Le béton est un matériau de choix dans la construction et, selon les scientifiques, le restera pendant au moins 40 à 60 ans. Dans le même temps, la technologie de production de béton au cours des cinquante dernières années a peu changé. Bien que le processus de fabrication prenne beaucoup de temps, le matériel utilisé est structurellement assez simple et peu coûteux. Cela vous permet d'organiser la production de matériaux de construction populaires sans coûts élevés.
Historique
La technologie de la production de béton était connue même des anciens Sumériens, qui l'utilisaient largement il y a 4000 à 5000 ans. Plus tard, la technologie fut adoptée par les Babyloniens, les Égyptiens et d'autres civilisations. Récemment, en Serbie, ils ont découvert un bâtiment âgé de 7600 ans, dont le sol est coulé avec une couche de béton de 25 cm à base de calcaire. Les matériaux de construction anciens, bien sûr, diffèrent des matériaux modernes, mais le principe reste le même: le matériau de liaison, par l'action de l'eau, fixe le matériau de remplissage du ballast (sable, pierres, paille). Après séchage, le mélange devient très fort.
Après des millénaires, les anciens Romains perfectionnèrent la technologie. Ils ont constaté que les matériaux volcaniques contenus dans les Apennins (tuf, pierre ponce, cendre), en combinaison avec de l'eau, du sable et du gravier après le tassement et le séchage, deviennent aussi puissants que la pierre. Dans l'Empire romain, les institutions publiques, les aqueducs, les égouts et les maisons privées ont été massivement construits en béton. Jusqu'à présent, le plus grand bâtiment, dont le dôme est entièrement constitué de béton non armé, reste le Panthéon, érigé par les Romains il y a plusieurs siècles. Dans une certaine mesure, la Grande Muraille de Chine ressemble également à une structure en béton.
Après la chute de Rome, au Moyen Âge, la technologie a été perdue. Ce n'est qu'aux XVIIe et XVIIIe siècles que l'on a tenté de faire revivre les secrets oubliés des anciens bâtisseurs. En 1796, James Parker a breveté une recette pour la fabrication de "ciment romain" à base de pouzzolanes. En parallèle, les scientifiques recherchaient des liants alternatifs pouvant remplacer les matériaux volcaniques.
L'ingénieur de pont français Louis Vic a apporté une contribution importante. Il a constaté qu'un mélange de calcaire et d'argile produit un liant efficace. En 1828, il construisit un pont en ciment et, en 1840, il présenta au public un matériau révisé, le ciment Portland, encore largement utilisé aujourd'hui.
Description
Le béton est un matériau de construction artificiel commun. Lorsqu'il est solidifié, il prend la forme d'une pierre. Il existe différentes méthodes de production du béton, mais la plupart d’entre elles consistent à mélanger dans certaines proportions un liant (généralement du ciment), un agrégat (sable, gravier, etc.) et de l’eau. Pour améliorer la qualité du mélange, divers additifs peuvent être utilisés: hydrofuges, plastifiants et autres. Dans la fabrication du béton bitumineux, le bitume est utilisé à la place de l'eau.
La composition
Bien qu'il n'y ait pas beaucoup de composants en béton, il existe des milliers de marques dans le monde qui diffèrent par le pourcentage de matériaux et d'additifs utilisés. La composition classique du béton est la suivante:
- du ciment;
- sable;
- agrégat (gravier, pierre concassée, cailloux, argile expansée, etc.);
- de l'eau
- additifs (facultatif).
Le pourcentage de ces composants dépend de la qualité du béton requise, des caractéristiques du ciment, du coefficient d'humidité du mélange sable-gravier et des propriétés des additifs. Les proportions recommandées lors de l’utilisation du ciment M500 sont présentées dans le tableau.
Béton | Ciment, kg / pièces | Sable, kg / pièces | Pierre concassée, kg / pièces |
200 | 1 | 3,5 | 5,6 |
250 | 1 | 2,6 | 4,5 |
300 | 1 | 2,4 | 4,3 |
400 | 1 | 1,6 | 3,2 |
450 | 1 | 1,4 | 2,9 |
Le facteur le plus important est la quantité d'eau. En règle générale, il s'agit de 0,5 à 1 partie. Toutefois, il doit être calculé en fonction de la teneur en humidité du mélange, de la résistance souhaitée, du degré de fluidité, du temps de prise et des additifs utilisés. Le coefficient du rapport eau / ciment devrait idéalement être de 0,3 à 0,5. Avec un excès d'eau, la résistance du ciment fini diminue.
Production d'additifs pour béton
L'utilisation d'additifs est l'une des orientations stratégiques du développement de la technologie du béton. Il en existe environ 50 types dans le monde, avec plus de 50 000 marques, chaque substance (même les œufs de poule et l'urée) pouvant être considérée comme un additif au béton et aux mortiers. Pour améliorer la composition du béton, les scientifiques développent des additifs multifonctionnels qui produisent un effet synergique.
À la fin du XXe siècle, des superplastifiants ont été inventés et introduits - des additifs universels multicomposants dotés de propriétés plastifiantes et réductrices de l’eau. Cela a permis à la construction de passer à l'utilisation en masse de mélanges de béton coulé hautement mobiles et de béton à haute résistance, avec une résistance à la compression allant jusqu'à 80 MPa et une tension allant jusqu'à 4 MPa.
