Concrete Block Producing Equipment/Technology/fr
Technologie
Général
La construction en blocs de béton gagne en importance dans les pays en développement, même dans les logements à bas prix, et est devenue une alternative valable aux briques d'argile cuite, au sol stabilisé, à la pierre, au bois et à d'autres constructions courantes, à condition que les ingrédients soient disponibles localement, de bonne qualité et économiquement viables.
Les ingrédients essentiels du béton sont le ciment, les granulats (sable, gravier) et l'eau. Cependant, les caractéristiques physiques du matériau peuvent être extrêmement diverses, selon le type et les proportions relatives de ces ingrédients, l'ajout d'autres ingrédients et composants, ainsi que la méthode de production. Le béton est donc un matériau très polyvalent et peut être utilisé pour répondre à une grande variété d'exigences, qu'il soit utilisé pour les fondations, les dalles de plancher, les murs monolithiques coulés sur place ou pour la préfabrication de blocs de béton.
En supposant que les ingrédients et la fabrication soient de qualité moyenne, les principales caractéristiques des types de béton les plus courants sont :
- haute résistance à la compression, résistance aux intempéries, aux chocs et à l'abrasion ;
- faible résistance à la traction (mais peut être surmontée avec un renfort en acier)
- capacité d'être moulé en composants de toute forme et taille
- bonne résistance au feu jusqu'à environ 400°C.
Les principaux problèmes, notamment en ce qui concerne les pays en développement, sont les suivants :
- le besoin d'une quantité relativement importante de ciment, qui peut être coûteux et difficile à obtenir
- la nécessité d'une quantité relativement importante d'eau propre pour le mélange et le durcissement, ce qui peut constituer un problème sérieux dans les régions sèches
- la nécessité de connaissances et d'expérience particulières dans le processus de production
- le risque de détérioration par les sulfates présents dans le sol ou dans l'eau auxquels le béton est exposé.
Les entrepreneurs souhaitant se lancer dans la production de blocs de béton devront non seulement prendre en compte tous ces aspects techniques et économiques, mais également un certain nombre de facteurs environnementaux, sociaux et administratifs, par rapport à d’autres matériaux de construction alternatifs, avant d’entreprendre d’autres démarches vers la création d’une usine de fabrication.
Les informations sur la production de blocs de béton présentées dans ce dossier ne constituent toutefois qu'une brève introduction à la technologie et aux critères de sélection et d'achat des équipements. Il est conseillé au lecteur de se référer à la bibliographie sélective pour des informations détaillées.
Types de blocs de béton
Les blocs de béton sont produits dans une grande variété de formes et de tailles, qu'ils soient pleins, cellulaires ou creux, denses ou légers, durcis à l'air ou à la vapeur, porteurs ou non porteurs, et peuvent être produits manuellement ou à l'aide de machines.
- Les dimensions des blocs sont généralement indiquées par leurs dimensions nominales, qui correspondent à la longueur, la largeur et la hauteur réelles du bloc, plus 10 mm d'épaisseur de mortier ajoutées à chaque dimension. Ces dimensions sont généralement basées sur une conception modulaire coordonnée, le module de 10 cm étant l'unité de base. Les blocs de béton les plus couramment utilisés sont les blocs de pans coupés, d'une longueur nominale de 40 cm (demi-blocs : 20 cm), d'une hauteur nominale de 20 cm et de largeurs nominales de 8, 10, 15 et 20 cm. De plus, une grande variété de blocs non modulaires et de formes spéciales sont disponibles, tels que les blocs d'angle, de jambage, de linteau, de pilastre et à emboîtement, pour n'en citer que quelques-uns.
- Les blocs pleins ne présentent pas de cavités ou, selon les normes américaines, présentent des vides ne dépassant pas 25 % de leur section brute. Les blocs plus minces, de moins de 75 mm (3") de largeur, sont essentiellement pleins, en raison de la difficulté de formation de cavités.
- Les blocs cellulaires ont un ou plusieurs vides avec un lit fermé et sont posés avec cette « extrémité aveugle » vers le haut, évitant ainsi le gaspillage de mortier de pose, qui autrement tomberait dans les cavités.
