béton

Béton (de fr. béton) est une matière de construction solide obtenue par durcissement du béton frais, ou matériau de construction obtenu en mélangeant un liant, un granulat et de l'eau, éventuellement d'autres additifs et adjuvants, qui après le durcissement acquiert les propriétés d'une substance solide.

Composition

Il se compose d'un mélange de :

• liant par exemple ciment mais aussi chaux, asphalte, déchets, magnésite (solives xylolitiques), résines macromoléculaires (béton plastique), gypse (cloisons acoustiques) et autres. Le béton à haute teneur en ciment est appelé gras, à faible teneur en ciment maigre.
• granulats par exemple des matériaux naturels inorganiques comme sable et granulats, mais aussi artificiels cendres, scories, litière et certains matériaux organiques comme par exemple des copeaux de bois, copeaux, liège, tourbe et autres. Les granulats peuvent avoir différentes granulométries.
• eau
• additifs
• adjuvants

Propriétés

Par ses propriétés, le béton armé (BA) appartient aux matériaux de construction les plus utilisés. Il a une résistance élevée en compression, mais faible en traction et cisaillement. La résistance en compression varie selon les besoins de 5 à 50 MPa. Le béton a les propriétés de la roche naturelle, la durabilité et la résistance (en compression 3-60 MPa, en traction environ dix fois moindre). Pour accroître la résistance en traction et la charge, il est armé d'armatures en acier et de fils et de grillages (béton armé). Sa résistance et ses propriétés varient selon la composition et le traitement du mélange. La résistance est aussi un inconvénient, car les rénovations des structures en béton sont très laborieuses. La résistance dépend principalement de la granulométrie du sable ou du gravier. Les bétons les plus résistants et les plus chers sont les bétons vibrés avec une faible granulométrie du sable. Il est facilement malléable et permet, avec l'aide du coffrage, de créer, dans les limites des possibilités statiques, des formes variées. Il est résistant aux substances chimiques, aux températures élevées, est durable et a une stabilité volumétrique. La durabilité du béton est grande dans l'eau et à l'air.

Le béton durcit environ 28 jours. Le durcissement ne s'arrête pas ensuite, le béton durcit, avec une bonne humidité presque à l'infini (même sous l'eau). Comme armature, on utilise principalement l'acier STN11xxx (acier de construction, acier pour béton). La liaison permet une dilatation thermique presque identique de l'acier et du béton .

L'inconvénient du béton est son poids, qui dépend des matériaux utilisés (principalement des granulats). Pour le béton ordinaire, la densité spécifique varie entre 2 000 et 2 400 kg/m³ et pour le béton armé entre 2 300 et 2 600 kg/m³. Pour les éléments préfabriqués, l'assistance des mécanismes de levage est nécessaire, ce qui augmente les coûts de construction. La conductivité thermique a aussi un effet négatif sur la construction et dépend de la densité du béton. Le volume du béton change pendant le durcissement, ce qui entraîne des fissures, celles-ci sont éliminées par des joints de dilatation.

Histoire

L'utilisation du béton s'est largement répandue à partir du 20e siècle. Le béton ordinaire était cependant déjà utilisé à une époque plus ancienne. Les Phéniciens, les Carthaginois, mais surtout les Romains anciens utilisaient le béton comme matériau de construction, comme le prouvent les constructions encore existantes comme les routes et les aqueducs, qui datent du 1er siècle de notre ère. Le béton ne fut plus utilisé pendant plusieurs siècles après la chute de l'Empire romain.

Le béton réapparut seulement en 1774, quand John Smeaton l'utilisa pour réparer les fondations du phare d'Edystone en Angleterre. Smeaton ajouta des scories de fer à la combinaison habituelle de chaux vive, de sable et d'eau. Ainsi naquit le premier béton moderne.^[1]

Le béton commença à être utilisé plus largement cinquante ans après l'introduction de la production du ciment Portland. Le brevet de sa production fut obtenu en 1824 par l'Anglais pierreux Joseph Aspdin de Leeds dans le comté de Portland. L'origine du nom ciment Portland provient justement de là. L'introduction de la production industrielle du ciment fut assurée en 1845 par l'Anglais Johnson, qui découvrit le procédé de cuisson du calcaire et de l'argile. Grâce à la production du ciment Portland, des constructions ingénieuses remarquables en béton ordinaire furent construites surtout en France dans la seconde moitié du 19e siècle. L'idée de combiner le béton avec des éléments en fer vint en 1849 au Français Joseph-Louis Lambot pendant la construction d'un bateau, lorsqu'il appliqua du mortier de ciment sur un filet métallique. Ce bateau fut utilisé pendant 60 ans. Six ans plus tard, il reçut le brevet pour la construction de bateaux en béton armé. En 1861 le Français Francois Coignet publia le premier livre sur le béton et son utilisation pratique dans le bâtiment. Le livre s'intitulait Les betóns aglomérés appliqués l'art de construire et décrivait l'application du béton armé dans les structures de construction. Sa propre maison en béton armé (Paris de 1862) existe encore.^[1] Peu après, l'avocat américain Hyatt publia en 1877 la découverte de l'avantage d'utiliser du béton armé sous flexion et en lien avec les incendies