Compactage du béton
La technologie pour la production de béton à l'échelle industrielle comprend l'étape de compactage des mélanges de béton. En règle générale, cela se fait par vibration, au cours de laquelle des vides microscopiques sont remplis. La méthode centrifuge (sans vibration) pour former des produits en béton armé est également très courante, en particulier lors de la transformation du béton pour la fabrication de tuyaux sans pression.
Compactage par vibration
Le processus de fabrication d'un béton de haute qualité implique généralement l'utilisation d'installations vibrantes. Le type de formation de vibrations le plus répandu est le compactage par vibrations sur établi (chevalet). Dans ce cas, les moules avec le mélange de béton sont installés sur la plate-forme vibrante, qui est soumise aux vibrations du mécanisme vibrant.
Des plates-formes vibratoires de différents types sont utilisées pour les vibrations sur table, telles sont les caractéristiques technologiques de la méthode. Ils sont classés en fonction de la disposition de la table et de l’organe vibrant, de la capacité de charge et des principaux paramètres de vibration. La mise en page distingue:
- mécanismes ayant une table avec un excitateur de vibrations situé en dessous;
- plates-formes vibrantes de type bloc, constituées de blocs unifiés avec un excitateur de vibrations situé sous la table de l'un des blocs.
La capacité des sites est déterminée par la puissance des moteurs d'entraînement. Les plates-formes vibrantes les plus courantes avec une capacité de charge de 3, 5, 7, 10 et 15 tonnes, moins souvent - de 20 et 25. La capacité de charge des mécanismes de blocage est comprise entre 2 et 24 tonnes.
Technologie vibrante
La technologie la plus complexe pour la production de béton est celle des mélanges vibro-sous vide. Il se caractérise par une combinaison d'évacuation périodique avec vibration. Des vibrations sont effectuées pour la pose et le compactage du mélange de béton. En cours d'évacuation, la vibration est activée pendant un temps suffisamment court pour localiser le frottement entre les particules du mélange, afin de contribuer à un meilleur remplissage de l'espace gaz-vapeur.
La magnitude du vide est comprise entre 75 et 80% de la valeur absolue. Il en résulte un gradient de pression sous l’effet duquel des quantités excessives d’eau, d’air et de mélange vapeur-air sont envoyées des zones de pression atmosphérique vers des sources de vide et extraites du béton.
La vibrocompression est utilisée pour former de nombreux produits, en particulier pour la fabrication de dalles de pavage et d'éléments de chaussée, dans la fabrication de tuyaux en béton armé sensibles à la pression et d'autres produits à partir de mélanges rigides, principalement à grains fins.
Méthode de compactage centrifuge
L’essence de la formation centrifuge est que lorsque le formateur tourne avec une couche uniformément répartie de mélange de béton, il se crée une pression centrifuge sous l’influence de laquelle se produisent la séparation des parties de la phase solide et leur rapprochement, accompagnées du déplacement de l’eau avec des ions dissociés en suspension et des fractions de ciment fortement dispersées.
Pour éliminer l'hétérogénéité structurelle et texturale, qui réduit la résistance du béton, une méthode de compactage couche par couche du mélange de béton est proposée. Grâce à cette méthode, une texture de béton homogène est formée sur toute la section de la paroi du produit. Afin d'augmenter les propriétés physicomécaniques du béton centrifugé, une centrifugation répétée est appliquée après le relâchement du mélange compacté.
Équipement
L'équipement utilisé pour la production de béton varie considérablement: des simples malaxeurs à main aux complexes industriels à plusieurs niveaux. Pour les constructions privées, il est pratique d’utiliser des petits mélangeurs à béton mécanisés (électriques, diesel). Leur coût commence à partir de 5 000 à 6 000 roubles. Le chargement des composants est fait manuellement. Les inconvénients significatifs sont la complexité du dosage exact des matériaux ajoutés, le manque de mécanismes de compactage du mélange, une faible productivité.
Si l'objectif est d'organiser une petite entreprise privée, alors la meilleure option serait une centrale à béton mobile. L'équipement pour une mini-usine est relativement peu coûteux - à partir de 400 000 roubles, ce qui est moins cher qu'une voiture. En outre, la rentabilité de l'entreprise peut atteindre 1 million de roubles par mois.
Les lignes automatisées avec une installation puissante pour mélanger les composants, un système vibrant et le chargement du convoyeur dans un camion en béton coûtent plus cher. Au coût de 1,5 million de roubles, ils affichent une excellente performance pour fournir du béton aux clients privés et aux petites entreprises de construction.
Production industrielle
Les caractéristiques de la production de béton dans les entreprises spécialisées sont l'utilisation d'équipements puissants à plusieurs niveaux, d'installations vibrantes, vibrantes ou centrifuges, de divers additifs, de plastifiants. Ici, non seulement le béton est fabriqué, mais également ses produits finis - des dalles de pavage, des bordures d’égout et des égouts aux cages d’escalier, des structures préfabriquées pour la construction de maisons en panneaux, des éléments de ponts et des structures industrielles.
Dans les grandes entreprises, la quantité et la qualité des composants sont calculées dans les laboratoires d’usine au dixième de pour cent. Un équipement professionnel vous permet d’utiliser la quantité d’eau minimale permise, ce qui améliore considérablement la qualité du matériau fini. L’utilisation d’additifs augmente le temps de prise et le degré de fluidité du béton. Les centrales à béton mélangent le mélange jusqu'à obtenir une masse homogène d'une qualité inégalée pour les bétonnières bon marché.