Dans sa forme la plus simple, le béton est un mélange de pâte et d’agrégats, ou de roches. La pâte, composée de ciment portland et d’eau, recouvre la surface des agrégats fin (petit) et grossier (plus grand). Grâce à une réaction chimique appelée hydratation, la pâte durcit et gagne de la force pour former la masse de roche appelée béton. Dans ce processus, la clé d’un trait remarquable de béton: il est plastique et malléable lorsqu’il est nouvellement mélangé, solide et durable lorsqu’il est durci. Ces qualités expliquent pourquoi un matériau, un béton, peut construire des gratte-ciel, des ponts, des trottoirs et des autoroutes, des maisons et des barrages.
Proportions
La clé pour la réalisation d’un béton solide et durable réside dans le dosage et le mélange des ingrédients. Un mélange qui n’a pas assez de pâte pour remplir tous les vides entre les agrégats sera difficile à placer et produira des surfaces rugueuses et du béton poreux. Un mélange avec un excès de pâte de ciment sera facile à placer et produira une surface lisse; Cependant, le béton résultant n’est pas rentable et peut facilement se fissurer. La chimie du ciment Portland prend vie en présence d’eau. Le ciment et l’eau forment une pâte qui recouvre chaque particule de pierre et de sable, les agrégats. Grâce à une réaction chimique appelée hydratation, la pâte de ciment durcit et gagne en force. La qualité de la pâte détermine le caractère du béton. La force de la pâte, à son tour, dépend du rapport eau / ciment. Le rapport eau-ciment est le poids de l’eau de mélange divisé par le poids du ciment. Le béton de haute qualité est produit en abaissant autant que possible le rapport eau-ciment sans sacrifier l’aptitude au travail du béton frais, ce qui lui permet de le placer correctement, de le consolider et de le durcir. Un mélange correctement conçu possède l’habileté souhaitée pour le béton frais et la durabilité et la résistance requises pour le béton durci. Typiquement, un mélange est d’environ 10 à 15% de ciment, 60 à 75% d’agrégat et 15 à 20% d’eau. L’air entraîné dans de nombreux mélanges de béton peut également absorber de 5 à 8 pour cent.
Autres ingrédients
Presque toute l’eau naturelle potable et sans goût ou odeur prononcée peut être utilisée comme eau de mélange pour le béton. Les impuretés excessives dans l’eau de mélange ne peuvent pas seulement affecter le temps de mise en place et la résistance du béton, mais aussi provoquer une efflorescence, une coloration, une corrosion des armatures, une instabilité du volume et une durabilité réduite. Les spécifications du mélange de béton imposent habituellement des limites aux chlorures, aux sulfates, aux alcalis et aux matières solides dans l’eau de mélange, à moins que des tests ne puissent être effectués pour déterminer l’effet de l’impureté sur le béton final. Bien que la plupart de l’eau potable soit adaptée pour mélanger du béton, les agrégats sont choisis avec soin. Les granulats comprennent 60 à 75% du volume total de béton. Le type et la taille de l’agrégat utilisé dépendent de l’épaisseur et du but du produit de béton final Les sections de construction relativement minces appellent un petit agrégat grossier, mais des agrégats de diamètre allant jusqu’à six pouces ont été utilisés dans de grands barrages. Une gradation continue des granulométries est souhaitable pour une utilisation efficace de la pâte. De plus, les agrégats doivent être propres et exempts de toute matière susceptible d’affecter la qualité du béton.
L’hydratation commence
Peu de temps après l’ajout des agrégats, de l’eau et du ciment, le mélange commence à durcir. Tous les ciments portland sont des ciments hydrauliques qui se solidifient et se durcissent grâce à une réaction chimique avec hydratation d’eau. Au cours de cette réaction, un noeud se forme à la surface de chaque particule de ciment. Le nœud se développe et se développe jusqu’à ce qu’il se lient avec des noeuds d’autres particules de ciment ou adhère à des agrégats adjacents. Une fois que le béton est bien mélangé et réalisable, il doit être placé sous forme avant que le mélange ne devienne trop rigide. Pendant le placement, le béton est consolidé pour le compacter dans les formes et pour éliminer les défauts potentiels, tels que les nids d’abeilles et les poches d’air. Pour les dalles, le béton est laissé au repos jusqu’à ce que le film d’humidité de surface disparaisse, puis on utilise un bouchon à main en bois ou en métal pour lisser le béton. Le flotteur produit une texture relativement uniforme, mais légèrement rugueuse, qui a une bonne résistance au glissement et est fréquemment utilisée comme finition finale pour les dalles extérieures. Si une surface lisse, dure et dense est nécessaire, le flottement est suivi d’une truelle en acier.
Le durcissement commence après que les surfaces exposées du béton ont durci suffisamment pour résister à l’ébauche. Le durcissement assure l’hydratation continue du ciment afin que le béton continue de gagner en force. Les surfaces en béton sont traitées par aspersion par brouillard d’eau ou par l’utilisation de tissus contenant de l’humidité tels que des tapis de coton ou de toile de jarret. D’autres méthodes de durcissement empêchent l’évaporation de l’eau en scellant la surface avec des sprays en plastique ou spéciaux appelés composés de durcissement. Des techniques spéciales sont utilisées pour guérir le béton pendant un temps extrêmement froid ou chaud pour protéger le béton. Plus le béton est long, il reste humide, plus fort et plus durable il deviendra. Le taux de durcissement dépend de la composition et de la finesse du ciment, des proportions de mélange et des conditions d’humidité et de température. Le béton continue de devenir plus fort à mesure qu’il vieillit. La majeure partie du gain d’hydratation et de force se déroule au cours du premier mois du cycle de vie du béton, mais l’hydratation se poursuit à un rythme plus lent pendant de nombreuses années.