais aussi contre le retrait de séchage11,63.

Cependant, comme le montre la figure 14f, 2,5 % de HPPM avait une porosité plus élevée, ce qui rendait l'échantillon non homogène. De plus, les fibres HPPM ont un effet de pontage, ce qui peut entraîner une augmentation des résistances à la compression et à la flexion. En réalité, une perméabilité plus faible et une porosité capillaire sont étroitement liées. On peut en déduire que les vides dans le HPPM à 2,5 %, qui sont supérieurs à ceux du HPPM à 2 %, sont dus aux fibres de HPPM emprisonnant l'air dans le mélange. De plus, les rayures et les fibres HPPM peuvent agir comme un liant sur toutes les fibres et s'agréger dans cette micrographie, provoquant potentiellement un blocage des pores et une diminution de la perméabilité. En réalité, une perméabilité plus faible et une porosité capillaire sont étroitement liées. Les vides dans le HPPM à 2,5 %, qui sont plus nombreux que ceux dans le HPPM à 2 %, sont probablement causés par des fibres qui ont emprisonné de l'air dans le mélange.

Certains chercheurs ont récemment mis l'accent sur l'effet des fissures sur la perméabilité du béton64 et ont étudié l'effet de la largeur de fracture sur la perméabilité du béton dans un cadre expérimental. Shin et al.65 ont étudié l'influence de la perméabilité du béton sur le type de fracture, la largeur des fissures et la hauteur d'eau. Yang et al.66 ont utilisé la tomodensitométrie pour surveiller les paramètres de transport de l'eau du béton fissuré et ont indiqué que la morphologie et la tortuosité des fractures devraient être étudiées dans les recherches futures.

Le rôle principal du HPPM dans la construction en béton est illustré à la Fig. 15. Comme indiqué, les contraintes résultant du retrait plastique dépassent la résistance du béton dans les premières heures de son âge, lorsque la résistance et le module de Young sont assez faibles. En conséquence, des fissures de retrait se forment. La formation de fissures est ralentie par un nombre élevé de HPPM également dispersés, qui réduisent la largeur des fissures de deux ordres de grandeur5. Il convient de noter que les fissures ne nuisent pas à la construction ou à l'entretien si elles ne dépassent pas une taille particulière. Lorsque le béton passe d'un état plastique à un état solide et que le module de Young du béton dépasse le module de Young des fibres, les micro HPPM ne jouent plus un rôle significatif. Dans cette étude, les échantillons de béton sans fibres avaient une zone de rupture de 1743 mm2 dans l'étude67, tandis que ceux contenant 0,5 et 1,0 % de PPF avaient des zones de fissuration de 992 et 99 mm2, respectivement. Selon cette étude, la présence de HPPM augmente la résistance au retrait de séchage du béton.

Représentation schématique du mécanisme de pontage formé par HPPM à 2% de fibres dont ils agissent comme. Activité de pontage de fissures pendant la panne.

L'ajout de fibres macro HPPM peut modifier la forme de la fracture en fonction des données physiques et mécaniques susmentionnées. Ce comportement peut être attribué aux fibres de macro polypropylène, qui sont dispersées de manière stochastique dans la matrice, empêchant la fracture de la matrice de se propager sans étirer et décoller les fibres, entraînant une déviation de la voie d'extension des fissures. Lorsque l'on compare des spécimens de fibres HPPM à des échantillons de béton témoin, les spécimens avec un dosage de fibres de 2,5 % ont montré l'augmentation la plus significative de la morphologie des fissures.

L'utilisation de fibres provenant de diverses matières premières est efficace pour contrôler la formation de fissures sur les surfaces de béton exposées causées par le retrait de séchage au jeune âge37. Parce qu'ils ont limité les mouvements du micro-niveau dans le béton en pontant et en cousant les fractures fines, le PPF dans le béton diminue le retrait de séchage et la fissuration précoce5. L'effet du HPPM sur le comportement de fracture de la matrice peut être divisé en deux catégories. Tout d'abord, l'ajout de fibres HPPM réduit la contrainte maximale ainsi que le module d'élasticité des mélanges. Deuxièmement, après la rupture de la face de la fissure de pontage des grains, la contrainte peut être transférée via des fissures à travers l'intersection des fibres et des fissures. L'activité de pontage des fissures entraîne une augmentation de la ductilité dans le béton renforcé de fibres HPPM (Fig. 15).

