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For the last 10 years, silicone-based admixtures have been successfully used for bulk waterproofing treatment of cementitious materials. However, a reduction in mechanical properties of treated materials is rather observed and becomes a major problem for the in-situ application. A new concept of a knowledge-based integral water repellent has been designed in such a way that the negative effect on mechanical properties is significantly reduced. The technology comprises the delayed release of the hydrophobic agent (silicone resin) which is achieved by encapsulation of the resin in SiO2 shell. A multidisciplinary research was conducted in order to propose a model of the delayed release and the silica shell reaction mechanism in cement paste. Therefore, a study on the microcapsules reaction in calcium hydroxide solution was conducted by means of FTIR, DSC-TGA, surface tension measurements and chemical analysis by ICP-OES. It was shown that microcapsules flocculate in presence of Ca2+, what appears to be the main factor that contribute to the delayed release of the resin.The influence of the microcapsules on Ordinary Portland (OPC) and Blast furnace slag (BFS) cement hydration process was compared with the emulsion of silane monomer and silicone resin. It was shown that the emulsion delays the setting and influences the early age hydration by prolonging the dormant period and decreasing the hydration heat. Cement microstructure and hydration products development was observed by SEM/ESEM. Quantitative analysis of hydration products was assessed by Rietveld analysis of XRD diffractograms. Emulsion induced a significant delay in the cement paste setting by changing the amount and morphology of ettringite and portlandite at very early age. Differently, microcapsules didn’t show any effect on these properties. Experimental work on relevant mortars is done in order to prove the concept of a delayed release as a solution towards the decrease in mechanical properties. The influence of the new additive on setting, volume change, dynamic E-modulus and the compressive strength was analysed. New analytical techniques (AutoShrink, Ultrasonic Pulse Velocity and ConSensor) in combination with traditional ones (Penetration resistance test and compressive strength on cubes) were used. Microcapsules have successfully lowered the negative impact of silanes on the compressive strength and dynamic Young’s modulus. Moreover, it was showed that the microcapsules slightly influence autogenous deformation by increasing the shrinkage of mortars.Microencapsulation of the silicone resin proved to be a promising solution for the bulk hydrophobic treatment of cementitious materials with no-influence on cement hydration., Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie, info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet MINERVE de la région wallonne quivise notamment à valoriser les anciens centres d’enfouissement technique et leur contenuau travers de la production de matières premières et de sources d’énergie. Plus particulièrement,l’objectif de ce travail est d’étudier un procédé de co-pyrolyse de déchetsplastiques et d’huiles de lubrification usagées, ayant pour finalité la production d’uncombustible alternatif liquide pour l’industrie, en vue d’une future montée en échelledu procédé.Pour ce faire, différentes approches ont été poursuivies. Premièrement, nous avonsmis en place un réacteur de 5 litres, agité et scellé hermétiquement, permettant demener des essais de co-pyrolyse. Des essais de co-pyrolyse d’un mélange de déchetsplastiques excavés et d’huiles de lubrification usagées ont été menés dans le réacteur.L’influence des paramètres clés du procédé, tels que la température maximale, la fractionmassique de plastiques dans le mélange ainsi que la vitesse de refroidissement, surle procédé et la qualité du produit fini a été étudiée. Nous avons été en mesure deproduire un combustible alternatif liquide, possédant un pouvoir calorifique d’environ30 MJ/kg, par la co-pyrolyse d’un mélange contenant 60% de plastiques, en chauffantle mélange durant 13 h, en atteignant une température maximale de 387°C et enlaissant la pression au sein du réacteur monter jusqu’environ 30 bars. Les besoins énergétiquesdu procédé ont été évalués à environ 8 MJ/kg de déchets à pyrolyser, grâce àun modèle de transferts thermiques développé pour le système constitué du réacteur deco-pyrolyse. Ensuite, une méthode a été développée pour déterminer le temps de fonted’une particule de plastique en fonction de sa plus petite dimension. L’application decette méthode nous a permis de déterminer que la plus petite dimension maximale quepeuvent avoir les particules de plastiques dans le mélange plastique/huile, pour queleur