Résumé exécutif
Les nanotechnologies permettent de concevoir des chaussées auto-réparatrices et des liants améliorés, ce qui pourrait révolutionner la durée de vie des routes. Les fibres de nanosilice et de nanocellulose sont très efficaces pour favoriser l'auto-réparation des microfissures dans les matériaux à base de ciment. L'adjuvant Renolith offre une méthode éprouvée et disponible sur le marché pour disperser efficacement les fibres de nanosilice et de nanocellulose non agglomérantes dans le matériau, facilitant ainsi l'auto-réparation.
Nanomatériaux dans les routes
En 2016-2017, le Programme d'innovation et de recherche routière d'Australie-Occidentale (WARRIP) a étudié l'utilisation des nanotechnologies dans les applications de chaussées routières. WARRIP : Examen des technologies de chaussées futures trouvé:
À ce jour, plusieurs études ont évalué l'auto-réparation à l'aide de divers nanomatériaux. Les résultats indiquent que ces matériaux ont le potentiel de sceller les microfissures, empêchant ainsi la propagation des macrofissures.
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La nanotechnologie a le potentiel d'améliorer les caractéristiques des matériaux, la durabilité et les performances des chaussées.
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Nanotechnologie ouvre la porte à chaussées auto-réparatrices et liants améliorés ce qui pourrait être facteurs de changement significatifs en matière de longévité notre WA routes. Ces résultats justifient assurément des recherches sur des applications à grande échelle afin de déterminer si les résultats obtenus à l'échelle nanométrique peuvent être transposés à des applications de grande envergure.
Nanomatériaux et auto-réparation
Dans Une revue scientométrique résumant l'impact des nanomatériaux sur les propriétés à l'état frais, durci et de durabilité des matériaux à base de ciment, Shayan Ali Khan et al. ont résumé un ensemble important de preuves concernant les effets d'auto-réparation des nanomatériaux ; extraits ci-dessous :
4.6. Composites cimentaires auto-réparateurs à base de nanomatériaux
Le auto-guérison La maîtrise des matériaux à base de ciment (MBC) est essentielle pour garantir la longévité des ouvrages de génie civil, car elle permet d'assurer efficacement empêche la formation de microfissures en raison de facteurs tels que retrait au séchage et contraintes externes [147Au contact de l'humidité, les matériaux composites à base de calcium (CBM) subissent des réactions chimiques qui aboutissent à la formation d'un gel de silicate de calcium hydraté (C-S-H), scellant ainsi efficacement les fractures au sein du matériau. Dans le cas de la cicatrisation autogène, l'incorporation de nanomatériaux, tels que le nanoSiO₂, est possible.2, déclenche le processus d'auto-réparation en servant de sites de nucléation pour la formation de gels C─S─H.
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Wengui et al. [149] a signalé que l'incorporation de nano-SiO2 améliore le auto-guérison L'efficacité du matériau repose sur deux mécanismes clés : la précipitation du carbonate de calcium (CaCO₃).3) et la formation de C─S─H.
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L'introduction de nanofibres dans le ciment et le béton agit comme un auto-guérison efficace Cette méthode permet de réduire la largeur des fractures en favorisant l'hydratation des produits et la formation de carbonate de calcium (CaCO₃).3) pour se déposer sur leurs surfaces. Cette technique de dépôt permet de fermer et de sceller les fissures à l'intérieur du matériau, améliorant ainsi son intégrité structurelle et sa longévité [152].
Rénolithe et auto-guérison
Renolith a été utilisé dans plus de 70 millions de mètres carrés de couches de base de chaussées stabilisées au ciment. Aucune fissure n'a été signalée.‘sans fissure’Le comportement observé s'explique en grande partie par les propriétés améliorées conférées au matériau : notamment une réduction du retrait au séchage, une résistance à la flexion accrue, un module d'élasticité amélioré et une limite de déformation augmentée. L'amélioration des propriétés des matériaux à base de ciment (MBC) obtenue grâce à l'adjuvant Renolith a fait l'objet de nombreuses études. Cependant, les propriétés d'auto-réparation du produit n'ont pas encore été décrites dans la littérature technique.
