Amélioration des propriétés géotechniques des matériaux de fondations routières par un procédé de calcification

«ABSTRACT: The accelerated development of large cities has produced a series of new challenges, affecting the planning, construction and maintenance of infrastructure. The deterioration of Quebec's roads is one of the topics that has been widely discussed in recent years due to the increase in damage, population pressure and, above all, the high cost of maintenance. Many of the techniques for improving road performance involve the development of new road surfaces or repair procedures. Despite their good technical results, the application of most of these methods is quite complex and requires large budgetary sums to be implemented. In order to present an alternative to traditional solutions, this project introduces chemical calcification as a tool to control and reduce road damage. This technique offers simple compressive strength greater than that of conventional concrete and additional self-healing potential, which makes it possible to consider applications in a freeze-thaw context. Chemical calcification is a technique of induced precipitation of calcium carbonates from the addition of one or more chemicals to the soil. The precipitates form extremely strong bonds between soil particles providing improved strength and mechanical behavior. In order to provide the most effective result for the technique, the basic chemical reaction has been traced and several optimizations have been made, especially with regard to cure time and temperature. The activities of this project began with the selection of basic reagents, examining the role of each of them in the potential for soil calcification. In search of an optimal soil treatment protocol, an experimental plan based on curing time, reagent type and concentration, the preparation method and soil mineralogy was put into practice. For each variation made in the properties of the protocol, series of simple compression tests were carried out in order to define the most efficient paths. These optimizations generated very resistant and homogeneous soil samples with a texture close to concrete. From the optimal protocol, new series of samples were prepared in order to show the potential of chemical calcification in situations close to reality. Stresses such as freeze-thaw cycles, immersions and simulated precipitation were applied to the improved samples. The results of the tests confirmed the technical feasibility of the treatment: optimum compressive strength after 30 days of curing at 37 MPa, retention of rigidity after 30 freeze-thaw cycles, preserved solidity after 72 hours of immersion and resistance to rain erosion three times greater than untreated soil. Compressive strength results are approximately 10 times better than cement improvement. In addition, after 30 freeze-thaw cycles, they are 9 times greater than the soil-cement mixture subjected to 12 cycles.»

Résumé

«RÉSUMÉ: Le développement accéléré des grandes villes a produit une série de nouveaux défis, affectant la planification, la construction et l'entretien des infrastructures. La dégradation des routes du Québec est un des sujets qui a été largement discuté au cours des dernières années en raison de l'augmentation des dégâts, de la pression de la population et, surtout, du coût élevé de l'entretien. Parmi l’ensemble des techniques d’amélioration des performances des routes, nombreuses sont celles qui portent sur le développement de nouveaux revêtements routiers ou de procédures de réparation. Malgré leur bons résultats techniques, l'application de la plupart de ces méthodes est assez complexe et nécessite des sommes importantes pour être mise en place. Afin de présenter une alternative aux solutions traditionnelles, ce projet introduit la calcification chimique comme outil de contrôle et de réduction des dégâts routiers. Cette technique offre une résistance à la compression simple supérieure à celle d’un béton conventionnel et un potentiel supplémentaire d’auto-réparation, ce qui permet d’envisager des applications dans un contexte de gel-dégel. La calcification chimique est une technique de précipitation induite de carbonates de calcium à partir de l'ajout d'un ou plusieurs produits chimiques au sol. Les précipités forment des liens extrêmement solides entre les particules de sol offrant une résistance et un comportement mécanique améliorés. Afin de fournir le résultat le plus efficace pour la technique, la réaction chimique de base a été retracée et plusieurs optimisations ont été effectuées, notamment en ce qui concerne le temps et la température de cure. Les travaux sur ce projet ont commencé par la sélection de réactifs de base, en examinant le rôle de chacun d'eux dans le potentiel de calcification du sol. À la recherche d'un protocole optimal de traitement du sol, un plan expérimental basé sur la durée de cure, le type et la concentration du réactif, la méthode de préparation et la minéralogie du sol a été mis en pratique. Pour chaque variation effectuée dans les propriétés du protocole, des séries de essais de compression simple ont été effectuées afin de définir les chemins les plus efficaces. Ces optimisations ont généré des échantillons de sol très résistants et homogènes avec une texture proche du béton. À partir du protocole optimal, de nouvelles séries d'échantillons ont été préparées afin de montrer le potentiel de calcification chimique dans des situations proches de la réalité. Des sollicitations comme des cycles gel-dégel, immersions et précipitations ont été appliqués aux échantillons améliorés. Les résultats des essais ont confirmé la faisabilité technique du traitement : une résistance à compression optimale après 30 jours de cure de 37 MPa, une conservation de la rigidité après 30 cycles de gel-dégel, une solidité préservée après 72 heures d'immersion et une résistance à l'érosion pluviale trois fois supérieure à un sol non traité. Les résultats de résistance à la compression sont environ 10 fois supérieurs à un procédé d’amélioration avec ciment. De plus, après 30 cycles gel-dégel, ils représentent une résistance 9 fois supérieure au mélange sol-ciment soumis à 12 cycles.»