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L’emploi de granulats recyclés pour la production de béton, dit de recyclage, gagne en importance dans le cadre d’un mode de construction durable. La consommation de granulats naturels peut être ainsi réduite et permet d’éviter le dépôt des matériaux de démolition dans des décharges.
En principe, deux types de granulats recyclés sont distingués: les granulats de béton (C) et les granulats de gravats mixtes (M). Le granulat de béton est obtenu par traitement du béton de démolition des constructions en béton (fig. 5.1.1, centre). Le granulat de gravats mixtes est récupéré des démolitions des constructions massives mixtes en béton normal et léger, ainsi que de briques en argile cuite, briques silico-calcaires et en maçonnerie de pierres naturelles (fig. 5.1.1, à droite).
Les deux types de granulats recyclés se distinguent d’un granulat naturel par leurs propriétés et montrent des variations dans leurs éléments constitutifs.
Selon le type de granulat recyclé employé, le béton de recyclage est classé soit en béton de recyclage RC-C à granulats de béton, soit en béton de recyclage RC-M à granulats de gravats mixtes.
Fig. 5.1.1: Granulat pour béton, à gauche: granulat naturel roulé, au centre: granulat de béton, à droite: granulat de gravats mixtes.
5.1.2 Exigences normatives
Le béton de recyclage est employé comme béton maigre, de remplissage et d’enrobage non normé et comme béton de construction selon les normes SN EN 206 et SIA 262. Selon l’annexe nationale de la SN EN 206, le béton de recyclage est réglementé par le cahier technique SIA 2030. Selon ce cahier technique, le béton de recyclage est défini comme un béton dont le granulat > 4 mm se compose d’au moins 25 % de granulats recyclés. Le tableau 1.3.3 (granulats pour béton) résume les exigences rélatives à la composition des granulats recyclés de béton et de gravats mixtes pour leur emploi dans le béton de construction. La composition doit être déclarée pour les granulats à diamètre > 4 mm, en déviation par rapport à la norme SN EN 933-11 (Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats – partie 11: essai de classification des constituants des gravillons recyclés) qui prévoit, dans un premier temps, un diamètre > 8 mm.
Pour le béton de recyclage RC-C à granulats de béton, la part du granulat > 4 mm doit contenir:
au moins 25 % en masse de granulats recyclés Rc, constitués de béton, produits en béton, granulats traités aux liants hydrauliques, mortiers et éléments de maçonnerie en béton et,
au maximum 5 % en masse de granulats recyclés Rb, constitués d’éléments de briques et tuiles en argile cuite, briques silico-calcaires, béton cellulaire non flottant
Pour le béton de recyclage RC-M à granulats de gravats mixtes, la part du granulat > 4 mm doit contenir:
au moins 5 % en masse Rb et,
au moins 25 % en masse Rb + Rc.
Le cahier technique SIA 2030 restreint l’utilisation du béton de recyclage à propriétés spécifiées sur la base de considérations de durabilité. Les exigences relatives au béton de recyclage en fonction des classes d’exposition sont indiquées au tableau 5.1.1.
Le béton de recyclage RC-C peut être employé comme béton de construction pour le bâtiment (fig. 5.1.2). Il est cependant recommandé de n’utiliser le béton de recyclage RC-M qu’à l’intérieur ou pour des éléments d'ouvrage protégés des intempéries. L’emploi du béton de recyclage RC-M avec une teneur en Rb > 25 % en masse est admis sans essais préliminaires spécifiques seulement pour les classes d’exposition XC0 et XC1 (sec). Pour les classes XD, XF, XA1-3, ainsi que pour le béton précontraint et pour les éléments soumis à un risque de fatigue, le béton de recyclage RC-M ne peut en aucun cas être utilisé et l’emploi d’un béton de recyclage RC-C exige des essais préliminaires en fonction des propriétés visées.
Le cahier technique SIA 2030 prévoit également l’emploi de sable recyclé (classe granulaire 0/4 mm). En cas d’exigences particulières concernant la durabilité, il faut renoncer à leur utilisation.
Fig. 5.1.2: Domaine d’utilisation du béton de recyclage.
Tab. 5.1.1: Utilisation du béton de recyclage selon les classes d’exposition d’après le cahier technique SIA 2030.