fusion ne limite pas le procédé de co-pyrolyse, est d’environ 3 cm. Deux analysesthermiques, la thermogravimétrie isotherme et la calorimétrie différentielle à balayage,ont été combinées pour caractériser le craquage thermique et son influence sur plusieurspolymères. L’influence du craquage thermique sur les polymères a été évaluée sur basede l’analyse de la fusion ou de la transition vitreuse du polymère. Les protocole et dispositifexpérimentaux de co-pyrolyse de déchets plastiques et d’huiles de lubrificationusagées à l’échelle du laboratoire ont été adaptés pour pouvoir co-pyrolyser un mélangecontenant du PVC. Différents essais de co-pyrolyse par étapes ont été menés pour évaluerl’influence des paramètres comme l’évolution de la température pendant l’essai, lecontenu en PVC du mélange et le plastique en mélange avec le PVC (LDPE ou PS).Enfin, les interactions qui prennent place entre le LDPE ou le PS et une huile, lorsde leur co-pyrolyse, ont été mises en évidence à l’aide d’essais de thermogravimétriehaute résolution. Nous avons tenté d’expliquer les interactions mises en évidence, grâceà une combinaison d’analyses thermiques permettant de caractériser, voire d’identifier,les produits de décomposition de l’échantillon, en continu ou en fin de chauffe.This study takes part in the MINERVE (Walloon region) which aims at enhancingthe old landfills and valorize their content through the production of raw materials andenergy sources. Specifically, the objective of this work is to study a co-pyrolysis processof waste plastics and used lubrication oils, whose purpose is the production of a liquidalternative fuel for industry, in order to future scaling up the process.To do so, different approaches have been pursued. First, we set up a 5 liter reactor,stirred and hermetically sealed for performing co-pyrolysis tests. Co-pyrolysis tests ofa mixture of excavated plastic wastes and used lubrication oils were performed in thereactor. The influence of key parameters, such as maximum temperature, the massfraction of plastics in the mixture and the cooling rate, on the process and the qualityof the fuel was investigated. We were able to produce a liquid alternative fuel, witha calorific value of about 30 MJ/kg by co-pyrolyzing a mixture containing 60 % ofplastic, heating the mixture for 13 h, reaching a maximum temperature of 387°C anda maximum pressure of about 30 bar. The energy requirements of the process wereevaluated at about 8 MJ per kg of waste through a heat transfer model developed forthe system consisting of the co-pyrolysis reactor. In addition, a method was developedto determine the time of melting of a plastic particle according to its smallest size.The application of this method allowed us to determine that the maximum smallestsize that can have plastic particles in plastic/oil mixture, so that their melting willnot limit the co-pyrolysis process, is about 3 cm. Two thermal analysis techniques,isothermal thermogravimetry and differential scanning calorimetry, were combined tocharacterize the thermal cracking and its influence on several polymers. The influence ofthermal cracking of the polymers was evaluated based on the analysis of the melting orglass transition of the polymer. The experimental protocol and device of waste plasticsand used lubricating oils co-pyrolysis have been adapted to co-pyrolyze a mixturecontaining PVC. Two-step co-pyrolysis tests were performed to evaluate the influenceof parameters such as the evolution of the temperature during the test, the PVCcontent of the mixture and the plastic that is mixed with PVC (LDPE or PS). Finally,interactions that take place between the LDPE or the PS and an oil, when co-pyrolyzed,have been identified with high resolution thermogravimetry experiments. We tried toexplain the identified interactions through a combination of thermal analyzes thatcharacterized or identified the sample decomposition products, continuously duringthe thermal decomposition or at its end., Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie, info:eu-repo/semantics/nonPublished

This PhD explores the potential of blend electrospinning for the production of nanofibers containing a synthetic component, a natural component and/or well-immobilized pH-sensitive dye molecules for biomedical and colorimetric sensor applications. Within this investigation, focus is given to process stability and scalability using a solvent system with limited toxicity, namely acetic acid/formic acid, and subsequent analysis of the obtained nanofibers. A few model systems were selected, with polyamide-6 and polycaprolactone representing well-processable synthetic polymers, gelatin and chitosan representing the two major biopolymer classes and a few azo dyes representing the vast range of applicable pH-indicators.