En termes chimiques, Mélange Renolith 2.0 Renolith est une suspension colloïdale composée d'une émulsion de latex et d'une dispersion colloïdale stable de nanoparticules de silice non agglomérantes et de nanofibres de cellulose. Compte tenu des propriétés d'auto-réparation de la nanosilice et des nanofibres décrites dans la littérature technique, il est logique que Renolith favorise l'auto-réparation, tant autogène qu'auto-auto-réparation, des membranes de liaison cellulaire.
Nanocellulose et nanosilice – rôle dans l’auto-réparation
Nous avons posé cette question à Perplexity AI : Quel rôle jouent la nanosilice et la nanocellulose dans l'auto-réparation des matériaux cimentés ?La réponse fut la suivante :
La nanosilice et la nanocellulose jouent un rôle important dans l'amélioration des propriétés d'auto-réparation des matériaux cimentaires :
Nanosilice
La nanosilice contribue à l'auto-réparation du béton en :
- Amélioration de la microstructure du béton par l'affinage de la structure poreuse dans les phases hydratées[1].
- Améliorer les propriétés globales du béton, notamment ses capacités d'auto-réparation.[1].
- Encapsulé avec d'autres matériaux comme la nanocellulose, il agit comme agent d'auto-réparation primaire[2].
Nanocellulose
La nanocellulose améliore l'auto-réparation des matériaux cimentaires grâce à :
- Augmenter la densité et la résistance du béton tout en réduisant les contraintes de retrait[3].
- Amélioration de l'hydratation du ciment grâce à ses propriétés de surface hydrophiles[4].
- La formation de liaisons hydrogène entre la nanocellulose et la matrice cimentaire favorise une meilleure adhésion.[4].
- Création de canaux entre les particules de ciment non réagies et les solutions interstitielles, augmentant ainsi le degré d'hydratation.[4].
- Agissant comme noyau pour les produits d'hydratation du ciment, remplissant les pores pour créer une microstructure compacte[1].
- Contrôler la progression des microfissures grâce à la forme de ses particules[1].
L'association de la nanosilice et de la nanocellulose peut agir en synergie pour améliorer les propriétés d'auto-réparation du béton. Par exemple, la nanocellulose de durian (DNC) et l'urée-formaldéhyde (UF) ont été utilisées pour encapsuler la silice, créant ainsi un composite (DNC-UF@SiO₂) présentant de meilleures performances mécaniques et une absorption d'eau plus faible que la silice encapsulée dans l'UF seule.[2]. Ce matériau auto-réparateur encapsulé et incorporé au béton a démontré un potentiel de réparation significatif, surpassant les échantillons témoins.[2].
L'ajout de ces nanomatériaux peut conduire à des propriétés mécaniques améliorées, à de meilleures capacités d'étanchéité des fissures et à une durabilité à long terme accrue des matériaux cimentaires.
Conclusion
Les nanotechnologies permettent de concevoir des chaussées auto-réparatrices et des liants améliorés, ce qui pourrait révolutionner la durée de vie des routes. Les nanofibres de silice et de cellulose sont très efficaces pour favoriser l'auto-réparation des microfissures dans les matériaux à base de ciment. Le Renolith 2.0, disponible sur le marché, offre une méthode éprouvée pour disperser efficacement des nanofibres de cellulose et de silice non agglomérantes dans le matériau, grâce à des techniques de construction conventionnelles telles que la stabilisation in situ. Cette approche pratique facilite l'auto-réparation spontanée et autonome des chaussées. Des recherches complémentaires sont nécessaires pour mieux caractériser le mécanisme d'auto-réparation de l'adjuvant Renolith 2.0 en combinaison avec différents liants cimentaires et matériaux de chaussée.
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