- Les blocs creux sont les types de blocs de béton les plus courants, comportant un ou plusieurs trous ouverts de chaque côté. La surface totale des vides peut représenter 50 % de la section brute et, selon les normes britanniques, l'épaisseur de la paroi extérieure doit être d'au moins 15 mm ou 1,75 fois la taille maximale nominale des granulats, selon la valeur la plus élevée. L'utilisation de blocs creux en béton présente plusieurs avantages :
- ils peuvent être plus grands que des blocs solides et, si des granulats légers sont utilisés, ils peuvent être très légers, sans pour autant perdre une grande partie de leur capacité de charge ;
- ils nécessitent beaucoup moins de mortier que les blocs pleins (en raison des cavités et de la proportion moindre de joints, en raison de leur grande taille), et la construction des murs est plus facile et plus rapide ;
- les vides peuvent être remplis de barres d'acier et de béton, obtenant ainsi une résistance sismique élevée ;
- l'espace d'air assure une bonne isolation thermique, ce qui est avantageux dans la plupart des régions climatiques, à l'exception des zones chaudes et humides ; si cela est souhaitable, les cavités peuvent également être remplies de matériau d'isolation thermique ;
- les cavités peuvent être utilisées comme conduits pour l'installation électrique et la plomberie.
- Les bétons denses sont des bétons normaux dont la masse volumique dépasse 2 000 kg/m³, tandis que les bétons légers peuvent atteindre 160 kg/m³. Les premiers sont produits avec des granulats bien calibrés (avec une grande quantité de fines pour combler tous les vides) et un compactage complet, tandis que les seconds sont composés de granulats légers et/ou d'une forte proportion de particules monogranulaires de gros granulats (béton sans frais) dans un mélange maigre, non compacté, ou d'un mélange sable-ciment avec un agent moussant pour aérer le mélange. Le béton léger est généralement utilisé pour les blocs de béton, à condition que les ingrédients soient disponibles et que les résistances obtenues soient acceptables.
- La cure à l'air libre est la procédure standard pour le développement de la résistance du béton. Elle consiste à maintenir le béton humide pendant au moins 7 jours, puis à le laisser sécher à température ambiante. La cure à la vapeur, qui consiste à exposer le béton à de la vapeur à basse ou haute pression (en autoclave),
permet d'obtenir des résistances initiales élevées (la résistance à 28 jours du béton durci à l'air libre peut être obtenue en 24 heures). Cependant, dans les pays en développement, la cure à la vapeur est peu probable en raison de son coût élevé et de sa complexité. - La définition des blocs porteurs et non porteurs est assez complexe et dépend non seulement de la résistance à la compression des blocs, mais aussi du rapport entre leur hauteur et leur épaisseur, leur densité et leur proportion de vides.
- La production manuelle de blocs est la méthode la moins chère mais la plus laborieuse, et les blocs ne sont pas susceptibles d'atteindre les qualités supérieures obtenues par la production mécanisée beaucoup plus coûteuse.
Matériaux pour blocs de béton
Les ingrédients du béton pouvant être de types et de qualités très variés, non seulement en fonction de leur disponibilité locale, mais aussi des propriétés souhaitées des blocs, de l'équipement et du mode de production, il est impossible de donner des recommandations détaillées sur les matériaux et les proportions de mélange, au-delà de lignes directrices très générales. Il appartient au fabricant de sélectionner les matériaux et la composition des mélanges les plus adaptés par tâtonnements et en effectuant des essais avec l'équipement disponible dans les conditions d'une production à grande échelle.
Ciment
- Les ciments suivants sont couramment utilisés dans la fabrication de blocs de béton :
Ciment Portland ordinaire (OPC). Le type le moins cher et le plus couramment utilisé.
Ciment Portland à prise rapide (RHPC) : ciment plus finement broyé, qui durcit beaucoup plus vite que l'OPC. Il est particulièrement utile :
- lorsque l'espace de stockage est limité,
- lorsque la production rapide est importante, et
- pour produire des blocs de bonne résistance malgré une mauvaise granulométrie des granulats.
