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Production du béton préfabriqué
Les conditions de fabrication et les conditions environnementales sont facilement contrôlées dans une usine de préfabrication de béton. La production d'éléments en béton préfabriqué se fait dans les conditions contrôlées d’une usine fermée. Cela rend facile le contrôle des déchets, des émissions, des niveaux sonores, etc. de fabrication en comparaison avec les mêmes processus sur un chantier. Pour des qualités semblables de béton, la consommation de matières premières est similaire, que la production ait lieu dans une usine, dans une usine de béton prêt à l’emploi ou sur un chantier. La perte de matières premières est minime lors de la production de béton préfabriqué.
L'utilisation de nouvelles technologies comme le béton auto-plaçant (BAP) peut significativement réduire le bruit et le recours aux vibrations dans le processus de production. L'utilisation de béton haute-performance (BHP) permet la conception et la production de structures plus minces, fiables et plus durables avec des formes optimisées à leur fonction. La réduction des coûts et des économies substantielles peuvent être réalisées dans la consommation des ressources naturelles et des matériaux structuraux dans le cadre d’une production contrôlée.
Les moules
Les moules pour la production du préfabriqué sont normalement faits d'acier ou de contre-plaqué. Les nombreux moulages répétitifs, typiques lors de la production d'éléments de béton préfabriqué en usine, génèrent des économies de matières premières.
L'utilisation des moules en contre-plaqué est limitée à environ 20 à 50 répétitions selon la complexité, la maintenance et la forme du moule. La production d’éléments standardisés dans des moules en acier est un pas vers une production durable. Un nombre illimité de répétitions est possible en utilisant des moules en acier. La standardisation des produits préfabriqués réduira les coûts. Les tentatives de l'industrie du préfabriqué de standardisation des sections des éléments préfabriqués visent à réduire les dépenses et à augmenter la part de marché en obtenant le nombre maximal de répétitions de chacun des moules.
Huile de décoffrage
Les agents de démoulage peuvent affecter la santé des ouvriers, polluer l'air, l'eau et le sol, être inflammables, ont un faible degré de biodégradabilité et aboutir aux déchets dangereux. De nouvelles huiles de décoffrage à base d’un mélange d'ester marin, d'huile blanche médicale et d'huile végétale ont été développées. Ces huiles sont facilement biodégradables et ne sont pas toxiques. Les préfabricants utilisent approximativement 0,5 kg d’huile de décoffrage par m3 de béton. Les huiles minérales sont toujours utilisées, mais avec la réduction des prix les préfabricants utiliseront les nouvelles huiles.
Silicone
La silicone est fréquemment utilisée pour sceller les joints des moules. Aucune observation écologique scientifique n’a été remarquée lors des études du cycle de vie des scellants à base de silicone.
Adjuvants
Les adjuvants peuvent être divisés dans quatre groupes principaux : réducteurs d'eau, entraîneurs d'air, retardateurs et accélérateurs. De plus, il y a plusieurs autres types d’adjuvants destinés à des applications spécialisées.
Le but des adjuvants est d'améliorer la qualité du béton frais et du béton une fois qu’il a durci.
L'utilisation de mélanges a souvent un effet avantageux sur l'environnement : meilleure durée du béton, moins de consommation de ciment, moins de consommation d'énergie pendant la mise en moule etc.
Les adjuvants réducteurs d’eau sont normalement des composés organiques synthétiques; condensats nitrés de mélamine-formaldéhyde (SMF); condensats nitrés de naphtaline-formaldéhyde (SNF); les lignosulfonates modifiés (MLS); esters d’acides sulfoniques; hydrates de carbone; etc. Le contenu de réducteurs d’eau est typiquement de 0,02 % - 0,1 % par poids de béton. Les adjuvants réducteurs d’eau ne contribuent pas aux émissions.
Les agents entraîneurs d’air sont utilisés pour améliorer la résistance du béton au gel. Ces agents sont des composés organiques sulfonés-actifs. Leur quantité dans le béton est très petite – 0,002 % - 0,02 % par poids de béton.
Les retardateurs sont utilisés pour contrôler la prise du ciment. Les quantités utilisées sont typiquement de moins de 0,1 % par poids de béton.
Les quantités d’adjuvants dans le béton préfabriqué sont très basses, normalement moins de 0,1 % par poids de béton. Les quantités d’adjuvants utilisées sont trop petites pour avoir un impact significatif sur l'environnement. La plupart des adjuvants utilisés dans la préfabrication sont des composés organiques non-toxiques.
