Production et applications du béton

Cycle de vie du produit le plus utilisé au monde

Le béton fait partie intégrante des infrastructures urbaines, des autoroutes interétatiques aux imposants gratte-ciel urbains. Le béton peut être repéré n'importe où sans surprise car c'est le matériau artificiel le plus couramment utilisé dans le monde. Aux États-Unis seulement, environ 10 milliards de tonnes de béton sont produites chaque année.

Le béton est un matériau de construction exceptionnellement polyvalent avec des propriétés malléables ou solides, selon son stade de durcissement. Il est constitué d'agrégats et de roches mélangés à du ciment fluide. Après un certain temps, le béton durcit en une masse ressemblant à de la roche en raison d'une réaction chimique appelée hydratation. Une fois durci, il devient exceptionnellement solide et durable à une force de 3 000 à 20 000 psi, assez pour supporter des ponts, des gratte-ciel et des barrages.

Fabrication de béton

Le béton est produit en usine ou sur un chantier. L'équipement peut varier des outils à main aux grosses machines industrielles. Quelle que soit l'échelle de production, les composants en béton doivent être soigneusement mélangés, moulés et façonnés dans des délais précis. Toute perturbation peut affecter l'intégrité et l'apparence du produit final.

Production de béton à grande échelle

La production de béton à grande échelle a lieu dans deux types de centrales à béton :les centrales à béton prêt à l'emploi et les centrales à béton. Les usines de béton prêt à l'emploi mélangent tous les composants du béton à l'exception de l'eau. Les centrales de malaxage central mélangent tous les composants du béton, y compris l'eau, et sont les meilleures pour un contrôle précis. En règle générale, le béton est un fluide visqueux qui est versé dans des moules pour donner la forme souhaitée. Cependant, le béton peut également se présenter sous une forme non fluide. Cette version de séchoir est préférée pour la fabrication de produits préfabriqués en béton.

Production de béton à petite échelle

De plus petites quantités de béton sont fabriquées sur un chantier à l'aide d'un malaxeur volumétrique ou d'un malaxeur mobile. Ces malaxeurs servent de mini centrales à béton, capables de produire différents types de béton. Ils sont parfaits pour les sites qui ne nécessitent qu'un minimum de béton pour l'installation de petites applications. Par exemple, un installateur utilise un malaxeur volumétrique pour fabriquer du béton pour encastrer des supports à vélos ou pour installer des bornes et des tuyaux en acier comme dispositifs de sécurité routière.

Types de béton

Il existe des dizaines de types de béton disponibles sur le marché pour les besoins de la construction et du bâtiment. Vous trouverez ci-dessous quelques types de béton couramment utilisés dans les infrastructures modernes.

Béton ordinaire

Le béton ordinaire est l'une des formes de béton les plus populaires. Un mélange typique comprend du ciment, du sable et des granulats grossiers mélangés à des quantités spécifiques d'eau. Il a un temps de prise d'environ 30 à 90 minutes avec des valeurs de résistance de 1450 à 5800 psi. Après 28 jours de durcissement, 75 à 80 % de la résistance totale est atteinte, et après 90 jours, 95 % sont atteints.

Béton haute performance

Le béton haute performance a une résistance, une maniabilité et une durabilité supérieures à celles du béton ordinaire. Il a des propriétés mécaniques à long terme et une résistance au jeune âge. Il peut résister aux environnements difficiles et résiste au fluage et au retrait, ce qui minimise la fissuration. La force varie de 10 000 à 15 000 psi.

Béton armé

Le béton armé utilise diverses formes d'acier comme armature. La combinaison du béton (avec sa haute résistance à la compression) et de l'acier (avec sa haute résistance à la traction) confère au béton armé ses propriétés de résistance uniques. Le béton armé a la capacité de supporter de nombreuses formes de contraintes dans tout type de construction.

Béton préfabriqué

Le béton préfabriqué coule le béton dans des moules dans un environnement contrôlé. Une fois complètement durcis et durcis, ils sont transportés sur le chantier. L'étape de durcissement se déroule dans des conditions contrôlées où la température et l'humidité sont surveillées. Le durcissement à la vapeur est parfois utilisé pour produire des produits préfabriqués à haute résistance avec moins de temps de durcissement.

Béton léger

Le béton léger est tout béton dont la masse volumique est inférieure à 240 kg/m³. Il comprend le béton de granulats légers, le béton cellulaire et le béton cellulaire autoclavé. Le béton léger améliore généralement les capacités thermiques et la résistance au feu. Cependant, il est plus sensible au fluage et au retrait.

Béton drainant

Le béton drainant permet à l'air ou à l'eau de circuler à travers une série de trous ou de vides créés dans le béton. L'eau peut s'écouler naturellement, permettant le drainage des eaux de surface et la reconstitution des eaux souterraines. C'est un matériau de développement à faible impact qui protège la qualité de l'eau et est utilisé dans la construction durable.

Applications concrètes

Avant de commencer toute application de béton, le type de béton approprié doit d'abord être déterminé. Par exemple, le béton armé convient aux matériaux de construction nécessitant une résistance à la traction élevée, tels que les colonnes et les poutres. Le béton léger est idéal pour construire des blocs de béton légers pour la construction de maisons.

Le béton est un matériau polyvalent et ses applications sont nombreuses. Les caractéristiques malléables mais résistantes du béton en font un matériau de base idéal pour la construction de bâtiments, d'infrastructures urbaines et de divers produits préfabriqués.

