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1 Cellenbeton Materiaal van de toekomst Le béton cellulaire Matériau d’avenir S

1 Cellenbeton Materiaal van de toekomst Le béton cellulaire Matériau d’avenir Sommaire ● Historique et production ● Caractéristiques physiques et mécaniques du béton cellulaire ● Résistance thermique ● Résistance mécanique ● Réaction et résistance au feu ● Propriétés acoustiques ● Réponses à la EPBD (Performance Energétique des Bâtiments) ● Construction Basse Energie ● Construction Passive ● Solutions pour résoudre les nœuds constructifs ● Aspects durables du béton cellulaire autoclavé ● Produits et applications ● Exemples ● Questions / réponses ● Résumé Sommaire ● Historique et production ● Caractéristiques physiques et mécaniques du béton cellulaire ● Résistance thermique ● Résistance mécanique ● Réaction et résistance au feu ● Propriétés acoustiques ● Réponses à la EPBD (Performance Energétique des Bâtiments) ● Construction Basse Energie ● Construction Passive ● Solutions pour résoudre les nœuds constructifs ● Aspects durables du béton cellulaire autoclavé ● Produits et applications ● Exemples ● Questions / réponses ● Résumé Un peu d’histoire • 1854 : Bernardi : Briques de mortier à base de chaux • 1880 : W Michaelis Mélange de chaux, sable et eau sous vapeur saturée haute pression Silcates de calcium hydratés hydrorésistants (Grès artificiel) • 1889 : E. Hoffmann : Emulsification de mortiers (à l’aide de chaux et acide sulfurique) • 1894 : Production industrielle du silico-calcaire en Allemagne • 1914 : J.W. Aylsworth et F .A. Dyer : Emulsifiant = poudre d’Aluminium ou poudre de Zinc • 1924 : J.A. Erikson débute la production du béton cellulaire, matériau porteur et isolant (Sable fin, chaux, eau, poudre de métal comme émulsifiant). 1927 : Il combine avec l’autoclavage (Michaelis) • 1927 : Première norme relative au silico-calcaire (DIN 106) • 1939 : K.I.A. Eklund : Sable fin, chaux, ciment, poudre de métal • 1945 : Développement de méthodes de productions industrielles (blocs et dalles) • 1953 : Début de la production de béton cellulaire en Belgique • 2000 : Panneau d’isolation minérale (évolution du béton cellulaire) Du plus lourd à l’ultra léger… 1894 : Production du silico-calcaire Matériau lourd et porteur 1900 1953 : Production du Béton cellulaire en Belgique Matériau porteur et isolant 2000 : Isolant Minéral Matériau isolant 2000 Aujourd’hui Silico-calcaire • 200 usines en Europe occidentale Production de blocs de maçonnerie et d’éléments de grandes dimensions. Béton cellulaire • Plus de 100 sites de production en Europe (EAACA’s members) • Produit dans 18 pays, 12.000 employés • 16 millions m3 (équivalent de 350.000 maisons) par an Production de blocs de différentes dimensions et de dalles armées Isolant Minéral • Matériau en pleine “expansion” • 3 sites de production (2 en Allemagne / 1 en Bulgarie) Production de panneaux isolants pour l’isolation par l’intérieur et l’extérieur Composition du silico-calcaire Composition • 90% sable • 7% chaux naturelle • 3% eau pure Réaction Dans le réacteur CaO + H20 --> Ca(OH)2 Dans l’autoclave SiO2 + Ca(OH)2 + H2O --> Ca0.SiO2.H2O + H2O Le grès naturel et le silico-calcaire = grains de sable quartzeux (0 à 2mm) dont les espaces intermédiaires sont remplis d’hydrosilicates de calcium qui assurent la liaison. Matériau écologique • Composé principalement de sable • Autoclavé (200°C, 8 à 16 bars moins d’énergie à la production) Composition du béton cellulaire Composition C3/450 C4/550 Sable (kg/m3) 350 420 Chaux (kg/m3) 100 110 Ciment (kg/m3) 25 30 Poudre d’aluminium (kg/m3) 0.5 0.4 Eau (kg/m3) 330 440 Réaction Dans le réacteur : CaO + H2O --> Ca(OH)2 + 65.2kJ/mol 3 Ca(OH)2 + 2 Al + 6 H2O -->Ca3 (Al(OH)6)2 + 3H2 Dans l’autoclave : 6 SiO2 + 5 Ca(OH)2 --> 5 CaO . 6 SiO2 . 5 H2O Ecologique • Peu de matières premières • Autoclavé (moins d’énergie à la production) Le béton cellulaire autoclavé Production phase I Production phase I Structure cellulaire Macrocellules Microcellules Production phase II Production phase II Production phase III Production phase III Productie III Autoclavage: 6 SiO2 + 5 Ca(OH)2 5CaO . 