Etude durabilité du béton de sable de puit pétrolier

Abstract

الملخص: تواجه منطقة حاسي مسعود في جنوب الجزائر تراكمًا كبيرًا للرمال الناتجة عن حفر آبار البترول، مما يؤدي إلى تلوث بيئي يشكّل خطراً على الإنسان والطبيعة. إضافة إلى ذلك، تعاني شركات البترول من ندرة الرمال الصالحة للبناء. تهدف هذه الأطروحة إلى دراسة ديمومة الخرسانة المصنوعة من رمل آبار البترول، من خلال تقييم خصائصها الميكانيكية والفيزيائية قبل وبعد تعرّضها لبيئات عدوانية، ومقارنتها بأنواع أخرى من الرمال الطبيعية المستعملة كشاهد، مثل الرمل الطبيعي لمنطقة واد الرتام بولاية المغير ورمل الكثبان الصحراوية لمنطة حاسي مسعود , تمت الدراسة على نوعين من الخلطات: الأولى تعتمد على رمل آبار النفط بنسبة 100%، والثانية على خلطه بنسب 10% و20% من رمل الكثبان المجاور له، لمحاكاة إمكانية خلطه الميداني غير المقصود. وقد أُقصيت نسبتا 30% و40% بسبب ضعف تدرجهما الحبيبي.استُخدمت تراكيز إسمنتية مختلفة (350، 400، و450 كغ/م³)، مع نسب E/C تتراوح بين 0.55 و0.6، وتم اعتماد التركيز 450 كغ/م³ في التحاليل النهائية لأنه حقق أفضل النتائج. شملت التجارب اختبارات الخصائص الفيزيائية مثل الكثافة الطازجة، الكثافة الصلبة، سرعة الأمواج الصوتية، والانكماش، إضافة إلى خصائص ميكانيكية كمقاومة الضغط والانحناء. كما شملت الدراسة تجارب مرتبطة بديمومة الخرسانة، مثل اكتساب وفقدان الكتلة، مقاومة الهجوم الكبريتي ومقاومة الكلوريد وتجربة الإمتصاص الشعري للماء فضلاً عن تحاليل مجهرية وبنيوية مثل DRX، MEB، وEDS، قبل وبعد تعرّض العينات للظروف العدوانية.تمت المعالجة الأولية للعينات في الماء لمدة 28 يومًا، ثم وُضعت في بيئتين مختلفتين: وسط هوائي عادي كشاهد، ووسط حمضي عدواني يحاكي الظروف الواقعية للمياه السطحية الملوثة الصاعدة. وقد تم تصميم هذا الوسط الحمضي استنادًا إلى تحاليل ميدانية أُجريت على عدة مناطق من بلدية الوادي، حيث سُجّل أعلى تركيز في منطقة سيدي مستور، ما دفع إلى رفع تركيز الحمض المستعمل في التجربة إلى خمسة أضعاف التركيز الطبيعي للمياه السطحية ، وذلك لملاحظة التأثير على مدى 180 يومًا. أظهرت أبرز النتائج النهائية بعد 180 يومًا أن الخرسانة المنتجة من رمل آبار البترول (بنسبة 100%) حققت مقاومة ضغط بلغت 39.94 ميغاباسكال في الوسط الحمضي مقابل 40.71 ميغاباسكال في الوسط الهوائي، ومقاومة انحناء بلغت 4.23 ميغاباسكال في الوسط الحمضي مقابل 4.53 ميغاباسكال في الوسط الهوائي . أما الخلطات المحتوية على 10% و20% من رمل الكثبان، فقد حافظت هي الأخرى على خصائصها، حيث كانت فروق النتائج بين البيئتين العدوانية والعادية طفيفة. تدل هذه النتائج على قدرة هذه الخرسانة على الصمود في البيئات القاسية، مما يعزز إمكانية استخدامها كحل بديل في المناطق التي تتوفر فيها هذه الرمال والمساهمة في تقليل الأثر البيئي في منطقة حاسي مسعود.

Résumé : La région de Hassi Messaoud, située dans le sud de l’Algérie, connaît une accumulation importante de sable issue des opérations de forage des puits pétroliers, entraînant une pollution environnementale qui présente des risques à la fois pour l’homme et pour la nature. Par ailleurs, les entreprises pétrolières font face à une pénurie de sable conforme aux exigences de la construction. Cette thèse vise à étudier la durabilité du béton élaboré à partir de sable de forage pétrolier en évaluant ses propriétés mécaniques et physiques avant et après exposition à des environnements agressifs, et en le comparant à d’autres sables naturels utilisés comme références, tels que le sable naturel d’Oued Rtem dans la wilaya d’El M’Ghair et le sable de dunes désertiques de la région de Hassi Messaoud.L’étude a été menée sur deux types de formulations : la première utilisant 100 % de sable de forage pétrolier, et la seconde constituée de mélanges incorporant 10 % et 20 % de sable de dunes afin de simuler une éventuelle contamination sur le terrain. Les formulations contenant 30 % et 40 % de sable de dunes ont été exclues en raison de leur mauvaise granulométrie.Différentes teneurs en ciment (350, 400 et 450 kg/m³) ont été utilisées, avec des rapports eau/ciment (E/C) variant entre 0,55 et 0,6. La teneur de 450 kg/m³ a été retenue pour les analyses finales, car elle a donné les meilleurs résultats. Le programme expérimental a inclus des essais portant sur les propriétés physiques telles que la masse volumique à l’état frais, la masse volumique à l’état durci, la vitesse de propagation des ultrasons et le retrait, ainsi que sur les propriétés mécaniques comme la résistance à la compression et à la flexion. L’étude a également comporté des essais de durabilité, notamment la variation de masse (gain et perte), la résistance à l’attaque des sulfates, la résistance à la pénétration des chlorures et l’absorption capillaire de l’eau. En outre, des analyses microstructurales et structurales telles que la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB) et la spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS) ont été réalisées avant et après l’exposition des échantillons à des conditions environnementales agressives.La cure initiale a été effectuée dans l’eau pendant 28 jours, après quoi les éprouvettes ont été exposées à deux environnements différents : un environnement aérien normal servant de témoin, et un environnement acide conçu pour simuler les conditions réelles de remontée des eaux de surface polluées. Cet environnement acide a été élaboré sur la base d’analyses de terrain réalisées dans différentes zones de la commune d’El Oued, la concentration la plus élevée ayant été enregistrée dans la région de Sidi Mestour. Par conséquent, la concentration acide utilisée dans l’expérience a été augmentée à cinq fois celle des eaux de surface naturelles afin d’observer les effets sur une période de 180 jours.Les principaux résultats après 180 jours ont montré que le béton constitué de 100 % de sable de forage pétrolier a atteint une résistance à la compression de 39,94 MPa dans l’environnement acide contre 40,71 MPa en milieu aérien, et une résistance à la flexion de 4,23 MPa en milieu acide contre 4,53 MPa en milieu aérien. Les mélanges contenant 10 % et 20 % de sable de dunes ont également bien conservé leurs propriétés, avec des différences faibles entre les environnements agressif et normal.Ces résultats démontrent la capacité de ce béton à résister à des conditions sévères, ce qui soutient son potentiel d’utilisation comme matériau de construction alternatif dans les régions où ces sables sont disponibles, tout en contribuant à la réduction de l’impact environnemental dans la région de Hassi Messaoud.