Ciment pour blocs : commercialisé spécialement pour la fabrication de blocs, il peut varier d'un fabricant à l'autre. Il offre les mêmes qualités de résistance initiale élevée que le RHPC, mais son prix est inférieur.
Ciments spéciaux : tels que le ciment Portland de haut fourneau, le ciment Portland résistant aux sulfates et autres, utilisés lorsque des propriétés particulières sont importantes. Le remplacement partiel du ciment par de l'apozzolane, par exemple des cendres de balle de riz ou des cendres volantes, peut être acceptable dans certains cas, mais ne doit pas être mis en œuvre sans essais préalables en laboratoire.
Agrégats
- Afin de faciliter le transport, la manutention et la pose des blocs de béton, il est nécessaire de réduire leur densité. Cela est possible en réduisant le compactage, en assurant une proportion relativement élevée d'espaces d'air entre les particules de granulats et/ou en utilisant des granulats légers. Il est donc important d'avoir une proportion relativement élevée de particules grossières, car un excès de granulats fins comblerait les espaces vides et augmenterait la densité. Cependant, une quantité soigneusement dosée de particules très fines est nécessaire pour produire la pâte de ciment nécessaire à la liaison des particules grossières.
- La granulométrie maximale des granulats grossiers est de 13 mm (ou 10 mm pour les blocs creux). Les pierres arrondies produisent un béton plus fluide que les particules anguleuses (cassées), mais ces dernières confèrent une meilleure résistance à l'état brut au bloc fraîchement démoulé, car les particules s'imbriquent. Ceci est très important pour la production de blocs de béton.
- Les granulats appropriés sont généralement obtenus à partir de sources naturelles (par exemple, lits de rivière, gravières, carrières de pierre, gisements volcaniques) ou de sous-traitants industriels (par exemple, argile expansée, laitier de haut fourneau refroidi à l'air, granulé ou expansé, cendres volantes frittées, etc.). Tous les granulats, qu'ils soient fins ou grossiers, doivent être exempts de limon, d'argile, de poussière, de matière organique, de sels ou d'autres impuretés chimiques susceptibles de perturber la liaison entre le ciment et les granulats ou de provoquer des réactions chimiques délétères.
Rapport granulats-ciment
- Après avoir déterminé le mélange correct d'agrégats, la proportion d'agrégats par rapport au ciment doit être déterminée par des essais avec différents rapports, par exemple 6:1, 8:1, 10:1, jusqu'à 16:1 en poids, en testant enfin les qualités des blocs produits.
- La proportion de granulats fins par rapport au ciment est d'une importance particulière : si le rapport est trop élevé, le mortier manquera de la cohésion nécessaire à la résistance à l'état vert et sera trop faible pour conférer suffisamment de résistance aux blocs mûrs ; si la proportion est trop faible, le mortier sera très cohésif et le mélange risque de ne pas s'écouler facilement lors de la manipulation et du remplissage du moule.
Rapport eau-ciment
- Seule de l'eau potable doit être utilisée pour le mélange du béton. La quantité d'eau à ajouter au mélange dépend du type et des proportions de granulats et de ciment, de la résistance requise du bloc, ainsi que de la méthode et de l'équipement de production utilisés. Le béton doit contenir juste assez d'eau pour faciliter la production sans que les blocs ne s'affaissent après le démoulage. Si les granulats sont secs, ils peuvent absorber une partie de l'eau (les granulats légers peuvent en absorber jusqu'à 20 % en poids), mais s'ils sont humides, le séchage des blocs sera plus long.
- Pour tester simplement la cohésion, aucun excès d'eau ne doit être visible lorsqu'un morceau de béton est pressé dans la main, mais si l'échantillon est frotté rapidement sur une barre ou un tube métallique rond et lisse (2 à 4 cm de diamètre), un léger film ou une pâte doit être amené à la surface.