5.1.3 Technologie du béton
Ciment
Tous les ciments admis par la norme SN EN 206 sont aptes à la production de béton de recyclage. En vue de la réduction des émissions de CO2, il est recommandé de choisir un ciment à teneur réduite en clinker de ciment Portland (p. ex. ciments CEM II/B). En comparaison avec un béton à granulats naturels concassés, il faut compter avec un besoin en ciment d’environ 20 à 30 kg/m3 plus élevé. Dans le cas d’un béton maigre, le dosage en ciment ne sera pas augmenté, il faut compter avec un rapport E/C plus élevé et utiliser un plastifiant/fluidifiant.
Granulats
Généralités
Les propriétés des granulats recyclés sont essentiellement influencées par l’origine des matériaux de récupération et leur processus de traitement. Elles se distinguent partiellement beaucoup de celles d’un granulat naturel.
Forme des grains
Le processus de traitement (concassage des matériaux récupérés) génère une forme en général concassée non cubique du granulat recyclé.
Masse volumique
La masse volumique du granulat recyclé est plus faible et, en raison de l’hétérogénéité du matériau d’origine, varie plus fortement que celle d’un granulat naturel (tab. 5.1.2).
Tab. 5.1.2: Masse volumique après séchage à l'étuve du granulat recyclé et naturel.
Absorption d’eau
Les granulats recyclés montrent une plus forte absorption d’eau que les granulats naturels à cause de leur porosité plus élevée (fig. 5.1.5).
Fig. 5.1.3: Granulat naturel: vue macroscopique (à gauche), vue microscopique en lumière UV (à droite). En lumière UV les granulats denses apparaissent noirs sur le fond clair de la pâte de ciment poreuse.
Fig. 5.1.4: Granulat recyclé: vue macroscopique (à gauche), vue microscopique en lumière UV (à droite). La porosité capillaire plus élevée de la pâte de ciment au sein du granulat recyclé apparait plus jaunâtre en lumière UV que celle de la pâte de ciment environnante plus dense.
L’absorption d’eau est d’autant plus grande que la masse volumique du granulat recyclé est faible (fig. 5.1.5). Pour prévenir une perte de l’ouvrabilité du béton frais, il est recommandé d’augmenter le dosage de l’eau (eau de gâchage) ou d’humidifier au préalable le granulat recyclé lors de la fabrication du béton. En général, l’absorption d’eau d’un granulat recyclé atteint, après 10 minutes d’immersion dans l’eau (W10), 90 % de la valeur W24 qui correspond à une immersion de 24 heures. Pour cette raison, la formulation du béton de recyclage se base habituellement sur la valeur W10 du granulat.
Fig. 5.1.5: Absorption d’eau (W10) des granulats naturels et recyclés, de différentes classes granulaires, en fonction de la masse volumique (ρ, après séchage à l’étuve).
Résistance du grain
Les résistances du granulat recyclé sont en général plus faibles que celles d’un granulat naturel et varient en fonction du type de matériau (fig. 5.1.6).
Fig. 5.1.6: Valeurs indicatives de la résistance relative moyenne du grain d’un granulat de béton et d’un granulat de gravats mixtes en comparaison avec un granulat naturel (gravillon).
Eléments constitutifs
Les éléments constitutifs du granulat recyclé sont soumis à de grandes variations (fig. 5.1.7, à gauche dans le cas granulat de béton et à droite celui d’un granulat de gravats mixtes).
Fig. 5.1.7 (gauche): Variations des éléments constitutifs de trois échantillons de granulats de béton (prélèvements répartis sur env. 3 mois).
Fig. 5.1.7 (droite): Variations des éléments constitutifs de cinq échantillons de granulats de gravats mixtes (prélèvements répartis sur env. 4 mois).
Réaction alcalis-granulats
En raison de l’origine souvent inconnue et constamment changeante des matériaux de démolition, il est difficile de fournir une preuve représentative de la résistance à la RAG d’un béton de recyclage avec un effort de contrôle raisonnable. De ce fait, la production des bétons résistants à la RAG avec des granulats recyclés n’est pas recommandée (béton résistant à la réaction alcalis-granulats).
Teneur en chlorures
La teneur en chlorures solubles dans l’eau et dans l’acide doit être contrôlée dans les granulats recyclés afin de prévenir l’emploi des matériaux de démolition chargés en chlorures pour la production de béton de recyclage. Le béton de recyclage à propriétés spécifiées est soumis aux mêmes exigences concernant les classes de teneur en chlorures (Clx) que le béton à granulats naturels (tab. 2.3.5 béton à propriétés spécifiées).