6SiO2 + 5H20 = Tobermorite Le béton cellulaire sous microscope Tobermorite Béton cellulaire autoclavé Béton cellulaire = Matériau pierreux = Isolant Sommaire ● Historique et production ● Caractéristiques physiques et mécaniques du béton cellulaire ● Résistance thermique ● Résistance mécanique ● Réaction et résistance au feu ● Propriétés acoustiques ● Réponses à la EPBD (Performance Energétique des Bâtiments) ● Construction Basse Energie ● Construction Passive ● Solutions pour résoudre les nœuds constructifs ● Aspects durables du béton cellulaire autoclavé ● Produits et applications ● Exemples ● Questions / réponses ● Résumé Resistance thermique Conductivité thermique Béton cellulaire: • structure homogène • blocs pleins • même valeur lambda dans tous les senses. Conductivité thermique Snelbouw : • pas de structure homogène • perforations verticales • valeurs lambda différents λUi = 0.08 up to 0.18 W/(mK) λUi = 0.08 up to 0.18 W/(mK) λUi = 0.08 up to 0.18 W/(mK) λUi = ??? λUi = ?? λUi Conclusion: contrairement au ‚snelbouw‘ le béton cellulaire a – en raison de sa structure poreuse homogène – les mêmes propriétés dans toutes les directions (matériau isotrope) Coefficient de conductivité thermique Conductivité thermique Source : EN 1745 Conductivité thermique Valeur de calcul λUi ou λUe suivant la norme NBN B 62-002(2008) a) interieur 23°C et 50 % (humidité relative) λUi = λ10dry * efu(u2-u1) avec fu = 4 u2 = 0,026 kg/kg u1 = 0 Facteur de correction pour l’humidité : Fm = 1,1096 Fm Conductivité thermique Valeur de calcul λUi ou λUe suivant la norme NBN B 62-002(2008) b) exterieur λUe = λ10dry * efu(u2-u1) avec fu = 4 u2 = 0,150 kg/kg u1 = 0 Facteur de correction pour l’humidité : Fm = 1,8221 Avantages collage versus maçonnerie Mur collés blocs béton cellulaire Mur maçonné blocs béton cellulaire Type bloc Béton cellulaire C2/300 λUi = 0,080 W/mK Béton cellulaire C2/300 λUi = 0,080 W/mK Type joint Joints collés 2 mm Joint mortier 10 mm λUi mur 0,080 W/mK 0,130 W/mK Perte: ± 60 % Les joint collés ne sont pas pris en compte (selon TRD) Coefficient de conductivité thermique Résistance thermique Résistance thermique totale RT (m²K/W) RT = Rsi + R1 + R2 + R3 + ... + Rse RT = Rsi + d1/ λUi1+ d2/ λUi2 + Rair + d3/ λUe3 + Rse – Rse: résistance surface intérieure (m2K/W) – Rsi: résistance surface extérieure(m2K/W) – Rair: résistance thermique de la coulisse (m²K/W) – R1,R2,R3, ... :résistance thermique des différents composants R1 R2 R3 U = 1 / RT Un R élevé = une résistance thermique élevée Un U élevé = une résistance thermique basse Note: Coefficient de conductivité thermique U (W/m²K) Masse thermique (inertie thermique) Hiver : Le froid reste à l ’extérieur Été : La chaleur est rejetée Chaleur agréable à l ’intérieur La fraîcheur est conservée Masse thermique (inertie thermique) Thermal phase difference en temperature damping 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 Extérieur Béton cellulaire Intérieur 30 20 10 C Variations de- température ° 30 20 10 C ° Masse thermique (inertie thermique) Pour un bon confort thermique en été : - déphasage important F : 10 à 15 heures - amortissement thermique µ : 2 – 4 % 20 degré de différence en température journalière (30 °C jour/10°C nuit) , il en résulte une différence de température intérieure de 20 x 0,03 = 0,6 degré avec une ventilation normale pendant la nuit. 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 ° Régulation thermique naturelle = confort Résistance mécanique Résistance en compression Béton Béton cellulaire Calcul de la résistance en compression - Eurocode 6 : - formule murs collés Résistance caractéristique à la compression de murs fk = K . (fb)a . (fm)b Mortier classique fk = (0,60 à 0,40) fb 0,65 fm 0,25 Mortier colle fk = 0,80 fb 0,85 NBN EN 1996-1-1 + ANB NBN EN 1996-1-1 + ANB 2,9 3,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 general purpose thin layer Resistance à la compression caractéristique fk (N/mm²) fb=4,72N/mm², fm=10N/mm² fk N/mm² Calcul de la résistance en compression - Eurocode 6 : - formule murs armés Résistance en compression Murs extérieurs 36.5 cm Murs intérieurs 20 cm Toiture légère 5 m 5 m 5 m C2/300 fbk ≥2 N/mm2 C4/550 fbk ≥4 N/mm2 C5/650 fbk ≥5 N/mm2 C2/300 C4/550 C2/300 C2/300 C4/550 C2/300 C2/300 C4/550 C2/300 C2/300 C5/650 C2/300 Résistance en compression Béton cellulaire autoclavé Terre cuite Blocs béton Calcul effectué selon NBN EN 1996-3+ANB 13,8T/m 10,2T/m 9,0T/m Murs armés Murs armés Réaction et résistance au feu Réaction au feu Classe Européenne A1 “matériaux non combustibles” (voir EN 13501-1) Selon les normes de produits: NBN EN 771-4 (blocs) NBN EN 12602 (panneaux) Résistance au feu Epaisseur Résistance au feu (mm) Blocs 100 EI 180 200 REI 240 240 REI 360 Panneaux 150 EI 360 R = stabilité E = étanchéité aux flammes, fumées et gaz chauds I = isolation Sinistre Sans compartimentage un complexe industriel peut rapidemment être totalement détruit . Sinistre dans un entrepôt industriel Solution Compartimentage … à l’aide de murs pare-feu en béton uploads/Ingenierie_Lourd/ febecel-fr-2018-2019.pdf