Armature
Le processus de préparation des aciers doux d’armature peut être le même pour un préfabricant qu’un entrepreneur sur un chantier, sauf qu’habituellement le préfabricant produira moins de déchets. Il en résulte une meilleure utilisation de l'acier et moins de consommation de ressources naturelles. L’utilisation des treillis métalliques dans les pièces minces est une manière très efficace d’utiliser les matériaux. Les éléments préfabriqués peuvent nécessiter certaines armatures supplémentaires afin de résister aux tensions lors de leur soulèvement et de leur manipulation. Une structure préfabriquée peut avoir besoin de certains aciers d’armature supplémentaires pour faciliter le transfert des charges par l’intermédiaire des connexions au bâtiment. Cela peut réduire certains des avantages gagnés pendant la production.
Polymère renforcé de fibres (PRF)
Les composants d’une infrastructure se corrodent et se détériorent avec le temps ce qui nous force généralement à les réhabiliter hâtivement. Les polymères renforcés de fibres (PRF) sont des matériaux composites qui peuvent être utilisés pour renforcer ces éléments et permettre ainsi à l’infrastructure d’atteindre sa pleine durée de vie utile - consultez la norme CSA S806 pour les procédures de conception et de production.
Les PRF de verre, d’aramide et de carbone sont jusqu’à 6 fois plus forts que l'acier, n’en pèsent qu’un cinquième du poids, sont non-corrosifs et non-magnétiques. Les PRF sont des fibres supersolides, légères et étant disponibles sous la forme de feuilles minces en font une solution alternative économique attrayante pour renforcer les ponts et structures existantes de béton. On considère que l'utilisation de barres et de torons de FRP est une des solutions les plus prometteuses afin de surmonter la détérioration des structures et des ponts qui s’aggrave suite à la corrosion des aciers d’armature.
Pigments colorés
Des pigments colorés sont généralement utilisés pour fabriquer le béton coloré. Les pigments sont des oxydes normalement de fer (par exemple rouges et bruns), des oxydes chromés (verts) ou des oxydes de cobalt (bleus). Le contenu de pigment varie normalement entre 2 % et 4 % par poids de ciment. Choisissez les pigments qui sont insolubles et non-toxiques.
Décapage au jet de sable, retardateurs et bouchardage à l’acide
Le décapage au sable est généralement utilisé pour créer une texture grossière sur la surface des panneaux de béton. Le sable peut être récupéré et réutilisé comme couche de base de route.
Les retardateurs sont appliqués dans les moules pour ralentir le processus d'hydratation à la surface du béton et permettre de laver le béton ensuite. C'est une méthode commune qui est utilisée pour créer des façades avec des surfaces d’agrégats exposés.
Le bouchardage à l’acide est aussi utilisé dans la production de façades, principalement pour laver une surface de panneau afin de lui donner une texture grossière. Les eaux de lavage contenant les résidus d’acides sont neutralisées avant que l’on en dispose.
Autres matériaux
De temps en temps, lors de la production de béton préfabriqué il est nécessaire d’utiliser des matériaux spéciaux comme l'époxyde, la laque, le vernis et la peinture. Bien que certains de ces matériaux soient légèrement dangereux, ils sont normalement utilisés en très petites quantités et leurs effets peuvent être contrôlés pendant la préfabrication. Une ventilation efficace dans les secteurs où ces matériaux sont utilisés peut être fournie. Les déchets sont facilement rassemblés et on en dispose d’une façon écologique.
Assurance qualité
La production d'éléments en béton préfabriqué, utilisant des opérations répétitives dans des conditions climatiques contrôlées, tient compte du contrôle précis des résultats (par exemple le respect des tolérances et la qualité du béton). Cela facilite une meilleure utilisation et une consommation moindre des matériaux. La contrôlabilité du processus de production tient compte de tolérances strictes et de l'utilisation optimale des matériaux.
La norme CSA A23.3 tolère un facteur de réduction matérielle de c, pour les unités de béton préfabriqué qui sont certifiées en conformité avec la norme A23.4 en reconnaissance du bon contrôle de qualité et de la mise en moules précise des aciers d’armature. Ces mesures exigées pour obtenir des résultats précis et pour faire la vérification de ces résultats font partie du procédé de fabrication.