Teneur en soufre et en sulfates
Les composés soufrés présents en grande quantité dans le béton peuvent provoquer des réactions de gonflement interne capables de dégrader complètement un élément en béton (dégradations du béton). Ils proviennent normalement de la récupération des crépis de gypse, des chapes anhydrite et des plaques en plâtre, non trié. Pour réduire le risque de dégradation, les exigences de la norme SN EN 12620, concernant les éléments constitutifs et la teneur en soufre total et en sulfates, sont à respecter (granulats pour béton). La teneur en éléments impropres (X), auxquels appartiennent le gypse et l’anhydrite, ne doit pas dépasser 0.3 % en masse du granulat recyclé.
Adjuvants
Le dosage des fluidifiants est légèrement plus élevé en comparaison avec un béton similaire, mais à granulats naturels. Il existe des fluidifiants spéciaux à haute performance pour les bétons de recyclage.
Rapport E/C
Les exigences relatives au rapport E/C de la norme SN EN 206 s’appliquent au béton de recyclage. Il faut déterminer l’absorption d’eau selon la norme SN EN 1097-6 comme pour le granulat naturel et en tenir compte pour la confection du béton. La teneur en eau du granulat recyclé doit être prise en compte (voir exemple 16 teneur en eau) dans le calcul du rapport E/C lors du contrôle du béton frais.
5.1.4 Recommandations pour la planification du béton de recyclage
Spécification
La spécification en tant que béton à propriétés spécifiées se fait à l’aide des suffixes RC-C pour le béton de recyclage à granulats de béton et RC-M pour le béton de recyclage à granulats de gravats mixtes. La résistance à la compression sert à la spécification de base du béton de recyclage.
L’évaluation des propriétés du béton de recyclage repose, en dehors de la composition du granulat, sur le module d’élasticité moyen Ercm et la masse volumique moyenne ρrcm. Pour le béton de recyclage à propriétés spécifiées selon la norme SN EN 206, il faut définir ces deux propriétés en tant qu'exigences complémentaires.
Les teneurs en Rc et Rb sont à déclarer et indiquer dans la liste des sortes de béton. Si des teneurs en granulats Rc plus grandes que 25 % en masse sont exigées, elles doivent être définies selon les catégories de la norme SN EN 12620. Des teneurs en granulats Rb plus grandes que 25 % en masse doivent être définies par paliers de 10 % (25, 35, … % de la masse).
Propriétés du béton durci
Résistance à la compression
Les classes de résistance à la compression du béton de recyclage correspondent à la norme SN EN 206. En comparaison avec un béton à granulats naturels, le béton de recyclage ayant un rapport E/C similaire possède une résistance à la compression plus faible. Ceci provient de la résistance mécanique plus faible du granulat recyclé ainsi que de la proportion de pâte de ciment plus élevée.
Fig. 5.1.8: Résistance à la compression en fonction du rapport E/C du béton de recyclage fabriqué avec le ciment Optimo 4.
La résistance à la compression du béton de recyclage diminue avec une teneur croissante en granulats recyclés. Les bétons de recyclage avec une proportion de granulats de gravats mixtes jusqu’à 100 % sont surtout employés comme béton maigre à cause de leur faible résistance à la compression. Les bétons de construction contiennent en règle générale, selon la classe de résistance à la compression exigée, une teneur en granulats recyclés de 40 à 80 % de la masse, principalement des granulats de béton (fig. 5.1.9).
Fig. 5.1.9: Valeurs indicatives des teneurs en granulats recyclés pour différents bétons de recyclage.
Module d'élasticité
Le module d’élasticité du béton de recyclage dépend du type de granulat recyclé employé, il est inférieur à celui d’un béton à granulats naturels (fig. 5.1.10). Le module d’élasticité plus bas résulte du module d’élasticité (de la masse volumique) plus faible du granulat recyclé ainsi que de la proportion plus élevée de la pâte de ciment.
Pour assurer le module d’élasticité exigé, le cahier technique SIA 2030 prescrit que le producteur doit contrôler et déclarer régulièrement le module d’élasticité tous les trois respectivement six contrôles de la résistance à la compression du béton de recyclage RC-M et RC-C.
Si les déclarations du producteur ou des résultats d’essai du module d’élasticité du béton de recyclage Ercm font défaut (pas de valeurs déclarées), il faut utiliser le module d’élasticité du béton à granulat naturel en tenant compte d’un facteur de correction ηr (tab. 5.1.3, éq. 5.1.1).
Pour le module d’élasticité Ercm il faut utiliser la valeur d’un béton de même résistance à la compression fcm avec du granulat naturel d’origine aussi similaire que possible, ou bien déterminer la valeur selon SIA 262.
