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15.04.2025
Sur la voie d’un béton plus durable
MapeCube
Inédit et exclusif chez Mapei: fabriquer un béton performant, résistant à tous les âges et à empreinte carbone réduite est désormais possible. Les adjuvants de la gamme MapeCube permettent de réduire le dosage de clinker et d’augmenter la quantité de matériaux cimentaires supplémentaires (MCS) dans les mélanges.
Les MCSs (matériaux cimentaires supplémentaires) sont composés de sous-produits de processus industriels, tels que les cendres volantes, les laitiers de haut fourneau et les fumées de silice. Les autres MCSs sont de la pouzzolane naturelle et du filler à base de calcaire. Depuis les années 1990, ces matériaux sont utilisés dans la formulation de nouveaux liants, remplaçant partiellement le clinker. Au cours des prochaines décennies, ce processus sera encore accéléré par une utilisation accrue du calcaire et l’introduction d’argiles calcinées et de fines de béton concassé (CDW), qui compenseront la baisse des quantités disponibles de cendres volantes et de laitier. Cela permettra de réduire le rapport clinker / liant de la valeur actuelle de 0,63 à la valeur intermédiaire de 0,58 d’ici 2030, jusqu’à la valeur ultime de 0,52 d’ici à 2050*.
L’utilisation des MCSs pour la formulation de nouveaux ciments et comme additif dans la production du béton représente une action fondamentale pour la production du nouveau béton à faible teneur en carbone (LCC).
Cependant, contrairement au clinker, les MCSs n’ont pas de propriétés hydrauliques autonomes; ils ne déploient leur propriété de liants qu’une fois activés. L’activation a lieu grâce à la réaction pouzzolanique avec la chaux hydratée qui se forme au moment de l’hydratation du ciment, avec la formation de phases hydratées de composition similaire à celles qui caractérisent les phases silicatées du clinker.
Les cinétiques des réactions sont également différentes: alors que les silicates de calcium hydratés (C-S-H) issus de l’hydratation du clinker se forment au bout de quelques heures après les avoir mélangés à de l’eau, ceux produits par les MCSs se développent beaucoup plus lentement et dans une moindre mesure. En outre, tous les MCSs ne participent pas à la réaction pouzzolanique. En fait, la poudre de calcaire n’est pas activée par la chaux hydratée et elle agit principalement comme un filler.
À cela s’ajoute le fait que les mêmes réactions d’hydratation des phases du clinker ne sont pas quantitatives, elles laissent toujours des fractions inactives qui ne contribuent pas au développement des résistances mécaniques*.
Sur la base de ces considérations, la réduction souhaitée du rapport clinker / liant des LCC pourrait être difficilement conciliable avec la nécessité de maintenir les mêmes résistances mécaniques que les bétons actuels à empreinte carbone plus élevée.
Les nouveaux adjuvants LCCAs
Pour surmonter cet inconvénient, une nouvelle classe d’adjuvants a été développée avec la fonction de compenser la perte des propriétés mécaniques du béton LCC dans le cas où le rapport clinker / liant baisse. Cette nouvelle classe d’adjuvants vise à contrôler la réactivité du système de liant dans son ensemble.
Étant donné que ces adjuvants ont été spécifiquement développés pour répondre aux exigences en matière de durabilité et d’amélioration des performances du béton à faible teneur en carbone, le nom Low Carbon Concrete Admixtures LCCAs a été proposé*.
Les LCCAs de la ligne MapeCube
Mapei a développé les adjuvants MapeCube, une gamme complète de LCCAs créée pour répondre aux besoins actuels et futurs du béton durable, de plus en plus orienté vers l’utilisation de liants à empreinte carbone réduite.
Les LCCAs de la gamme MapeCube sont le résultat d’un projet de recherche multidisciplinaire lancé dans les laboratoires de recherche et développement de Mapei, en collaboration avec le département de géosciences de l’Université de Padoue (Italie). Ce projet est axé sur l’étude des réactions du processus d’hydratation des liants à empreinte carbone réduite, dans le but d’optimiser leur rendement et de promouvoir le développement maximal des résistances mécaniques, tant à court qu’à long terme. Le schéma conceptuel du projet, dont les nouveaux adjuvants MapeCube représentent l’élément central, envisage trois domaines d’action principaux:
- Promotion de l’hydratation du clinker
MapeCube contient de nouveaux composés «hybrides» de synthèse dans lesquels les polymères organiques et les composés inorganiques interagissent pour former des «nanocomposites» qui favorisent l’hydratation du clinker. Grâce à ces composants, on obtient des phases hydratées en plus grande quantité, caractérisées par l’amélioration de la microstructure, et donc un béton plus durable. Ces mêmes composants sont en mesure d’accélérer la réaction pouzzolanique, formant ainsi de plus grandes quantités de produits d’hydratation dans des délais plus courts. - Activation alcaline
La présence d’activateurs alcalins favorise la dissolution des MCSs qui précipitent sous forme de phases solides de silicate et d’aluminate hydratés de calcium et contribuent ainsi au développement des résistances mécaniques. - Activation calcaire
Les adjuvants MapeCube sont en mesure d’activer la charge calcaire qui est en soi peu réactive, en favorisant sa réaction avec les phases aluminées du clinker pour former de nouvelles phases de carboaluminate qui contribuent au développement des résistances mécaniques*.
La combinaison de ces ingrédients innovants avec les superplastifiants traditionnels, les adjuvants accélérateurs et retardateurs a permis de formuler différents produits MapeCube avec des caractéristiques spécifiques pour optimiser le rendement des ciments à base de différents MCSs.
Aperçu des formulations de béton
Bibliographie
*Global Cement and Concrete Association, “Concrete Future – Roadmap to Net Zero”, 2021,
https://gccassociation.org/concretefuture/wp-content/uploads/2021/10/GCCA-Concrete-Future-Roadmap-Document -AW.pdf
https://gccassociation.org/concretefuture/wp-content/uploads/2021/10/GCCA-Concrete-Future-Roadmap-Document -AW.pdf
*R.H. Mills, “Factors influencing cessation of hydration in water cured cement pastes”, 1966, Highway Research Board Special Report, 90, pp. 406-424
*G. Ferrari, M. Squinzi, “A new class of admixtures for low carbon concrete”, 2023, 16th Int. Congr. Chem. Cem., ICCC2023, Bangkok, Vol. IV, 278-281. Disponibile in https://www.ICCC-online.org/archive/
*F. Castiglioni et al., “An insight into the mechanism of hydration promotion of Low Carbon Concrete Admixtures revealed by a multidisciplinary approach”, 2024, Rilem spring convention conference on advanced construction materials and processes for a carbon neutral society, 10-12 April 2024, Milan, Italy
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