Durabilité des matériaux cimentaires soumis aux acides organiques : cas particulier des effluents d'élevage
Institution:
Toulouse, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In many countries, highly concentrated farming areas are the place of environmental problems linked with the production of manure such as silage effluents or liquid manure. Hence, manure need to be stored in water-tight silos often made of concrete. But, these products contain both organic acids and micro-organisms and constitute a chemically severe environment toward the concrete of agricultural structures since the pH of silage effluent is of 4 and the pH of liquid manure is between 6 and 8. This work aimed at analysing the alteration mechanisms of cement based matrixes by manure’ organic acids, as well as breaking down the binders’ composition parameters favouring the durability. Tests such as leaching, immersion and semi-immersion of pastes and/or mortars made with ordinary and special cements were implemented. Mixes of manure organic acids at pH of 4 and/or 6 were first used in order to simulate the acidic part of liquid manure. Physical and chemical changes as well as modifications in the microstructure of the cement pastes were analysed by porosimetry, electron microprobe, XRD, ATD/DTG, NMR 29Si and 27Al, SEM… Moreover, a comparative study was lead on different binders (ordinary Portland cement, slag cement, aluminous cement…). Then, specimens were immersed in real effluents in order to identify the role of the bacteria in the alteration. It was shown that the attack by manure organic acids may be compared to the one of strong acids. Ordinary binders have equivalent behaviour and aluminous cement offer slightly better performances. In liquid manure, the bacteria’ respiration provokes the carbonation of the matrix
Abstract FR:
Ces dernières décennies, la concentration des exploitations agricoles dans certaines zones de l’Europe a engendré des problèmes environnementaux liés à la production d’effluents tels que les lisiers ou les jus d’ensilage. Ceux-ci sont aujourd’hui stockés dans des ouvrages de rétention étanches souvent réalisés en béton. Or, ces effluents contiennent des bactéries et des acides organiques, provoquant une attaque chimique sévère du béton, le pH des jus d’ensilage étant de 4 et celui des lisiers étant compris entre 6 et 8. Ce travail a pour vocations principales l’analyse des mécanismes de dégradation des matrices cimentaires par les acides organiques des effluents et la détermination des paramètres de composition des liants favorisant leur durabilité. A cette fin, des essais de lixiviation, immersion et semi-immersion de pâtes et/ou mortiers de liants ordinaires et spéciaux ont été mis en œuvre. Dans un premier temps, des solutions d’acides organiques, aux pH de 4 et/ou 6, simulaient la partie acide des lisiers. Les modifications physico-chimiques et microstructurales de la matrice ont été analysées par porosimétrie, microsonde électronique, DRX, ATD/DTG, RMN 29Si et 27Al, MEB. En outre, une analyse comparative de différents liants (ciments Portland ordinaire, au laitier, alumineux…) a été réalisée. Dans un second temps, les éprouvettes ont été immergées dans des effluents réels afin d’identifier l’effet spécifique des bactéries dans la dégradation. Ce travail a montré que les acides organiques des effluents provoquent une attaque comparable à celle des acides forts, limitant la durabilité des liants ordinaires, le ciment alumineux offrant des performances légèrement supérieures. Dans les lisiers, la respiration des bactéries provoque la carbonatation de la matrice