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2. Liants hydrauliques alternatifs

Des solutions pour réduire l'impact environnemental du béton.

Liants hydrauliques alternatifs / béton écologique
Cimenterie, par Gavin Houtheusen, sous licence CC

Les composés alternatifs peuvent provenir de sous-produits industriels. On qualifie alors le béton de « béton recyclé ». 

La production de ciment est très énergivore et contribue à une grande part d’émissions de gaz à effet de serre; 0,7 tonne de CO2 équivalent pour une tonne de ciment. Comment réduire l’impact environnemental de cette production? En remplaçant une part du clinker par des liants hydrauliques. La consommation d’énergie et de ressources lors de la production du ciment sera ainsi réduite, tout comme les rejets de CO2. 

A. LE CIMENT PORTLAND AU CALCAIRE (CPC)

Le ciment portland au calcaire (CPC) est une nouvelle catégorie de ciment exploitée en Europe depuis plus de 50 ans et acceptée par le Code du bâtiment depuis 2010, ainsi que par le ministère des Transports du Québec depuis 2013. Pour reconnaitre le CPC, la lettre L est ajoutée à la dénomination du type de ciment (le ciment au calcaire de type GU s’appelle le GUL). Le CPC est obtenue en cobroyant du clinker avec une proportion de 6 à 15% de pierre calcaire. Lors de sa fabrication, le clinker et la pierre calcaire sont spécifiquement broyés afin d’obtenir des performances mécaniques identiques au ciment portland ordinaire.

On aime :
  • Peut remplacer jusqu'à 100% du ciment ordinaire et sa teneur en contenu recyclé pré-consommation varie entre 10 et 15%
  • Permet de réduire de 10% les émissions de GES par rapport à la production de ciment portland ordinaire
  • Peut être mélangé à d’autres ajouts cimentaires tels que le laitier de haut fourneau, les cendres volantes et la fumée de silice
  • Possède des performances mécaniques et une durabilité similaires au béton fait avec du ciment portland ordinaire

Au Québec, le CPC est disponible chez les cimenteries de Ciment Québec, CRH et Lafarge.

Il est préférable d'entrer en contact avec les représentants des producteurs de béton de votre région afin d’obtenir des informations plus précises sur les produits disponibles pour votre projet.

B. LES CENDRES VOLANTES

Les cendres volantes sont des cendres issues des gaz de combustion des centrales électriques au charbon. Elles sont récupérées par des systèmes de collecte après la combustion du charbon. Au Canada et aux États-Unis, la production de cendres volantes s’élève à 60 millions de tonnes par année; elles sont destinées à être transférées dans des décharges. La revalorisation de ces cendres permet de réduire à la fois l’impact environnemental de la combustion du charbon et de la production de ciment.

Il existe deux types de cendres volantes. Les cendres de classe F ont des propriétés pouzzolaniques et proviennent de la combustion de charbon anthracite et de charbon bitumineux. Les cendres de classe C ont, en plus des propriétés pouzzolaniques, des faibles propriétés cimentaires. Elles proviennent de la combustion de lignite et de charbon sous-bitumineux. Au contact de la chaux et de l’eau, les pouzzolanes peuvent former des composés cimentaires et ainsi remplacer une part du ciment portland.

On aime :
  • Peut remplacer jusqu’à 30% de ciment portland
  • Peut être mélangé à d’autres ajouts cimentaires tels que le laitier de haut fourneau et la fumée de silice
  • L’ouvrabilité est la capacité du béton à pouvoir être mis en œuvre facilement. Elle caractérise la fluidité du béton.

    Diminue la quantité d’eau nécessaire lors de la mise en place du béton

  • Améliore l’ouvrabilité 
  • Diminue la perméabilité
  • Réduit la fissuration thermique
  • Améliore la résistance aux sulfates
  • Diminue les risques de réaction alcalis-granulats lorsque des granulats réactifs sont utilisés
On aime moins :
  • Nécessite une bonne cure (protection contre la perte d’humidité)
  • Développement des résistances à 56 jours plutôt que 28 jours, ce qui entrainera une durée plus longue du chantier
  • Réduit la résistance au gel-dégel et à l’écaillage
  • L’impact environnemental lié au transport des cendres volantes est significatif (il n’y a pas de centrale au charbon au Québec)
Des ciments à base de cendres volantes sont disponibles chez certaines cimenteries :
  • Sous la forme du TerC³ pour la cimenterie CRH
  • Sous la forme ENERCEM pour la cimenterie Ciment Québec

C. LES LAITIERS DE HAUTS FOURNEAUX

Les laitiers de hauts fourneaux sont, tout comme les cendres volantes, des sous-produits de l’industrie qui peuvent être revalorisés comme ajouts cimentaires. Ils proviennent de la fabrication de la fonte dans les hauts fourneaux sidérurgiques. Le laitier est composé de matériaux non ferreux, des fondants et des cendres de coke. Une fois sorti du haut fourneau à une température de 1450°C, le laitier en fusion peut être refroidi de différentes manières afin de créer plusieurs laitiers aux spécificités différentes : refroidi à l’air, bouleté, granulé et expansé. Le laitier bouleté et granulé après refroidissement par eau prend la forme de sable très fin. Il est ensuite mélangé au clinker du ciment ordinaire.

