Comment fonctionne le béton fluide

Si vous êtes comme la plupart des gens, vous n'avez probablement jamais longuement réfléchi au béton . Bien sûr, sa présence grise est tout autour de nous - sur nos routes, nos ponts , nos parkings et nos allées - mais il ne peut pas y en avoir tant que ça, n'est-ce pas ? Un camion s'arrête, le décharge dans une zone définie et il durcit. Voilà. Un trottoir est né. Mais vous pourriez être surpris du nombre de façons dont le vieux béton ennuyeux peut être mélangé et coulé, même pour une utilisation dans votre propre maison. En fait, une "recette" est devenue si populaire au cours du dernier demi-siècle que vous la trouverez partout, des comptoirs de cuisine au barrage des Trois Gorges en Chine, le plus grand projet hydroélectrique au monde. Quel est ce matériau de construction incroyablement polyvalent et ultra-résistant ? La réponse est le béton fluide .

Tout béton commence par un mélange d' eau , de ciment et d'un certain type d' agrégat (comme le sable et le gravier) et durcit grâce à une réaction chimique qui se produit entre l'eau et le ciment (dont nous parlerons à la page suivante). Idéalement, le béton devrait contenir juste assez d'eau pour réagir complètement avec le ciment - plus ou moins d'eau affaiblira le produit final. Le résultat est un béton avec un faible affaissement , ce qui est une façon fantaisiste d'un ingénieur de dire qu'il a une consistance très épaisse lorsqu'il est mouillé. Bien que le béton à faible affaissement soit un béton durci solide, il est difficile de travailler avec lorsqu'il est mouillé car il n'est pas assez mince pour suinter dans des espaces restreints. Heureusement il y a des mélanges, ou des additifs chimiques, qui peuvent amincir le béton sans l'affaiblir (comme le ferait l'ajout d'eau au mélange). Un de ces adjuvants, appelé superplastifiant , est utilisé pour fabriquer du béton fluide. La superpuissance du superplastifiant est qu'il donne au béton un affaissement élevé sans lui voler sa résistance. Le béton contenant des superplastifiants est très fluide lorsqu'il est mouillé et très résistant lorsqu'il est durci.

Alors que le béton naturel existe depuis 7 000 ans et que le béton de ciment Portland moderne est utilisé depuis environ 200 ans, le béton fluide est une invention beaucoup plus récente. Les anciens expérimentateurs ont essayé d'amincir le béton avec des matériaux organiques comme le lait, le sang (oui, le sang) et le saindoux avec peu de succès. Ce n'est qu'à la fin des années 1950 et au début des années 1960 que des ingénieurs en Allemagne et au Japon ont développé pour la première fois des superplastifiants. La substance est arrivée sur le marché en 1964 et a été mise à disposition pour la première fois aux États-Unis au milieu des années 1970. En 1984, environ 90 à 100 millions de verges cubes (1,5 à 2,3 millions de mètres cubes) de béton fluide avaient été produits [source : Mielenz]. Aujourd'hui, son utilisation est largement répandue. Les entrepreneurs apprécient le fait qu'il pompe facilement, remplit les espaces étroits et nécessite peu ou pas de compactage pour éliminer les bulles d'air, tout en conservant sa haute résistance.

Mais bien sûr, ils doivent remercier la science pour ces bienfaits miraculeux. Comment les superplastifiants font-ils leur travail ?

1. La science derrière le béton fluide
2. Utiliser du béton fluide sur un chantier
3. Utiliser du béton fluide dans votre maison

Si vous y réfléchissez, le béton fluide est assez incroyable (oui, nous venons de dire que le béton est incroyable). Il semble plus humide et plus souple que le béton standard, même s'il contient la même quantité d' eau . Comment est-ce possible ? Donnez une salve d'applaudissements à un principe étonnamment simple que vous avez probablement appris en cours de sciences : l'électromagnétisme .