Dans le secteur de la construction d'aujourd'hui, les questions de sensibilité et de matériaux respectueux de l'environnement sont vivement débattues12,13,14,68,69. Les concentrations de CO2 dans l'environnement ont augmenté de 50 % au XXIe siècle2. La fabrication du béton représente 2 à 3 % de la demande énergétique annuelle et 8 à 9 % des émissions totales de CO2 dans l'atmosphère70. Par conséquent, l'industrie de la construction fait face à un nouveau défi : fabriquer des structures de béton qui respectent les normes environnementales tout en étant plus durables. La protection des barres d'acier contre la corrosion et l'attaque des sulfates améliore la longévité du béton armé, permettant à l'eau et aux ions de pénétrer à travers les fissures et les pores2. Le retrait plastique à un âge précoce est largement reconnu comme l'une des principales causes de fissures dans le béton. En conséquence, le concept d'inclusion de fibres HPPM semble être très utile en termes de développement à long terme. Ali et al.71 ont mené une étude comparative du béton ordinaire et du béton contenant divers types de fibres, dont l'acier, le verre et le PP. Il a été découvert que la fabrication du PPF produisait respectivement 30 et 9 % de CO2 en moins que l'acier et les fibres de verre. Les enjeux environnementaux et économiques associés aux chaussées réalisées à partir des différents bétons décrits ci-dessus ont été évalués. De plus, selon la dose de fibres, les émissions de carbone par m2 de chaussée ont été réduites de 13 à 18 %. L'épaisseur de la chaussée en béton a été réduite de 18 % dans une autre étude72 grâce à l'utilisation de PPF. La pandémie de COVID-19 a provoqué une crise mondiale avec des conséquences sociales, économiques et environnementales73. La gestion inappropriée du HPPM usé est une autre voie plausible de transmission de la COVID-19. Le présent travail encourage les scientifiques à exprimer leurs préoccupations aux gouvernements à tous les niveaux concernant l'importance de la mise en œuvre de mesures appropriées de gestion des déchets solides, telles que HPPM, pour empêcher la propagation du nouveau coronavirus. Avec 50 % de sa population, l'Arabie saoudite est le pays le plus peuplé de la péninsule arabique. À ce jour, il y a eu 417 363 cas de coronavirus et 6957 décès. Un total de 375 831 $ a été récupéré (www.worldometers.info). Comme indiqué précédemment, l'application principale du béton fibré est dans la construction d'éléments structuraux. La perspective d'employer un tel béton pour construire des formes architecturales est rarement envisagée. Les espaces publics sont l'un des champs d'application de l'architecture. Les espaces publics ouverts sont l'un des aspects les plus importants de la vie urbaine74, et leur attractivité affecte la façon dont les gens perçoivent la ville. De plus, par conséquent, les villes sont perçues comme agréables et invitantes pour les gens. Les bandes HPPM peuvent être utilisées pour produire des formes architecturales dans les espaces publics, tels que les trottoirs décoratifs dans les centres scientifiques, les centres commerciaux, les toilettes, les promenades, les zoos et les jardins, les gares routières, les aires de stationnement, les terminaux de ferry, les rochers, les plages, les paysages, les portes environs et skateparks. Enfin, les caractéristiques des matériaux utilisés dans ces espaces doivent être prises en compte.

Diverses méthodes efficaces de nettoyage des HPPM collectées sont actuellement utilisées pour convaincre l'industrie de la construction d'utiliser des masques et autres déchets d'EPI sans risque de transmission de maladies. Ces techniques sont les suivantes :

Pour aider à faire face aux contraintes d'approvisionnement causées par la pandémie de COVID-19, la FDA aux États-Unis a approuvé le peroxyde d'hydrogène en vapeur (VH2O2) pour la décontamination à haut débit des EPI, seul ou en combinaison avec l'ozone.

