Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
L’objectif de cet article est de présenter diverses fonctionnalités des surfaces de béton. En premier lieu, la diversité des aspects de surface et la variabilité de sa composition chimique sont expliquées à travers l’influence de nombreux paramètres (coffrages, agents de décoffrage, post-traitements...). Plusieurs techniques permettent la protection de la surface du béton vis-à-vis des agressions extérieures (taches, poussières, etc.). Puis sont présentées des fonctionnalisations visant à améliorer la qualité de l’air. Enfin, l’étude de nouvelles fonctions pour les façades des bâtiments (comme la production d’électricité photovoltaïque) clôture cet article.
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The objective of this article is to present various surface functionalities of concrete. First, the diversity of surface aspects and the variability of its chemical composition will be explained through the influence of many parameters (formworks, release agents, post-treatments, etc.). Several examples aimed at protecting the concrete surface from external aggressions (stains, dust, etc.) will be detailed. Then functionalizations aimed at improving air quality will be presented. Finally, the study of new functions for the facades of buildings (such as the production of photovoltaic electricity) will close this article.
Auteur(s)
-
Matthieu HORGNIES : Docteur en sciences et génie des matériaux, - HDR – Chargé de Recherche, - Centre de Recherche LafargeHolcim, Saint-Quentin-Fallavier, France
INTRODUCTION
La fonctionnalisation de surface des bétons est un domaine en plein essor, du fait de la commodité de production de ce matériau de construction, mais aussi de par l’ensemble des surfaces disponibles en milieu urbain. Cet article se propose de faire un état des lieux des différentes fonctionnalités, déjà disponibles sur le marché ou en cours d’élaboration, qui permettent d’envisager d’autres propriétés pour ce matériau de construction au-delà de ses propriétés intrinsèques de résistance structurelle et de durabilité. Après un rappel sur la variabilité intrinsèque de la composition des surfaces des bétons, nous répertorions les différents paramètres et procédés (coffrages, agents de décoffrage, post-traitements) impactant l’aspect du béton. Nous nous intéressons alors à sa coloration, en envisageant de colorer les bétons non plus dans la masse, mais via un transfert de pigments à sa surface. Sont ensuite présentés les leviers permettant d’agir sur l’interaction de l’eau vis-à-vis du béton (c’est-à-dire comment le rendre moins perméable, superhydrophile ou, au contraire, superhydrophobe). Les interactions entre polluants gazeux et les surfaces de béton sont ensuite explicitées, en étudiant l’influence de deux types de fonctionnalisation visant à améliorer la qualité de l’air : l’incorporation de pigments photo-catalytiques, ou de charbons actifs, au sein du béton. Enfin, l’adéquation de la surface du béton avec les moyens de production d’énergie photovoltaïque est présentée en décrivant deux procédés distincts de fonctionnalisation des façades de bâtiment : l’intégration par collage de cellules solaires sur des panneaux de bardage et le dépôt direct sous vide partiel de couches minces photovoltaïques sur le béton.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des sigles et des symboles utilisés.
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KEYWORDS
thin films | construction materials | surface treatments | fonctionnalisations
DOI (Digital Object Identifier)
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Sigles et symboles
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6. Glossaire
béton autoplaçant ; self-placing concrete
Béton se caractérisant par l’emploi d’adjuvants dits super--plastifiants et d’une plus faible quantité d’eau que les bétons traditionnels, garantissant une mise en œuvre facilitée (sans vibration) sans impacter les performances mécaniques après durcissement.
béton (fibré) à ultra haute performance ; ultra high performance (fiber reinforced) concrete
Béton bénéficiant de l’utilisation des adjuvants dits super--plastifiants tout en tirant partie des recherches menées dans les années 1990 sur l’empilement granulaire, et l’emploi de particules de types ultrafines et de fibres de renfort. Ils se caractérisent par un très faible rapport eau/ciment et par des performances mécaniques sans équivalence dans le domaine des bétons.
carbonatation ; carbonation
Au cours du temps, réaction de combinaison des hydrates formés à partir de la réaction du ciment et de l’eau, et notamment les cristaux de portlandite (Ca(OH)2), avec le dioxyde de carbone atmosphérique dissous dans l’eau capillaire selon la réaction : Ca(OH)2 + CO2 ⇒ CaCO3 + H2O. Dans les conditions ambiantes de température et d’humidité relative, la carbonatation est gouvernée par le transport du CO2 atmosphérique au sein de l’eau capillaire. Elle débute à l’extrême surface du béton et progresse vers le cœur du matériau. À noter que les silicates de calcium hydratés (C-S-H) se carbonatent aussi, mais plus lentement que la portlandite.
clinker ; clinker
Granules résultant de la cuisson à haute température du mélange d’argile et de calcaire. Le clinker Portland est principalement composé d’alite (C3S), belite (C2S), celite (C3A), et ferrite (C4AF). Le ciment est obtenu après broyage de ce clinker en présence d’un petit pourcentage de gypse.
hydratation ; hydration
Réactions chimiques caractérisées par la dissolution partielle de grains de ciment dans l’eau et la précipitation d’espèces chimiques conduisant à la formation de phases hydratées et à la prise du béton.
Dans le cas du C3S, on peut décrire sa réaction avec l’eau en 3 étapes distinctes :
-
(i) dissolution des grains de C3S :
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...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DE LARRARD (F.) - Concrete mixture proportioning. - E & FN Spon, London, United Kingdom (1999).
-
(2) - BEN AIM (R.) - Étude de la texture des empilements de grains. Application à la détermination de la perméabilité des mélanges binaires en régime moléculaire, intermédiaire, laminaire. - Thèse de doctorat, Université de Nancy (France) (1970).
-
(3) - HORGNIES (M.), WILLIEME (P.), GABET (O.) - Influence of the surface properties of concrete on the adhesion of coating: characterization of the interface by peel test and FT-IR spectroscopy. - Progress in Organic Coatings, 72, 360 (2011).
-
(4) - TAYLOR (H.F.W.) - Cement Chemistry. - 2nd Ed., Thomas Telford Publishing, London (1997).
-
(5) - ALLEN (A.J.), THOMAS (J.J.), JENNINGS (H.M.) - Composition and density of nanoscale calcium-silicate-hydrate in cement. - Nature Materials, 6, 311 (2007).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
EP1601626 – Cement-based paving blocks for photocatalytic paving for the abatement of urban pollutants.
WO2011045509 – EP2488279 – Use of a concrete-based element for the treatment of gases and volatile compounds.
WO2011095744 – Concrete element having a superhydrophobic surface.
WO2012020012 – EP2603471 – Concrete article comprising a surface with low open porosity.
FR2978693 – Composition de démoulage et procédé de fabrication d’une pièce moulée en béton.
EP20091887 – Composition de démoulage et procédé de préparation de pièces moulées.
FR2967688 – Composition de démoulage, utile pour la fabrication de pièce moulée en matériau à prise hydraulique, comprenant un agent tensioactif.
WO2015189096 – Photovoltaic concrete, production method thereof and construction element comprising such concrete.
WO2016042248 – Substrate made of a construction material, coated with a layer of polymers deposited by plasma technology and a thin film.
WO2017137824 – Method of manufacturing a photovoltaic concrete.
WO2019049036 – EP3453506 – Photovoltaic integration for building materials.
EP3501643 – Photocatalytic composite based-on kassite and perovskite and cementitious products containing it.
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