Les façades des nouveaux bâtiments et des bâtiments existants sont altérées par la pénétration de l'eau. Afin de protéger les bâtiments et surfaces exposées aux intempéries, des traitements contenant des agents hydrophobes doivent être appliqués.Les traitements utilisés à l’heure actuelle sont des traitements de surface qui se dégradent au cours du temps. L'agent hydrophobe, présent en surface, est soumis à des conditions très rudes telles que des rayonnements ultraviolets, de grandes variations de température, de l'abrasion .qui réduisent l’efficacité et la durabilité des traitements. La plupart des traitements aujourd'hui disponibles, fournisse une barrière efficace au passage de l’eau à court terme, mais doivent donc être réappliqués régulièrement. Le projet de recherche, présenté ici, traite de la mise en place d'un traitement de masse de matériaux cimentaires utilisés dans la protection de structures (joints, crépi .). Ce traitement devrait offrir une protection à long terme, mais ne devrait pas modifier de manière significative les propriétés mécaniques des matériaux. Les avantages d'un traitement de masse sont évidents. Seule une petite partie de l'agent hydrophobe est exposée et dégradée par les conditions climatiques et l'abrasion de surface ne porte pas atteinte à l'intégrité du traitement.Une étude fondamentale a été menée afin d'étudier l'influence de l'incorporation d´agents à base de silicium sur les processus d'hydratation des ciments Portland et de comprendre leur mode d'action. Deux agents (alpha,omega dihydroxypolydimethylsiloxane et n-octyltriethoxysilane) et deux ciments Portland (ordinaire et blanc CEM I 42,5N) ont été choisis et étudiés. Trois modes d´introduction (liquides purs, émulsions et granules) ont été mis en œuvre et comparés. Le but est de déterminer les meilleures conditions pour obtenir un traitement efficace et durable tout en préservant les propriétés mécaniques. Les résultats d'absorption d'eau par capillarité et de perméabilité à la vapeur d’eau sont prometteurs et les essais mécaniques sur mortiers n’ont pas montré de diminutions significatives des résistances mécaniques. La microstructure et la progression de l'hydratation des matrices cimentaires adjuvantées et de référence, ont été caractérisées par calorimétrie à conduction, par calorimétrie différentielle à balayage couplée à la thermogravimétrie, par spectroscopie infra-rouge, par diffraction des rayons X, par porosimétrie au mercure, et par microscopie électronique à balayage.La durabilité des matériaux adjuvantés a été étudiée afin de montrer la pertinence des traitements ainsi que l'évaluation de la progression de l'hydratation. Les performances hydrofuges ainsi que l’évolution de la microstructure, à l’issue des différents vieillissements artificiels et naturels, ont été déterminées.Les mortiers mis en œuvre ont été soumis à des vieillissements artificiels simulant des conditions proches de celles rencontrées en pratique (tels que des cycles rayonnements UV, pluie, sel, gel/dégel…). Une amélioration de la durabilité des mortiers adjuvantés a été observée. Les résultats sont très encourageants et confirment l'intérêt d’un tel traitement dans la masse./Protection of cement-based materials means above all, moisture protection because water is primarily responsible for inducing damaging physical and chemical processes in building materials. In most cases, water repellents are applied either directly during the construction or insulation process; or as a post-treatment of the exposed surfaces in order to protect the buildings from further decay. A new way is to develop a bulk treatment for cement-based materials which should provide a long term protection without modifying the mechanical properties of the cementitious materials. The advantages of a bulk treatment are obvious i.e. only a small part of the hydrophobic agent is exposed and degraded by the UV. In addition, surface abrasion does not affect the integrity of the treatment. A fundamental study was initiated to investigate the influence of the incorporation of two active silicon-based agents (already used as post-building treatments) on the hydration processes of Portland cements and to understand the involved mechanisms of interaction. Two agents (alpha,omega dihydroxypolydimethylsiloxane and n-octyltriethoxysilane) and two Portland cements (Ordinary and White Portland Cement CEM I 42,5N) were chosen and studied. Three incorporation modes (pure liquids, water emulsions and granules) were investigated. The effects of the three modes were compared.The aim was to determine the best conditions for an efficient and sustainable treatment preserving the mechanical properties of the materials. The results of capillary water penetration and water vapor permeability are promising and are not accompanied by a significant decrease of the mechanical performancesThe microstructure and progression of hydration of admixtured cement pastes were characterized by conduction calorimetry, differential scanning calorimetry, thermo-gravimetry, infra-red spectroscopy, X-ray diffraction, mercury intrusion porosimetry, and scanning electron microscopy. In addition, the durability of water-repellent additives and of the admixtured cement was studied in order to show the relevance of the treatments as well as the assessment of the progression of hydration and the type of products that were developed. Mortar specimens were submitted to artificial ageing cycles such as freeze-thaw cycles, ultraviolet cycles and rain-sun cycles. The general trend is an improvement of the durability of admixtured mortars. The results are very encouraging and confirm the interest of the bulk mortar treatment., Doctorat en Sciences de l'ingénieur, info:eu-repo/semantics/nonPublished