Les techniques de décontamination UVC, en particulier celles qui utilisent cette longueur d'onde, peuvent également être utilisées comme méthode potentielle de décontamination HPPM. D'autres technologies UV sont également utilisées pour éviter l'harmonisation des processus.

Le chauffage humide à 60–70 ° C pendant 60 min en conjonction avec une humidité élevée est une technologie de décontamination viable pour HPPM car il offre une évolutivité et un traitement à haut débit. Pour décontaminer les EPI, la vapeur générée par micro-ondes serait inefficace.

Les méthodes d'irradiation physique telles que l'oxyde d'éthylène, les faisceaux d'électrons et le rayonnement gamma sont inutiles pour le recyclage du HPPM75.

Les matériaux utilisés dans les études antérieures ont varié en taille et en rapport longueur/largeur. Kilmartin-Lynch et al.12 ont utilisé de minuscules morceaux mesurant 2 cm de longueur et 0,5 cm de largeur. Koniorczyk et al.13 ont utilisé des échantillons de 0,5 cm de long et 0,4 cm de large, tandis que Ran et al.15 ont utilisé des échantillons de 2 cm de long et 0,4 cm de large. Dans cet article, le HPPM a été découpé en petits morceaux d'une longueur de 1 cm et d'une largeur de 1 cm. La portée de ce travail n'inclut pas l'effet de taille et l'effet du rapport longueur/largeur, qui nécessitent une étude plus approfondie dans les travaux futurs.

La fonction principale des bandes HPPM dans la construction en béton est de réduire les fissures de retrait plastique. Des modifications du mélange peuvent améliorer de nombreuses caractéristiques du béton renforcé de fibres HPPM. Cependant, certaines qualités ont des effets insignifiants ou sont difficiles à évaluer. Il convient de noter que la conclusion selon laquelle une teneur élevée en fibres HPPM entraîne de meilleures caractéristiques n'est pas toujours correcte, et une quantité excessive de fibres peut provoquer une détérioration substantielle. Par exemple, les fibres de polypropylène améliorent les caractéristiques du matériau jusqu'à un dosage spécifique, qui, s'il est dépassé, a des conséquences néfastes. Lors de la détermination de la teneur idéale en fibres HPPM, il est essentiel de tenir compte de la composition du mélange et de la qualité des fibres. Les applications du béton fibré HPPM dans les espaces publics ouverts sont un domaine prometteur. Étant donné que le béton est soumis à des conditions environnementales défavorables, à des dommages, à l'abrasion de la surface et au vandalisme, l'utilisation d'un béton de qualité supérieure est certainement avantageuse.

Dans le béton durable, divers pourcentages de déchets de fer (0, 0,5, 1, 1,5, 2,0 et 2,5 %) ont été utilisés. L'affaissement, la résistance à la compression, la résistance à la flexion, la résistance à l'abrasion, la résistance aux chocs, la sorptivité, le test d'écaillage, l'absorption d'eau, la porosité, la pénétration de l'eau, la perméabilité et l'UPV ont été étudiés. Les conclusions suivantes ont été tirées sur la base des résultats de ces expériences.

Lorsque des fibres HPPM sont ajoutées au mélange de béton, elles réduisent la maniabilité du nouveau béton et ont le potentiel d'améliorer certaines des qualités mécaniques du béton lorsqu'elles sont utilisées en petites quantités.

Par rapport au mélange témoin, HPPM a amélioré la qualité globale du béton car les fibres étaient réparties plus uniformément, ce qui a entraîné des résistances à la compression et à la flexion plus élevées. Parce qu'il a limité les mouvements au niveau micro dans le béton en pontant et en cousant les fissures fines, HPPM a diminué le retrait de séchage et la fissuration précoce dans le béton. Le mélange avec une teneur en fibres HPPM de 2 % a donné les résistances à la compression et à la flexion les plus élevées.