Fig. 5.1.10: Module d’élasticité en fonction de la résistance à la compression à 28 jours du béton de recyclage RC-C et RC-M en comparaison avec les bétons à granulats naturels (graves alluvionnaires).
Eq. 5.1.1
Il faut respecter les valeurs minimales suivantes pour le béton de recyclage RC-M:
Ercm ≥ 19 000 N/mm2 et
ρrcm ≥ 2000 kg/m3
En absence de valeurs déclarées, ces valeurs minimales sont à utiliser lors de la planification. Si la masse volumique est déclarée, il est possible d’estimer le module d’élasticité du béton de recyclage Ercm comme indiqué au tableau 5.1.3. La valeur de la masse volumique du béton à granulat naturel est alors fixée à ρcm = 2450 kg/m3.
Retrait et fluage
Autant le retrait que le fluage augmentent avec une teneur croissante en granulats recyclés et sont supérieurs à ceux d’un béton à granulats naturels avec une résistance à la compression identique. Le retrait plus important est surtout causé par la teneur plus élevée en eau et le plus grand volume de la pâte de ciment (comportement à la déformation).
Si le planificateur ne dispose pas d’informations concernant de retrait et le fluage du béton de recyclage, il peut évaluer d’après le cahier technique SIA 2030, son comportement de manière analogue au béton selon SN EN 206 sur la base du module d’élasticité définitselon l’approche suivante:
Eq. 5.1.2
Eq. 5.1.3
Le dimensionnement à l’effort tranchant et la vérification du poinçonnement s’effectuent selon la norme SIA 262 pour RC-M suivant l’approche Dmax = 0 comme pour le béton léger.
Tab. 5.1.3: Estimation du module d’élasticité du béton de recyclage selon le cahier technique SIA 2030.
Composition du béton
Au tableau 5.1.4 figurent les compositions ainsi que quelques propriétés du béton durci d’un béton de recyclage à granulats de béton, respectivement d’un béton à granulats de gravats mixtes en comparaison avec un béton à granulats naturels.
Fig. 5.1.11: Plaque polie d’un béton de recyclage à granulat de gravats mixtes.
Aspects écologiques
L’utilisation des granulats recyclés permet d’épargner les ressources naturelles et de diminuer l'emprise sur le territoire. Le volume réduit des matériaux de démolition à évacuer en décharge soulage l’environnement. Cependant, l’emploi de granulats recyclés pour la production de béton ne mène pas à une réduction significative des émissions de CO2. Au contraire, en raison des teneurs accrues en ciment, on constate souvent même une augmentation des émissions.
Néanmoins, de nombreux maîtres d’ouvrage exigent l’emploi de béton de recyclage (p. ex. recommandations KBOB), notamment pour les constructions nouvelles selon le standard de durabilité MINERGIE-ECO. Dans ce standard de durabilité se trouvent les exigences suivantes concernant l’emploi de béton de recyclage pour les nouveaux ouvrages:
La proportion volumique des éléments d'ouvrage en béton de recyclage (selon CT SIA 2030), rapportée au volume de béton de construction en principe réalisable en béton de recyclage, doit être supérieure à 50 %.
La distance entre la centrale à béton RC et le chantier ne doit pas dépasser 25 km. S’il n’y a pas de possibilité de commander du béton de recyclage dans un rayon de 25 km ou si le granulat recyclé doit être transporté sur plus de 25 km jusqu’à la centrale à béton, on évitera l'utilisation du béton de recyclage.
Les éléments constitutifs du granulat recyclé doivent satisfaire aux exigences du cahier technique SIA 2030.
Béton de recyclage à propriétés spécifiées pour des éléments porteurs: la teneur en composants Rcet Rb atteint au moins 40 %, selon SN 670 902-11-NA.
Béton de recyclage à composition prescrite pour remblais, enrobage de canalisations et sous-couches: la teneur en composants Rc et Rb atteint au moins 80 %, selon SN 670 902-11-NA.
Le planificateur droit prendre les mesures suivantes pour respecter ces critères et prescriptions:
Clarifier la disponibilité des sortes de béton de recyclage.
Définir les éléments de construction réalisables en béton de recyclage et contrôler si le volume minimal est respecté par rapport au volume total de béton.
Spécifier des sortes de béton de recyclage avec les quantités prévues dans le devis.
Fig. 5.1.12: Béton de recyclage à granulat de béton à l’état de béton frais.
Tab. 5.1.4: Exemple de formulation d’un béton de recyclage à granulat de béton pour un béton de sorte C (classes d’expositions XC4) et avec des propriétés sur béton durci sélectionnées.