Pour comprendre le fonctionnement du béton fluide, il faut comprendre le fonctionnement des superplastifiants, car cet additif chimique est essentiellement ce qui différencie le béton fluide de son homologue standard. Les superplastifiants sont fabriqués à partir de sels de sodium ou de sels de calcium et sont classés de l'une des quatre manières suivantes: condensats de mélamine-formaldéhyde sulfonés, condensats de naphtalène-formaldéhyde sulfonés, lignosulfonates modifiés et autres tels que les esters d'acide sulfonique et les esters glucidiques. Ces termes sont certainement une bouchée, mais leur fonctionnement est assez simple. Lorsque le béton est mélangé pour la première fois, la présence d'eau fait que le cimentparticules à tirer les unes vers les autres, ce qui épaissit la charge. Les molécules de superplastifiant, constituées de longues chaînes et de maillons, se fixent sur les particules de ciment et leur confèrent une charge fortement négative. En conséquence, ils se repoussent, de la même manière que le pôle négatif d'un aimant poussera contre le pôle négatif d'un autre. Comme les particules de ciment ne sont plus attirées les unes par les autres, le béton reste fluide.

Cependant, l'effet des superplastifiants n'est que temporaire. Les particules de ciment, bien que repoussées les unes par les autres, s'hydratent lentement en réagissant avec l'eau du béton. Ce processus provoque la formation de cristaux d'hydroxyde de calcium et de silicate de calcium hydraté sur la surface ronde du ciment, créant une sorte de boule hérissée en forme de fruit de liquidambar. Les cristaux engloutissent lentement les superplastifiants afin qu'ils ne puissent plus fonctionner. Sans la charge négative pour séparer les particules de ciment, le béton s'épaissit à nouveau, généralement après environ 30 à 45 minutes. Plus de superplastifiants peuvent être ajoutés pour fluidifier à nouveau le béton, mais à mesure que les cristaux se développent et commencent à s'emboîter, des doses de plus en plus élevées sont nécessaires pour maintenir les particules de ciment à distance.

Il est clair que le béton fluide est une concoction assez magique. Mais comment est-il mis en œuvre sur les chantiers de construction ?

À moins que vous ne viviez sous un rocher, vous avez déjà vu quelque chose construit avec du béton fluide. (Ou, qui sait ? Peut-être que la roche sous laquelle vous vous trouvez est un morceau de béton fluide.) Les entrepreneurs et les ingénieurs l'utilisent souvent au travail car sa consistance plus fine le rend idéal pour une variété de projets.

L'un des avantages de l'utilisation du béton fluide dans la construction est la facilité avec laquelle il peut être pompé là où les camions ne peuvent pas aller. Pour pousser le mélange mince, les constructeurs le versent dans la trémie d'une pompe spécialement conçue montée sur un camion ou une remorque. La pompe déplace le mélange à travers des tuyaux en caoutchouc ou en acierqui soit courent le long du sol pour déplacer le béton horizontalement, soit sont attachés à un bras mécanique (ressemblant à celui d'une nacelle élévatrice) pour le transporter verticalement. Parce que le béton fluide est si mince, les entrepreneurs peuvent le pomper sur de grandes distances ou sur de grandes hauteurs sans avoir à augmenter la pression pour le maintenir fluide comme ils le feraient avec du béton standard plus épais. Vous pourriez le comparer à la différence entre aspirer un soda à travers une paille et aspirer un milkshake à travers une paille ; la boisson plus fluide nécessite simplement moins d'efforts pour être bue.

Le béton fluide peut également être utile pour remplir des coffrages - des structures généralement en bois ou en acier qui aident le béton à conserver sa forme lorsqu'il est humide. Vous avez probablement déjà vu des formes simples bordant des trottoirs ou des allées sur des chantiers de construction ; ils sont retirés lorsque le béton durcit. Les coffrages particulièrement étroits (comme ceux des murs), fortement renforcés (avec des treillis en acier ou des tiges appelées barres d' armature ), ou comportant des éléments intégrés (comme des tuyaux ou des boulons), peuvent être remplis de béton fluide car il est capable de s'infiltrer dans des espaces et serrer les obstacles.

L'utilisation de béton fluide réduit également le travail à effectuer sur le chantier. Pour les constructeurs qui tentent de couler une fondation de niveau pour un bâtiment ou une autre structure, le béton fluide est suffisamment mince pour pouvoir se niveler à peu près, un peu comme l'eau d'une piscine lorsqu'elle devient très immobile. Le temps est également gagné car il n'y a pas de processus de compactage pour le béton fluide. Le béton standard doit être compacté à l'aide d'un outil spécial constitué d'un petit moteur à essence ou électrique relié à un tuyau court qui vibre à son extrémité. La vibration élimine les poches d'air qui peuvent s'être emprisonnées dans le mélange lorsqu'il a été versé. Le béton fluide n'a pas besoin d'être compacté car l'air est moins susceptible d'être emprisonné dans le mélange fin et épais.

