Les failles du béton cellulaire
Le béton cellulaire est un matériau de construction destiné au gros œuvre. Fabriqué exclusivement à partir de matières premières naturelles, il résulte d'un savant dosage d'eau, de sable, de ciment, de poudre d'aluminium ou de pâte d'aluminium, et d'air. Composition des matières pour réaliser le béton cellulaire :
• Environ 65 % de sable de quartz siliceux
• Environ 20 % de ciment (cpj32,5)
• Environ 15 % de chaux
• Environ 0,05 % de pâte ou poudre d'aluminium
• Environ 1 % de gypse
• De l'eau en proportion variable
Avec 1 m3 de matière première, on fabrique environ 5 m3 de produit fini, soit un bloc composé de 20 % de matière et 80 % d'air (valable pour un bloc en masse volumique de 400 kg/m³). 100 % des déchets avant autoclavage sont recyclés, et après autoclavage plus de 90 % sont remis dans le cycle de fabrication. En fonction de sa composition chimique, un béton est plus ou moins résistant; la résistance visée est la résistance minimale requise d'un béton pour pouvoir l'utiliser dans un bâtiment.
Par sécurité, la résistance visée, représente une majoration de 8MPa de la résistance désirée. Ainsi la résistance visée s'exprime par : f’c=Fc28+8
Le dosage en eau et ciment dépend de la résistance visée, et de la qualité du ciment et des granulats.Ainsi expérimentalement, on établie une relation entre l’ensemble de ces paramètres.
fc'=sc.G.(C/E- 0,5)
avec:
fc': résistance visée à 28 jours
C: dosage du ciment en kg/m3 de béton
E: dosage de l'eau en kg/m3 de béton
sc: Classe vraie du ciment en MPa
G : coefficient granulaire. Ce coefficient représente la qualité des granulats.
Tout d'abord, le problème de l'eau est l'un des plus conséquents. Dans le béton cellulaire, la proportion d'eau est extrêmement variable et à l'évidence, plus la proportion est importante, moins le matériau est onéreux. Ainsi, un grand nombre de bâtiments en béton sont construits à partir d'un matériau pauvre en ciment; cette sur-proportion est à l'origine de nombreux problèmes. On citera notamment une fragilité accrue de ces bétons, accompagnée d'une propension à la fissuration. Pour pallier ce problème, les scientifiques ont ajouté à la formulation traditionnelle du béton cellulaire des polymères tels que les méthacrylatates, les phosphonates et les carboxilates qui accroissent la résistance à l'usure du temps et repoussent la fissuration.
2/ LA CARBONATATION DU BÉTON
Cette fissuration peut aussi se produire dans le cas d'une carbonatation. La carbonatation est un phénomène chimique présent dans l'épiderme du béton tout au long de sa vie. La combinaison de l'hydrate de chaux (contenu dans le ciment) et de l'acide carbonique de l'air forme du calcaire en libérant de l'eau, le pH du béton baisse et la corrosion des aciers commence.
A partir d'une distance de 25 à 30 mm à l'intérieur du béton, il n'y a plus d'échange gazeux grâce aux dépôts de calcaire de la pâte du ciment. Le pH reste stable à une valeur d'environ 11. La corrosion ne se manifeste pas.
Compte tenu de l'absence d'échanges gazeux, les bétons immergés ne carbonatent pas. Il est à remarquer que des manifestations de carbonatation peuvent survenir sur des faces intérieures de béton lors de climatisation et d'humidification de l'air ambiant.
Dans le cadre d’une approche simplifiée, le mécanisme réactionnel de carbonatation de Ca(OH)2 est synthétisé par la réaction chimique hétérogène suivante :
Ca(OH)2 +
CO2 −→ CaCO3 + H2O
Cette carbonatation peut engendrer des problèmes telles que le "cancer du béton" représenté sur la photo ci-dessous.
On observe également des problème générique au béton : le phénomène du fluage. Ce phénomène résulte en premier lieu d'une migration d'humidité. En cas de charge plus importante, des micro-fissures se développent dans la pâte de ciment durcie. Un béton jeune est plus sensible au fluage parce que la structure du matériau résiste moins bien aux contraintes de compression et de traction internes. Le fluage est donc une déformation sous contrainte constante appliquée au béton.
On appelle retrait le raccourcissement graduel du béton au cours de son durcis- sement. On distingue les types suivants de retrait (voir aussi TGC8, p. 195 et suivantes):
− Le retrait plastique, dû à l’évaporation de l’eau de la surface libre du béton frais après sa mise en place, peut conduire à la formation de fis- sures superficielles qui n’atteignent que quelques millimètres ou cen- timètres de profondeur. Ce retrait peut influencer l’aptitude au service mais pas le comportement statique général de la structure.
− Le retrait chimique (ou intrinsèque) n’a pratiquement pas d’effet sur le comportement de la structure.
− Le retrait thermique résulte de l’augmentation de température due aux réactions chimiques d’hydratation. A son maximum, la tempéra- ture du béton peut atteindre 40 à 50°C lors de la prise. La diminution de température qui se produit ensuite provoque des gradients de dé- formation qui induisent des autocontraintes qui peuvent provoquer des fissures à la surface du béton, plus froide que le cœur de la sec- tion. Le retrait thermique peut avoir un effet important sur les auto- contraintes dans la section transversale tandis que son influence sur le comportement général de la structure est souvent négligeable.
− Le retrait endogène (appelé aussi retrait d’auto-dessication ou retrait d’hydratation) est une conséquence de la consommation interne d’eau lors de l’hydratation du ciment. Ce retrait ne devient important que lorsque le rapport eau/ciment (E/C) est petit. Il reste inférieur à 0.1 mm/m pour des bétons avec E/C > 0.45 alors qu’il peut atteindre 0.3 mm/m quand le rapport E/C est inférieur à 0.4 .
− Le retrait de dessiccation (ou de séchage) se produit par diffusion de l’eau vers les faces exposées au séchage en présence d’un gradient hydrique entre le béton et l’air ambiant. Ce retrait se produit très len- tement et dure plusieurs années. Il peut avoir des conséquences im- portantes sur le comportement statique de la structure. Le retrait de dessiccation varie généralement entre 0.2 et 1.0 mm/m (voir pages suivantes).
− Le retrait de carbonatation est généralement négligeable pour le comportement structurel.
Dans le passé, pour la composition du béton, on prescrivait des proportions théoriques de ciment, d’agrégat fin et d’agrégat grossier. Mais l’élaboration des ciments ayant fait des progrès considérables, de nombreux chercheurs ont exprimé des formules en rapport avec les qualités recherchées:
· minimum de vides internes, déterminant une résistance élevée;
· bonne étanchéité améliorant la durabilité
· résistance chimique;
· résistance aux agents extérieurs tels que le gel, l’abrasion, la dessiccation.
Ces recherches sont issues des failles des anciens bétons et ont enfin permis à la création des néobétons