La composition chimique du béton

Par Isabelle Robinson, M.Sc.4 mars 2019

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Le béton est un élément important des infrastructures modernes. Il est utilisé dans les bâtiments, les routes, les ponts et les barrages. Il est connu pour sa résistance élevée à la compression et sa polyvalence, ce qui en fait un matériau idéal pour la base de la plupart des structures.

Le béton est en fait un mélange de ciment (le liant), d’eau et d’une certaine forme de granulat (la charge). Cela signifie que le béton est un matériau composite. En outre, le ciment est également un matériau composé, car il s’agit d’un mélange de calcaire et d’argile. Il est fabriqué en brûlant les deux composés ensemble à des températures extrêmement élevées allant de 1400 à 1600°C.

Bien qu’il existe une gamme de ciments disponibles sur le marché – en plus des nouvelles recherches sur les alternatives durables – le type de ciment le plus populaire est connu sous le nom de ciment Portland. Le ciment Portland utilise du CaCO3 broyé (également connu sous le nom de calcaire), mélangé à de l’argile, du sable et du minerai de fer pour former une poudre homogène.

Cette poudre est chauffée aux hautes températures évoquées précédemment. Pour atteindre ces températures, le mélange est versé dans des fours qui consistent en de longs cylindres d’acier qui tournent sur un plan incliné. Selon la taille du four, les matériaux peuvent prendre jusqu’à deux heures pour passer lentement à travers le cylindre. Ce processus lent permet aux différents éléments du matériau de réagir. La réaction de ces matériaux implique les processus suivants :

1. Évaporation – la première étape du processus est la perte d’eau du mélange en raison de l’évaporation.
2. Calcination – la décomposition se produit dans le mélange sec en raison de la perte d’eau et de dioxyde de carbone.
3. Calcination – le mélange subit ensuite une transformation dans laquelle des silicates de calcium sont formés. Ce sont des morceaux de la taille de billes.
4. Refroidissement – une fois que le mélange sort du four, on le laisse refroidir jusqu’aux températures de travail.

Le clinker refroidi est ensuite broyé une fois de plus, et un composé connu sous le nom de gypse est ajouté au mélange. Ceci dans le but de réguler la prise du mélange. Dans le ciment Portland, 5 % de sa composition chimique est constituée du minéral gypse.

Les principaux composés qui composent le ciment Portland sont le silicate tricalcique, le silicate dicalcique, l’aluminate tricalcique, l’aluminoferrite tétracalcique et le gypse. Une fois ce processus terminé, le ciment est emballé et stocké pour être utilisé dans le béton à une date ultérieure.

Le béton peut être créé sur place à l’aide d’un tambour métallique rotatif, connu sous le nom de mélange de ciment. Le ciment est réhydraté avec de l’eau pour obtenir une consistance épaisse et des granulats gros ou fins sont ajoutés en fonction de l’utilisation prévue.

Les granulats sont une partie importante du mélange de béton car ils déterminent les caractéristiques souhaitées du béton. Tous les granulats sont connus pour être chimiquement inertes mais varient en termes de formes, de tailles et de matériaux. Les plus couramment utilisés sont un mélange de sable fin et de pierre grossière. Ils constituent également la plus grande partie de la composition matérielle du béton, idéalement entre 70 et 80 % du volume. Le béton doit ensuite être vibré, afin de libérer les bulles d’air qui pourraient compromettre l’intégrité structurelle du matériau. Une fois coulé, le béton a besoin d’au moins 28 jours pour durcir et atteindre sa pleine résistance.

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Citations