Les inconvénients du béton fluide

Malgré les nombreux avantages du béton fluide, il y a aussi quelques inconvénients. Parce qu'il est si mince, les coffrages dans lesquels le béton fluide est coulé doivent être bien scellés, sinon il pourrait fuir. Sa consistance liquide rend également le béton fluide sujet à la ségrégation - une condition dans laquelle le gravier lourd ou l'agrégat de pierre concassée se dépose au fond du mélange, ce qui affaiblit le produit durci. Enfin, les superplastifiants utilisés pour fabriquer les bétons fluides sont assez chers. À un coût supplémentaire de 8 $ à 14 $ ou plus par mètre cube de béton (1 mètre cube = 0,76 mètre cube), le coût d'un grand projet peut vraiment s'additionner rapidement.

Lorsque la plupart des gens pensent à des projets impliquant du béton , ils imaginent un parking - peut-être un parking qui s'étend sur ce qui semble être des kilomètres à l'extérieur d'un magasin à grande surface. Mais le béton fluide trouve son chemin dans des endroits inattendus et moins ternes - en particulier les maisons des gens.

Compte tenu de la capacité d'auto-nivellement du béton fluide, il ferait probablement une assez bonne dalle de sol ou de patio dans et autour de la maison. Cependant, étant donné le coût supplémentaire des superplastifiants qui amincissent le béton, une telle utilisation ne serait probablement pas rentable. Ainsi, l'utilisation la plus courante du béton fluide dans la maison est pour les comptoirs de cuisine.

C'est vrai, les comptoirs de cuisine. Vous les avez probablement déjà vus fabriqués à partir de formica , de carreaux et de granit , mais les comptoirs en béton deviennent de plus en plus populaires ; ils sont ultra-durables et ont un look contemporain. Les comptoirs en béton sont fabriqués avec du béton fluide ou rigide . Le béton rigide a une consistance très épaisse - presque comme de l'argile - et son agrégat est généralement du sable. Cela signifie qu'il est très facile à appliquer sur les coffrages, mais finira par avoir de petits cratères à la surface où les bulles d'air sont piégées contre le moule et ne peuvent pas s'échapper à travers l'épais béton mastic. Certaines personnes préfèrent ce look - qui rappelle la pierre - mais une surface plus lisse peut être obtenue en utilisant du béton fluide.

Lorsque le béton fluide est utilisé pour fabriquer des comptoirs, l'agrégat est généralement un peu plus grossier - gravier ou pierre concassée - et, comme pour les mélanges utilisés dans la construction, il comprend des superplastifiants. Les superplastifiants signifient que le comptoir aura une finition lisse et qu'il sera solide et moins susceptible de rétrécir et de se fissurer. Néanmoins, cette consistance mince signifie que les coffrages doivent être plus étanches que ceux utilisés avec du béton rigide. Plus votre cuisine est sophistiquée, plus les choses se compliquent. Si vous vouliez, par exemple, un évier intégré dans votre plan de travail, un mélange rigide pourrait être pressé autour d'une forme simple car il se maintient en place, mais un mélange fluide et fluide nécessite une forme plus complexe pour supporter le béton de tous les côtés.

Les comptoirs en béton peuvent être installés de différentes manières. Les artisans peuvent les fabriquer dans un atelier puis les installer dans votre maison, ou ils peuvent être coulés sur place, directement dans votre cuisine. Dans tous les cas, le béton devra être renforcé avec des barres d'armature ou un treillis métallique. Vous pouvez supposer que le produit final aura un aspect gris et industriel, mais ce n'est pas toujours vrai : divers pigments peuvent être ajoutés pendant le processus de mélange pour donner au béton une couleur personnalisée adaptée à vos goûts spécifiques. Une fois terminés, ces comptoirs peuvent constituer un ajout magnifique et durable à votre maison.

C'est du vieux béton !

Le plus ancien béton artificiel jamais découvert - dans le sol d'un abri primitif de l'actuelle Yougoslavie - date d'environ 5600 av.

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