Développement du béton

L'Anglais J. B. White construisit déjà une maison en béton en 1837 et le businessman français Francois Coignet déposa un brevet en 1856 pour l'insertion de barres d'acier précontraintes dans la pâte de ciment malgré tout, l'histoire réussie du béton armé ne commença qu'avec la découverte du jardinier parisien Joseph Monier. Monier cherchait une matière pour des tuyaux d'eau qui résisteraient au gel et découvrit ainsi de nouvelles propriétés du matériau : Lorsqu'on combine un mortier de ciment liquide avec un fil métallique, une liaison interne d'ordre organique se forme. Le ciment entoure les barres d'acier comme un muscle entoure l'ossature. L'importance d'une disposition correcte du treillis d'acier et donc la répartition des forces de compression et de traction à l'intérieur du béton, Monier ne le comprenait pas. Malgré cela, son brevet sur les réservoirs en béton pour fleurs de 1867 et le brevet ultérieur de 1878, qu'il déposa devant le conseil international, devint un commerce lucratif.

Cela mena à un long conflit avec le maître de Berlin Rabits, qui voulait aussi imposer son brevet sur l'insertion de fer dans le béton. Monier lui-même travailla sur plusieurs idées liées au béton armé, par exemple les cuves en béton armé. Il construisit des réservoirs d'eau, reçut des brevets pour plusieurs projets de ponts et soutint l'utilisation du béton armé pour les planchers, les voûtes, les caves et les ponts.

Comme il n'était pas ingénieur, il ne pouvait pas construire des ponts en France. Il vendit son brevet à des entrepreneurs en Allemagne et en Autriche (Wayss, Freitag et Schuster), qui construisirent les premiers ponts en béton armé en Europe. Par exemple, en 1884 dans Trèves, où l'entrepreneur Conrad Freytag s'initia au système de Monier. Celui-ci finalement obtint les droits pour le sud de l'Allemagne alors que les droits de brevet pour le nord de l'Allemagne furent pris par Gustav Adolf Wayss. En raison de la méthode de garantie de la construction, Wayss s'efforça d'utiliser des méthodes scientifiques et de nombreux tests de charge sur les voûtes de Monier, dont les résultats il publia en 1887 dans un ouvrage intitulé Système Monier et son application dans le bâtiment. Un pas constructif supplémentaire fut lorsque le Français Francois Henebique appliqua le principe à tous les éléments de construction, ce qui lui valut la création de la structure monolithique.

Traitements du béton

En raison des grandes exigences, le béton est produit industriellement dans des centrales à béton et transporté sur le lieu de destination par des malaxeurs. Pour les grandes constructions (routes, ponts) les centrales à béton sont construites près du chantier. Sur le lieu de destination, le béton est coulé dans un coffrage préalablement préparé coffrage et ainsi monolithe est formé. Pour les endroits difficilement accessibles, le béton est transporté aussi par une pompe à béton ou des seaux, qui sont soulevés par des grues. La pompe à béton est un camion spécialement modifié avec un bras hydraulique de longueurs de 20 à 70 mètres, sur lequel est fixé un tuyau en acier de diamètre 100 à 125 mm et avec l'aide de pistons hydrauliques pousse le mélange de béton dans le tuyau. Des quantités plus petites de béton peuvent être traitées manuellement sur place.

Le béton ciment ne peut pas être traité à basse température. L'eau, qui fait partie du mélange, gèle et la réaction chimique entre le liant et le granulat ne se produit donc pas. Si le béton est exposé à des températures élevées pendant le durcissement (par exemple, à la chaleur directe du soleil), il doit être arrosé pour éviter les fissures causées par l'évaporation de l'eau. Si, par contre, le béton est exposé à la pluie, il doit être protégé contre l'eau afin qu'elle n'érode pas le liant.

Types d'adjuvants

Les adjuvants de béton sont l'une des composantes du béton. Il s'agit de poudres fines qui sont ajoutées au mélange de béton pendant le mélange. Le volume des adjuvants dans le mélange de béton frais varie entre 10 – 40 % de la masse de ciment. Les adjuvants dans le béton ont pour but d'améliorer les propriétés technologiques du béton frais, ainsi que les propriétés mécaniques du béton durci.