On aime :
  • Peut remplacer jusqu'à 50% de ciment portland ordinaire
  • Peut être mélangé à d’autres ajouts cimentaires comme les cendres volantes et la fumée de silice
  • Réduit la fissuration thermique
  • Possède une faible perméabilité
  • Améliore l’ouvrabilité
  • Améliore la résistance aux sulfates, aux chlorures et à la corrosion
On aime moins :
  • Nécessite une bonne cure
  • Augmente l’impact environnemental (dû à l’acheminement depuis l’Ontario ou les États-Unis), comparativement aux autres liants hydrauliques.
Des ciments à base de laitier de haut fourneau sont disponibles chez certaines cimenteries, mais, encore une fois, il est conseillé de contacter un représentant de cimenterie ou votre producteur de béton afin d’obtenir plus d’information sur les produits disponibles pour votre projet :
  • Sous la forme MAXCemMD et TERCEM 3000 pour la cimenterie Lafarge
  • Sous la forme GUb-S pour la cimenterie CRH

D. LA FUMÉE DE SILICE

La fumée de silice est aussi un sous-produit de l’industrie qui peut être valorisé en tant qu’ajout cimentaire. Elle est obtenue lors de la production du silicium et des alliages de ferrosilicium. Elle est extraite en surface des fours à arc, puis filtrée avant d’être densifiée pour faciliter sa manipulation. Le principe de densification permet de transformer la fumée de silice en particules 100 fois plus petites qu’une particule de ciment portland ordinaire. Ces particules plus petites permettent d’obtenir un ciment plus dense afin d’obtenir un béton très résistant. Elle est ensuite mélangée au clinker du ciment ordinaire.

On aime :
  • Peut remplacer jusqu'à 10% de ciment portland ordinaire
  • Peut être mélangée à d’autres ajouts cimentaires comme les cendres volantes et le laitier de hauts-fourneaux
  • Réduction du ressuage et de la ségrégation
  • Possède une faible perméabilité
  • Améliore la résistance mécanique
  • Améliore la résistance aux sulfates aux chlorures, aux cycles de gel/dégel et à la corrosion
On aime moins :
  • Provient de la production de silicium et de ferrosilicium (impact environnemental élevé)
  • Faible ouvrabilité, nécessite des superplastifiants
  • Augmentation de la fissuration de retrait
Des ciments à base de fumée de silice sont disponibles chez certaines cimenteries :
  • Sous la forme ELEMENT GUb-SFMC pour la cimenterie Ciment Québec
  • Sous la forme GUb-SF ; GUb-F/SF (TerC³) pour la cimenterie CRH
  • Sous la forme Tercem3000 ; SFMC Cement pour la cimenterie Lafarge
  • Sous la forme GUb-SF pour la cimenterie Colacem

E. LA POUDRE DE VERRE

Voici un petit webinaire de 30 minutes de Verrox sur l'ajout de verre dans le béton, qui peut remplacer jusqu'à 30% du ciment portland.

La poudre de verre est un ajout cimentaire fabriqué au Québec. Il est le fruit de 10 années de recherche de la chaire SAQ de valorisation du verre dans les matériaux, fondée en 2005 à l’Université de Sherbrooke. En plus de réduire l’impact environnemental du béton, cet ajout cimentaire répond à la problématique de la valorisation du verre au Québec.

Une fois le verre récupéré, il est broyé pour devenir une fine poudre blanche. C’est ce qu’on appelle le processus de « micronisation ». Tricentris, centre de tri sans but lucratif issu du regroupement de municipalités situé à Lachute, dans les Laurentides, a construit la première usine de micronisation du verre en Amérique du Nord.

On aime :
  • Peut remplacer jusqu’à 30% du ciment ordinaire
  • Produit régional québécois (faible impact du transport)
  • Améliore l’ouvrabilité
  • Possède une faible perméabilité
  • Réduit les îlots de chaleurs
  • Possède un contenu recyclé post-consommation (très intéressant pour les projets LEED)
  • Offre une voie de revalorisation du verre qui n’est pas consigné
On aime moins :
  • Développement des résistances à 91 jours
  • Nécessite une attention particulière lors de la cure du béton (similaire aux cendres volantes)

La poudre de verre est disponible sous la forme Verrox déployée par Tricentris. Contactez un représentant de Verrox ou votre producteur de béton pour plus d’information.

Pour plus d’information, cliquez ici pour regarder le webinaire du professeur Tagnit-Hamou de la chaire SAQ sur la valorisation du verre dans les matériaux.

Même si le mélange est fait avant sa livraison sur chantier, il est bon de rappeler qu’il est très important de respecter les dosages du ciment et le type de béton nécessaire à la construction de l’ouvrage voulu, peu importe le type de composé alternatif choisi. On évitera ainsi tout sous ou surdimensionnement et toute surconsommation de ciment. Il est aussi important de bien évaluer la quantité de béton à livrer afin d’éviter toute perte lors de sa mise en œuvre. Les normes BNQ 2621-905 et CSA-A23.1-14 fournissent des procédures strictes aux producteurs de béton afin de garantir l’exactitude des volumes de béton livrés. Un calculateur est également disponible sur le site web de l’Association béton Québec.

 

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