Pollution
La plupart des sources de pollution peuvent être identifiées et contrôlées quand la préfabrication a lieu en usine. Les contrôles de la pollution incluent les ventilateurs d'échappement des sites de soudure, l'air passant par des filtres ainsi que des systèmes fermés pour le transport du ciment, des agrégats et du béton frais.
La production du béton peut créer la pollution principalement sous forme de poussière et de bruit. La fabrication de dalles à âmes creuses exige le sciage du béton durci, générant de la poussière et des niveaux sonores qui peuvent excéder 85 dB. Les lames de scies peuvent être refroidies avec de l'eau qui peut être filtrée et réutilisée. Les scies peuvent être encellulées dans des conteneurs absorbant le bruit.
La production de déchets solides dans les usines de béton préfabriqué est très basse, environ 2,5 % de la masse de béton utilisée dans la production. Environ 95 % de ces déchets peuvent être avantageusement réutilisés à nouveau par le broyage et le recyclage du béton durci, ne laissant environ que 3 kg/m³ de déchets.
L'environnement du lieu de travail
Les usines de béton préfabriqué fermées facilitent le contrôle des conditions et de l'environnement manufacturier. L'environnement de travail peut être gardé propre, calme, sans poussière et sans vapeurs toxiques pour des ouvriers. Les usines fermées fournissent aux ouvriers un environnement de travail qui les protège des conditions météorologiques défavorables, un environnement confortable (la température et l'humidité y sont contrôlées).
Presque toutes, mais pas toutes, les usines de préfabrication sont des usines fermées. Les équipements de production en plein air sont d’habitude localisés loin de secteurs peuplés afin de procurer une zone pour tampon contre la pollution par le bruit et par la poussière.
Déchets de production
Des matières sont produites en surplus pendant la production d'éléments préfabriqués. Beaucoup de ces matières en surplus sont recyclables et se composent principalement :
  • de béton durci avec ou sans acier d’armature;
  • d’acier d’armature et de pièces d'acier structurales;
  • de contre-plaqué et autres matériaux en bois;
  • de béton frais (de la production et du lavage d'équipement);
  • de la gadoue du sciage de béton;
  • de matériaux isolants (laine minérale et polystyrène);
  • d’huile provenant de la machinerie;
  • de papier et autres matériaux d’emballage.
La quantité de déchets varie selon les usines et selon les différents types de production. Des études menées dans les pays scandinaves ont montré que l'ampleur des déchets produits est généralement de l’ordre de 100kg de déchets par m3 de béton produit. Environ 40 % de ces déchets sont du béton frais et du béton durci alors qu’environ 45 % sont de la gadoue de sciage générée pendant la production de dalles à âmes creuses et des eaux usées suite au lavage de l'équipement.
Source: fib Environmental issues in prefabrication
Il est possible de rassembler et de trier les différents types de matières en surplus dans les usines de préfabrication. Les matières excédentaires qui peuvent être recyclées et réutilisées incluent l’acier, le bois, les isolants, les huiles, le papier et autres matériaux d'emballage. Le bois peut être trié, coupé et utilisé comme bois de chauffage industriel, ou utilisé pour d'autres activités de construction.
Béton frais
La majorité du béton frais excédentaire vient du lavage de l’équipement, des chutes, des restes dans les godets à béton etc. Le sable et le gravier peuvent être séparés du béton frais et réutilisés dans la production de nouveau béton. Après avoir retiré le sable et le gravier, la gadoue de ciment qui reste peut être laissée dans les bassins d’évaporation. Les restes de béton de la production sont souvent laissés à durcir.
Béton durci
Le béton en surplus peut être broyé en fragments qui peuvent être utilisés comme couche de base de route, matériel de remplissage ou occasionnellement comme agrégats dans le nouveau béton. L'avantage pour le préfabricant est que la qualité du matériau broyé est connue. Il peut donc être utilisé en toute confiance comme agrégat recyclé.
Le coût pour recycler le béton excédentaire durci est sensiblement le même que celui d’un nouvel agrégat naturel concassé. Les agrégats recyclés peuvent être utilisés dans le béton armé et dans le béton précontraint. La quantité d’agrégats recyclés utilisée dans certaines usines de préfabrication représente environ 5 % du total des agrégats utilisés. Des essais qui ont été faits en utilisant 100 % d’agrégats recyclés provenant de dalles à âmes creuses broyées n’ont démontré aucun effet adverse lors de la production de nouvelles dalles de béton à âmes creuses. Le retrait et le recyclage des aciers d’armature se sont facilement effectués pendant l'opération de broyage.