Processus de production
Dosage et mélange
- Les granulats peuvent être dosés au volume ou au poids, mais ce dernier est plus précis. C'est pourquoi le ciment doit être dosé uniquement au poids, ou de préférence en utilisant uniquement des sacs entiers de 50 kg. Dans la production artisanale de blocs, où les normes de qualité sont moins strictes, le dosage au volume à l'aide de seaux, de boîtes, de caisses en bois ou de brouettes est tout à fait acceptable, à condition de veiller à l'uniformité des proportions du mélange.
- Comme le béton commence à prendre en 30 à 60 minutes, selon le type de ciment et la température ambiante, il faut préparer la quantité de béton nécessaire pour l'utiliser avant cette prise. Dans les climats chauds, le mélange frais doit être protégé du soleil pour éviter une prise prématurée.
- En cas de malaxage manuel, il doit être effectué sur une surface plane, lisse et dure (par exemple, une dalle de béton ou une plaque d'acier). En raison de la teneur relativement faible en ciment du béton et de la nécessité d'obtenir un mélange cohérent, un malaxage complet est essentiel. Ainsi, les meilleurs mélanges sont obtenus avec des malaxeurs mécaniques.
Moulage
- Les blocs de béton peuvent être moulés selon plusieurs méthodes, allant du compactage manuel du béton dans des moules en bois ou en acier à la production à grande échelle avec des machines mobiles de ponte et des machines fixes entièrement automatiques. La qualité des blocs augmente généralement avec le degré de mécanisation, mais des normes moyennes sont généralement suffisantes pour la plupart des applications de construction. Dans tous les cas, les blocs sont démoulés immédiatement après compactage, de sorte qu'ils doivent conserver leur forme avant même que le béton ne durcisse.
Durcissement
- Les blocs sont soit laissés à durcir sur place, soit transportés sur palettes jusqu'au lieu de durcissement. Dans tous les cas, il est important de maintenir le béton humide, par exemple en l'arrosant régulièrement, jusqu'à ce qu'il ait acquis une résistance suffisante. Cette opération peut prendre 7 jours ou plus, selon le type et la qualité du ciment. L'exposition des blocs à la vapeur permet un développement plus rapide de la résistance, mais cette méthode n'est envisageable que pour une production industrielle à grande échelle.
Construction en blocs de béton
Conception
- Afin de minimiser la découpe de blocs de béton, toutes les dimensions horizontales des murs doivent être des multiples de la hauteur nominale des demi-blocs (généralement 20 cm) et toutes les dimensions verticales doivent être des multiples de la hauteur nominale totale (20 cm). Ceci s'applique également à l'emplacement des portes et des fenêtres.
- Afin de minimiser le risque de fissuration, la longueur des sections de mur individuelles ne doit pas être supérieure à une fois et demie la hauteur.
- Les blocs creux doivent être spécifiés lorsqu'une bonne isolation thermique est requise. Ces blocs sont également utiles lorsqu'une stabilité structurelle supplémentaire est requise, par exemple dans les zones sismiques, car les cavités s'alignent verticalement et peuvent être remplies d'acier d'armature et de béton.
- Les blocs à surface rugueuse (texture ouverte), comme dans le cas de la plupart des blocs légers, sont avantageux, car ils
- offrent une meilleure adhérence au mortier de pose et aux finitions appliquées,
- ont moins d'attraction capillaire pour l'eau et sèchent plus rapidement après les pluies.
Construction
- Les blocs de béton doivent être parfaitement secs avant utilisation, sinon le séchage se poursuivra après la construction du mur et des fissures de retrait pourraient se former. Seuls des blocs secs doivent être utilisés et ne doivent pas être mouillés avant la pose. La préparation du mortier doit tenir compte du fait que les blocs absorbent une partie de l'eau.
- Les mortiers utilisés pour le scellement ne doivent pas être trop riches en ciment. Les mélanges ciment, chaux hydratée et sable (1:2:9 ou 1:1:6) offrent une forte rétention d'eau et une bonne maniabilité. Il est important que la résistance du mortier ne dépasse pas celle des blocs, afin que les joints puissent absorber un mouvement limité et éviter la fissuration des blocs.
