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
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Présentation
Superhydrophobicité, superhydrophilie et perméabilité à l‘eau
En anglais
1. Paramètres influençant la composition et l’aspect de surface des bétons
Cette section présente les mécanismes physicochimiques à l’origine de la variabilité intrinsèque de la composition de surface des bétons. Nous résumons tout d’abord les principes fondamentaux liés à l’hydratation du ciment. Dans un deuxième temps, certains des paramètres liés à la mise en œuvre du béton et impactant sa composition de surface sont détaillés. Enfin, nous terminons par la présentation d’une méthode innovante de coloration de surface, donnant ainsi à cet article un premier exemple de fonctionnalisation de surface de béton.
1.1 Hydratation du ciment et description de la peau du béton
La composition de surface d’éléments en béton est différente de celle en volume ; en surface la présence de pâte de ciment hydratée est très significative, alors que les granulats (sable, cailloux) sont présents plus en profondeur. En effet, le contact avec les moules/coffrages produit une décroissance de l’empilement granulaire du fait de la restriction de mouvement des particules adjacentes à la surface. Cette zone de transition présente une épaisseur correspondant à la moitié du diamètre de la particule considérée et induit un enrichissement de la couche de surface en fines particules (ciment par exemple). De ce fait, la peau du béton est constituée presque exclusivement de pâte de ciment Portland hydratée et de fillers (c’est-à-dire des fines particules de diamètre inférieur à 100 μm).
Par pâte...
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Paramètres influençant la composition et l’aspect de surface des bétons
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).
-
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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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