• Cendres volantes
  • augmente la quantité d'eau de malaxage
  • augmente la résistance à long terme du béton
  • réduit la profondeur de carbonatation du béton

• Matériaux siliceux, scories
  • augmente la quantité d'eau de malaxage
  • influence la structure poreuse du béton (porosité augmente l'absorption)
  • augmente la résistance du béton
  • augmente la résistance du béton à l'environnement agressif (approprié pour l'industrie hydraulique et chimique)

• Pigments colorés
  • sont utilisés pour colorer le béton

Additifs de béton

Les additifs de béton sont l'une des composantes du béton. Il s'agit de composés chimiques qui sont ajoutés au mélange de béton pendant le mélange. Le volume des additifs dans le mélange de béton frais varie entre 2-50 g/m³.

• Additifs plastifiants
  • réduisent la tension de surface du béton
  • améliorent la travaillosité du mélange de béton (distance de transport plus longue)
  • réduisent la quantité nécessaire d'eau de malaxage
  • augmentent la résistance à la compression du mélange durci jusqu'à 10%

• Additifs stabilisants
  • réduisent le dégagement d'eau
  • réduisent la hauteur d'élévation d'eau
  • augmentent la densité du ciment durci, réduisent la porosité, empêchent la montée capillaire et l'absorption d'eau

• Additifs déaérants
  • créent un grand nombre de pores microscopiques
  • apportent la résistance contre le gel répétitif et les sels dégivrants

• Additifs ralentisseurs
  • ralentissent le durcissement et le durcissement du mélange de béton

• Additifs accélérateurs
  • accélèrent le durcissement et le durcissement du mélange de béton

• Autres additifs
  • inhibiteurs de corrosion
  • additifs biocides
  • additifs à gaz (pour la production de béton poreux)
  • remplissent la fonction d'adhésion (augmentent l'adhérence du nouveau mélange avec le béton déjà durci)

Types de béton

• Béton sec est un béton en vrac, qui peut être transporté sans l'aide de malaxeurs. Contrairement au mélange de béton traité normalement, on y ajoute une faible quantité d'eau. Il est le plus souvent utilisé lors de la construction d'autoroutes comme béton de fondation (stabilisation) sous la couverture asphaltique. Lors de la pose du béton sec, on le verse directement du plateau du camion dans un finisseur, qui pose uniformément des couches épaisses. Après le dépôt, on le roule et on l'arrose pour une meilleure résistance.

• Béton ordinaire est un béton sans armature ajoutée. Il est principalement utilisé comme béton de fondation. Son opposé est le béton armé.

• Bétons armés en acier: bétons armés

Béton précontraint, est préfabriqué en béton armé. Ce type de béton est produit en tendant mécaniquement l'armature dans le coffrage sur les valeurs souhaitées. On y ajoute un mélange de béton et l'ensemble est vibré dans le coffrage. Après le durcissement, l'armature d'acier étirée est libérée et la précontrainte est créée. Il a une résistance plus élevée en compression et est utilisé principalement lors de la construction de ponts.

Béton à armature filante, est un béton avec l'ajout de fibres d'acier qui augmentent sa résistance en compression. Il est utilisé pour les sols fortement chargés (sol de l'industrie) et pour les surfaces renforcées (parkings).

• Béton asphaltique (AB), est un granulat de différentes granulométries recouvert d'asphalte. Il est utilisé lors de la construction des couches de revêtement des routes (revêtements bitumineux).

• Types spéciaux:
  • Béton résistant à la chaleur – résistance à la chaleur dépend du granulat utilisé, lorsqu'on utilise un granulat de meilleure qualité, elle varie jusqu'à 800 °C et pour le béton armé jusqu'à 600 °C.
  • Béton décoratif – est un béton avec un fini de surface, principalement sur les façades ou les structures décoratives.

• Types allégés: sont des bétons dans lesquels on mélange du perlite, ou du polystyrène granulé - EPS. Il est principalement utilisé pour alléger et isoler les planchers des maisons familiales à plusieurs étages.
  • Types: béton aéré, béton poreux/béton de drainage (pour les systèmes d'évacuation), béton perlite

Utilisation

Il est utilisé principalement dans la construction pour la création de structures portantes, mais aussi dans l'horticulture et la sculpture. On produit aussi du carrelage verrouillé, des briques de coffrage, des pavés, divers préfabriqués comme des poutres, des panneaux, des poteaux, des bordures, des murs de soutènement, des canalisations, des gouttières, des garages, des puits, des cuvettes et autres.

Structures en béton

 

Armature corrodée dans le béton

Elles sont utilisées comme éléments porteurs à haute résistance ou comme éléments non porteurs/vides avec des propriétés d'isolation thermique. Les éléments porteurs de structure sont utilisés comme poteaux, planchers, dalle, piliers et autres. Les éléments porteurs routiers sont utilisés pour les sols industriels, les surfaces routières et aéroportuaires, ont une résistance accrue à l'usure mécanique et aux influences climatiques. Les structures hydrauliques ont une résistance accrue à l'action de l'eau et sont utilisées lors de la construction de barrages et de réservoirs.