Une équipe du professeur Doo-Yeol Yoo de l'Université Yonsei (Corée du Sud) a publié une étude dans la revue Cement and Concrete Research, développant pour la première fois un composite de laitier à durcissement par déformation (SHSC) à ultra-haute ductilité et totalement sans ciment, en utilisant de l'hydroxyde de calcium (CH) en poudre comme activateur alcalin.

Schéma du concept de développement et du processus de préparation du composite de laitier à durcissement par déformation sans ciment

Face à la forte dépendance des composites cimentaires à durcissement par déformation traditionnels (SHCC/ECC) vis-à-vis du ciment Portland, dont les émissions de carbone sont plus de 2,2 fois supérieures à celles du béton ordinaire, ainsi qu'aux défauts des systèmes d'activation alcaline à base de sodium (migration des ions sodium libres provoquant l'efflorescence, difficulté de mise en œuvre due à la forte alcalinité liquide), l'étude explore systématiquement le mécanisme de régulation de différentes teneurs en CH (2,5 % à 15 % de la masse de laitier) sur la cinétique d'hydratation du laitier, le degré de polymérisation du gel, les propriétés interfaciales et le comportement de fissuration multi-fissures. L'étude fixe un rapport eau/liant de 0,18, remplace 20 % de la masse de laitier par de la fumée de silice, et incorpore 2 % en volume de fibres de polyéthylène (PE) pour obtenir une caractéristique de durcissement par déformation.

Les résultats des tests TG/DTG, pH et ICP-OES montrent que l'augmentation de la teneur en CH élève significativement l'alcalinité de la solution interstitielle du système, le pH atteignant une valeur maximale de 12,32, favorisant ainsi la formation de gel C-S-H et d'hydrotalcite et d'autres produits d'hydratation. Les résultats de la RMN ²⁹Si confirment qu'avec l'augmentation de la teneur en CH de 2,5 % à 15 %, la longueur moyenne des chaînes (MCL) des tétraèdres de silice du gel C-S-H passe de 3,14 à 6,29, ce qui indique une augmentation significative du degré de polymérisation du réseau silicaté. L'analyse MEB montre que l'augmentation de la teneur en CH densifie la zone de transition interfaciale fibre-matrice, augmentant considérablement la résistance à l'extraction des fibres.

Morphologie typique des fissures des SHSC avec différentes teneurs en CH et courbes combinées de la contrainte de traction et de la largeur de fissure en fonction de l'augmentation de la déformation

Les tests de performance mécanique macroscopique montrent qu'avec l'augmentation de la teneur en CH, la résistance à la compression augmente régulièrement. La résistance à la compression à 28 jours du groupe à 15 % de CH atteint 61,9 MPa, soit une augmentation de 18,8 % par rapport au groupe à 2,5 % de CH. Tous les groupes présentent une déformation en traction supérieure à 8 %. Le groupe à 15 % de CH atteint les meilleures performances globales avec une résistance à la traction de 10,05 MPa, une déformation en traction de 9,19 % et une densité d'énergie de déformation de 664,9 kJ/m³. Sa ductilité en traction répond aux exigences standard de l'acier d'armature de qualité HRB400. L'analyse quantitative par corrélation d'images numériques (DIC) montre que la largeur moyenne des fissures sous déformation de pointe n'est que de 89 à 127 μm.

Les résultats de l'analyse du cycle de vie montrent que les émissions de CO₂ du groupe optimal à 15 % de CH sont de 409,05 kg/m³, soit une réduction de 70,2 % par rapport au SHCC cimentaire traditionnel et de 38,01 % par rapport au système à durcissement par déformation activé par un alcali à base de sodium. L'énergie grise est de 8,50 GJ/m³, soit une réduction de 23,9 % par rapport au système cimentaire.