La DRX a montré qu'après introduction des fibres de PP, ni Ca(CO)3 ni Ca(OH)2 n'étaient altérés de manière appréciable. Ceci démontre que les fibres sont incapables de participer à des réactions chimiques. La présence de fibres provoque une modification considérable du schéma de fissuration du béton. Alors que le béton non armé forme des fissures larges et longues, l'inclusion de fibres réduit l'ouverture de la largeur de la fissure, la zone fissurée et la propagation des fissures grâce à l'activité de pontage des fibres. Les réseaux de fissures deviennent moins connectés à la suite de l'ajout de fibres.

L'absorption d'eau dans le béton durci est réduite lorsque les bandes HPPM et les fibres ont été ajoutées séparément en fractions à faible volume au mélange de béton. De plus, l'utilisation de fibres HPPM dans de petites fractions volumiques a réduit la porosité des éprouvettes de béton. Parmi tous les spécimens de béton, le béton contenant 2 % de fibres HPPM présentait le pourcentage d'absorption d'eau et de porosité le plus faible. Indépendamment de la concentration volumique de HPPM, tous les mélanges de béton étaient soumis au même niveau élevé d'excellente qualité et de résistance structurelle.

Les microfractures se propagent le long du béton avec HPPM, selon une étude de la microstructure du béton. Comme démontré dans les images SEM, les fibres HPPM (2 %) jouent un rôle important dans le pontage des fractures. Cependant, lorsque le pourcentage volumique des fibres est plus élevé (2,5 % de HPPM), des vides se forment et se développent entre la pâte de ciment et la fibre, diminuant les qualités de résistance du béton. En conséquence, HPPM peut être utilisé pour fabriquer du béton durable et produire un matériau de construction propre et respectueux de l'environnement. De plus, les fibres HPPM utilisées dans cette étude ont été classées comme courtes ou discontinues, ce qui pourrait entraîner une augmentation de l'UCS, du FS et de la résistance à l'abrasion.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Bandes en polypropylène

Matériel de protection individuelle sain

Masque facial à usage unique

Résistance à la compression uniaxiale

Résistance à la flexion

Vitesse d'impulsion ultrasonique

Microscope électronique à balayage

Diagrammes de diffraction des rayons X

Porosité

Absorption de l'eau

La résistance aux chocs

Résistance à l'abrasion

Coefficients de sorptivité

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La publication a été financée par le domaine de recherche prioritaire Anthropocene dans le cadre du programme "Initiative d'excellence - Université de recherche" de l'Université Jagellonne de Cracovie, en Pologne. Les auteurs remercient le doyen de la recherche scientifique de l'Université de Najran d'avoir financé ce travail sous le code de subvention du programme de financement de la région de Najran (NU/NAR/SERC/11/34). Merci au rédacteur en chef, le Dr Farhad Aslani, pour sa gestion de notre article et aux quatre relecteurs pour leurs commentaires constructifs qui ont contribué à améliorer notre article.

Département de génie civil, Faculté d'ingénierie, Université de Najran, Najran, Royaume d'Arabie saoudite

Ahmed Abd El Aal & Amr Fenais

Centre de recherche sur les matériaux avancés et les nanotechnologies, Université de Najran, Najran, Royaume d'Arabie saoudite

Mabkhoot A. Alsaiari

Unité de recherche sur le quartier vide, Département de chimie, Faculté des sciences et des arts de Sharurah, Université de Najran, Najran, Royaume d'Arabie saoudite

Mabkhoot A. Alsaiari

Faculté de géographie et de géologie, Institut des sciences géologiques, Université Jagellonne, Gronostajowa 3a, 30-387, Cracovie, Pologne

Ahmed E. Radwan

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Correspondance à Ahmed E. Radwan.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

El Aal, AA, Alsaiari, MA, Radwan, AE et al. Perspective de gestion intelligente des déchets des matériaux de protection individuelle sains COVID-19 en béton pour les chaussées paysagères décoratives et les roches artificielles. Sci Rep 13, 2904 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30104-1

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Reçu : 29 juillet 2022

Accepté : 15 février 2023

Publié: 18 février 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-30104-1

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