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Axe 1 - Matériaux innovants pour la conception de bétons performants, écoresponsables et durables

Thème 1.1 - Nouveaux liants et ajouts cimentaires

Ce thème vise à développer des approches/méthodologies de valorisation de matières industrielles résiduelles pour la fabrication de liants cimentaires alternatifs à faible empreinte de carbone (E3). On s'intéressera notamment aux processus de géopolymérisation, de retraitement chimique ou thermique pour développer de nouveaux liants à partir de résidus silico-(calcio)-alumineux issus de procédés industriels ou de résidus miniers québécois (E6), de même qu'à la caractérisation des propriétés fondamentales de ces liants (hydratation/pouzzolanicité, équilibres chimiques, interactions avec les adjuvants, rhéologie, résistance, microstructure, lixiviation, stabilité volumique, etc.). Le développement de ces filières de valorisation revêt un grand intérêt des points de vue économique, environnemental et sociétal. Les applications visées pour les bétons ou composites cimentaires fabriqués à partir de tels liants sont les ouvrages urbains, routiers et ceux reliés aux opérations minières (E1).

Thème 1.2 - Utilisation optimale des ressources granulaires pour béton

Pour assurer l'utilisation optimale et la pérennité des ressources granulaires face à la demande globale prévue de 51.7 milliards de tonnes en 2019, ce thème vise à mieux comprendre les interactions entre les particules granulaires (différentes compositions, origines, tailles et formes), afin d'en modéliser l'impact sur la compacité du squelette granulaire, la rhéologie et les propriétés mécaniques des bétons. Il vise aussi à comprendre l'influence des caractéristiques de composition et physico-mécaniques des granulats marginaux ou issus des débris de démolition (teneur en mortier résiduel et en particules fines, absorption; résistance au gel, à la fragmentation et à l'abrasion, pathologies des granulats recyclés) sur les propriétés du béton frais et durci (E3). Ces recherches visent à valoriser les matériaux recyclés ou sous-utilisés (marginaux) en modulant les exigences de qualité selon les applications tout en assurant une performance adéquate selon la sévérité des sollicitations.

Thème 1.3 - Nouveaux bétons et autres composites cimentaires innovants

Des bétons innovants seront développés pour construire ou réparer des ouvrages essentiels au développement urbain et industriel du Québec (E1, E2, E3). Les recherches visent à atteindre des évolutions marquées des bétons actuellement disponibles en termes de contrôle des déformations et de la fissuration, de durabilité et de minimisation des impacts environnementaux. Elles visent aussi à poursuivre le développement de matériaux et de nouvelles technologies fortement innovantes comme les bétons autocicatrisants, les bétons fibrés à hautes et ultra-hautes performances (BRF et BFUP) (E2) et la bioréparation des fissures; les bétons pour le captage du CO2 (E4, E5), les bétons pour l'impression 3D, les bétons à changement de phase, isolants ou à haute absorption acoustique pour les bâtiments (E1). L'innovation vise une empreinte carbone réduite, la rapidité de mise en œuvre, la valorisation des ajouts cimentaires locaux (e.g. thème 1.1) et des granulats recyclés/marginaux (thème 1.2).

Thème 1.4 - Ingénierie des ouvrages innovants dans le secteur minier

Ce thème porte sur la conception et la mise en œuvre d'ouvrages dans le secteur minier incorporant du ciment, composites cimentaires ou liants alternatifs (thème 1.1) leur conférant des propriétés améliorées. Les objectifs visés sont l'optimisation de la formulation, le raffinement des caractérisations physico-chimique, rhéologique, mécanique, ainsi que l'amélioration de la performance à court et à long terme des ouvrages à base de ciments et de leurs dérivés (E3, E6). Les activités de recherche porteront sur la réutilisation des résidus miniers grossiers et fins, de ciments et dérivés (à base de stériles miniers non réactifs, granulats légers ou recyclés, mortiers, etc.) dans la fabrication de bétons structuraux, de bétons projetés pour le soutènement minier, et de remblais miniers cimentés (E3). Les aspects tels que la géopolymérisation et l'utilisation d'amendements cimentaires pour le contrôle du drainage minier acide seront aussi traités (E6).

Thème 1.5 - Durabilité et allongement de la durée de vie

Ce thème a pour objectif de mieux comprendre les processus de détérioration chimique, physique et mécanique des bétons (corrosion de l'acier d'armature, réactions sulfatiques internes, réaction alcalis-silice, granulats riches en sulfures de fer ou gélifs) afin d'en modéliser les comportements physico-chimico-mécanique et de développer des critères de performance adaptés à la conception d'ouvrages basée sur des exigences de durée de vie utile (devis de performance). Les travaux viseront à développer des protocoles d'essais reproduisant mieux en laboratoire les conditions sévères d'exposition auxquelles les structures sont exposées pour générer des données temporelles fiables nécessaires à une évaluation quantitative de la durée de vie. Les résultats permettront ainsi d'optimiser les paramètres de conception (matériau-structure) (E4) et adapter les stratégies d'entretien (E5), pour maximiser le cycle de vie des infrastructures (100 ans) et pour minimiser les coûts socio-économiques.