Les bâtiments en béton sont résistants au feu et réduisent la consommation d'énergie tout en offrant une meilleure qualité de l'air intérieur.

Matériaux de construction

Le béton est largement utilisé pour construire des maisons et des bâtiments commerciaux, ainsi que des installations connexes telles que des allées et des colonnes. Le béton isolant garde la chaleur à l'intérieur des murs, réduisant ainsi la consommation d'énergie de plus de 40 %. Le béton mangeur de smog peut aider à réduire les oxydes nitriques dans les environnements pollués environnants de plus de 60 %. Les bâtiments en béton nécessitent moins d'entretien et durent plus longtemps, tout en offrant une meilleure qualité de l'air intérieur. D'autres avantages incluent la résistance au feu, au vent et aux ouragans.

Les autoroutes en béton sont suffisamment résistantes pour résister à l'impact constant des véhicules lourdement chargés.

Routes et autoroutes

Les routes et autoroutes en béton sont très durables et nécessitent un entretien minimal. Ils ne sont pas sensibles aux restrictions de charge d'orniérage ou de dégel printanier. Ils sont suffisamment robustes pour résister à un trafic constant de véhicules lourdement chargés.

La construction de ponts en béton est rentable et permet des finitions architecturales et décoratives.

Ponts

Le béton est l'un des matériaux les plus économiques et les plus rapides pour la construction de ponts; il est couramment utilisé pour les superstructures de ponts (les parties supérieures des ponts). Il s'agit notamment des terrasses, des bordures, des trottoirs et des barrières de circulation latérales. Avec une bonne planification et en utilisant des produits préfabriqués en béton, le processus peut être réalisé de manière efficace et compétitive. Des impacts visuels et des éléments décoratifs peuvent également être ajoutés.

Les bornes en béton offrent une certaine protection contre les chocs tout en complétant l'architecture environnante.

Bornes

Le béton préfabriqué est utilisé pour les dispositifs de guidage du trafic tels que les bornes en béton. Ces bornes en béton peuvent compléter l'architecture environnante tout en offrant une protection contre les impacts des véhicules. Ils sont généralement renforcés avec des barres d'armature en acier revêtues d'époxy pour ajouter à leur durabilité. Les bornes en béton sont idéales pour les zones à fort trafic telles que les entrées de bâtiments et les parkings pour aider à protéger les piétons et les meubles.

Les barrages en béton utilisent des armatures en acier pour plus de durabilité et placent des conduites d'eau dans le béton pour limiter la fissuration.

Barrages

Les barrages sont l'une des structures les plus exigeantes et les plus importantes en béton. Le barrage du Grand Dixence en Suisse a nécessité 6 millions de mètres cubes de béton pour être construit. Il utilise également des armatures en acier pour ajouter une résistance maximale aux propriétés du béton. Pour limiter toute fissuration, l'eau circule par des tuyaux dans le béton. La conception des barrages nécessite une sélection rigoureuse du mélange de béton avec le bon type d'agrégats.

Entretien

Même avec ses propriétés résilientes, le béton nécessite toujours un entretien approprié pour prolonger sa durée de vie. Le béton doit être nettoyé au moins une fois par an pour enlever la crasse et la saleté, ainsi que la rouille ou d'autres taches. Les fissures doivent également être régulièrement réparées pour une surface structurellement saine. Le fait de ne pas réparer les fissures peut entraîner une intrusion d'eau, causant des problèmes avec le sous-sol. Le scellement périodique de la surface réduit l'infiltration d'humidité et les taches. Cela empêchera également la saleté et les mauvaises herbes de se former à travers ces joints.

Recyclage

L'industrie de la construction fait partie d'un mouvement zéro déchet avec 140 millions de tonnes de béton recyclées chaque année aux États-Unis. Lorsque les structures en béton sont démolies, les restes de béton sont recyclés pour de nouveaux projets de construction, du gravier, des pierres d'aménagement paysager et du paillis. Les granulats de béton sont collectés et passés dans une machine de concassage. Le béton avec des barres d'armature en acier subit le même processus, et les pièces métalliques sont retirées plus tard avec des aimants et d'autres dispositifs de tri.

L'objectif du recyclage n'est pas seulement d'éliminer le béton des décharges, mais de conserver l'énergie lors du retraitement. Le concassage du vieux béton sur place élimine le besoin de transport, réduisant ainsi les coûts et les émissions. Les grandes centrales mobiles sur route peuvent concasser du béton à 600 tonnes par heure. Les concasseurs plus petits peuvent broyer 150 tonnes par heure, avec l'avantage supplémentaire de pouvoir s'adapter à des zones plus restreintes.

Aménagements concrets

Le béton autocicatrisant vise à s'attaquer à l'un des plus grands défauts du béton :la fissuration. Une fois que le béton se fissure, cela peut entraîner la corrosion des armatures en acier utilisées dans la structure. La fissuration présente également des risques immédiats - les conteneurs en béton pour déchets toxiques peuvent avoir des résultats désastreux en cas de fissuration, sans parler des risques pour les travailleurs de maintenance. Les ingénieurs de l'Université de Gand ont été les pionniers de la recherche dans le développement du béton auto-réparateur. Il est rempli de polymères super-absorbants qui gonflent et bloquent les fissures du béton pour l'auto-guérison. La recherche et le développement concrets se poursuivent pour un avenir dans la construction qui fait progresser l'efficacité, la sécurité et la durabilité.