Nouveautés dans le monde du béton prêt à l’emploi · L’Association béton Québec (ABQ )...

Nouveautés dans le monde du béton prêt à l’emploi

Luc Bédard, ing., M.Ing., M.B.A.

19e congrès annuel de la CEGQ24 février 2016

2https://youtu.be/AjsfinwfX-U

https://youtu.be/AjsfinwfX-U






3https://www.youtube.com/embed/Rn1fmydhBdo

https://www.youtube.com/embed/Rn1fmydhBdo






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1. Présentation de l’ABQ

2. Historique du béton

3. Technologies disponibles

Maturométrie, alternatives aux éprouvettes témoins

Adjuvants: Stabilisateur d'affaissement, Contrôle du retrait

Béton fibré

Contrôle de la corrosion

Bétons autoplaçants

Bétons anti-lessivage

4. Modifications réglementaires

5. Conclusion

Plan de la présentation

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Notre Mission

Promouvoir l’utilisation du béton prêt à l’emploi

Mobiliser nos membres et partenaires à adhérer aux bonnes pratiques de l’industrie

Présentation de l’ABQ

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L’Association béton Québec (ABQ ) est reconnue comme l’unique représentante des producteurs de béton prêt à l’emploi au Québec.

L’ABQ regroupe 52 producteurs de béton qui opèrent plus de 170 usines réparties sur l’ensemble du territoire québécois.

Au cours de l’année 2011, nos membres ont produit et livré plus de 4 millions de mètres cubes de béton, soit plus de 90% de la production québécoise.


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Consultez nos bulletins

techniques TECHNOBÉTON au

www.betonabq.org


http://www.betonabq.org/

Histoire du béton

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2. Histoire moderne du béton

Rappel

Égyptiens: mélange de chaux, d'argile, de sable et d'eau. 2 600 avant notre ère.

Romains : chaux + la terre volcanique de Pouzzole → mélange faisant prise sous l'eau. 1er siècle de notre ère

La technologie du béton romain fut perdue après la chute de l'empire romain jusqu'à la découverte du ciment Portland en 1824 par un maçon anglais, Joseph Aspdin

Nommé en raison de sa couleur semblable à celle de la pierre provenant d’une carrière de la de la presqu’île de Portland en Angleterre, sur la Manche.

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Pont du Gard

Panthéon

Histoire du béton

http://www.google.ca/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=bbOus88imYeUpM&tbnid=kp7hIMpS14RvaM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.lamaisondulysse.com/2012/10/23/le-pont-du-gard-un-monument-mythique-qui-prend-sa-source-pres-de-la-maison-dulysse/&ei=LtstUryqHKTL2gXd-4DgBQ&bvm=bv.51773540,d.aWc&psig=AFQjCNGWXgYzVdrmoh2_hyvn9x_RlcV0FA&ust=1378823252486093

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La technologie du béton romain fut perdue après la chute de l'empire romain jusqu'à la découverte du ciment Portland en 1824.

Histoire du béton

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Le ciment portland a été breveté par un maçon anglais, Joseph Aspdin, en 1824.

Nommé en raison de sa couleur semblable à celle de la pierre provenant d’une carrière de la de la presqu’île de Portland en Angleterre, sur la Manche.

Histoire du béton

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Histoire du béton

90’80’

70’

10’Introduction des agents entraîneurs d’air

1824: Invention du ciment portland

Apparition des BUHP: 200 MPa

Premières

générations de polycarboxylates

Utilisation fumée de silice

Première bétonnière 30’ Chicago:

berceau du BHP

60’

Introduction superplastifiants

Béton précontraint

1892: béton armé

Premiers BAP au Japon

3. Technologies disponibles

- Maturométrie -

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15.4.3.2 Étaiement (CCDG 2013)

«[…]L’étaiement d’un ouvrage en béton armé ne doit être enlevé que lorsque le béton a atteint au moins 70 % de la résistance à la compression exigée à 28 jours…

La résistance à la compression du béton doit être vérifiée par des essais sur des éprouvettes témoins mûries dans les mêmes conditions que le béton de l’ouvrage. Si aucun essai n’apporte cette vérification, l’entrepreneur doit attendre un minimum de 21 jours.»


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Problématiques avec les éprouvettes témoins Écart entre l’historique de température au sein des éprouvettes témoins et

au sein de l’ouvrage.

Ceci est d’autant plus marqué que l’ouvrage est constitué de pièces de forte épaisseur (« effet de masse » important).

La prise et le durcissement du béton étant fortement influencés par la température, il en résulte des différences considérables entre les valeur de résistance mesurées sur éprouvettes d’information et la résistance réelle du béton dans l’ouvrage .

Les éprouvettes témoins ne sont pas toujours entreposées adéquatement.

Opérations de décoffrage non-optimales


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Qu’est-ce que la maturométrie• Méthode de détermination in situ de la résistance au jeune âge

du béton, intégrant les effets couplés de température et de temps, par le biais de la loi d’Arrhenius:

• La maturométrie s’appuie sur le fait établi que, pour un béton donné, la résistance au jeune âge ne dépend que de l’histoire thermique.

Maturométrie

teE

R tdt

t

exp ( ).

1

293

1

2730

te : Age équivalent (h)E : Énergie d’activation (J/mol)R : Constante gas (J/mol/K)(t) : Histoire température (°C)

Méthode couverte par la norme ASTM C 1074Estimating Concrete Strength by the Maturity Method


18Courtoisie: Unibéton


19

Maturométrie avec le métro de Laval

Courtoisie: Unibéton


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Avantage de la maturométrie

Évaluation en temps réel de la résistance dans l’ouvrage

Optimisation des cycles de coffrage et décoffrage

Suivi en temps réel du développement de la résistance

Économie de temps

Meilleure homogénéité des résultats de résistance pour fins de décoffrage

Suivi en temps réel de la température du béton dans l’ouvrage

Optimisation de l’utilisation des appareils de chauffage

Meilleur contrôle du mûrissement du béton

Par contre: méthode non-reconnue par le MTQ à ce jour


21

La maturométrie est pertinente lors: Nombre de coulée important (+ de 8)

Coulées échelonnées sur plusieurs semaines afin de permettre la calibration et la vérification de celle-ci

Cycles de coffrage et décoffrage critiques

Formule de béton préétablie;

On ne doit pas déroger de la formule initiale pour laquelle la calibration a été effectuée.


Limitation: Résistance inférieure à 5 MPa ou

Maturité ayant plus 50% que la résistance à 28d

3. Technologies disponibles-Adjuvants: stabilisateur d’affaissement-

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Problématique: pertes d’affaissement du béton

Adjuvants- Stabilisateur d’affaissement -

Les pertes d’affaissement peuvent être causées par:

Distance de livraison

Trafic

Température ambiante

Temps d’attente au chantier

Type de mélange

etc.

24

Impacts des pertes d’affaissement:


25


Solutions traditionnelles

Ajout d’eau (à proscrire)

Exemple: 10 litres d’eau par m3

réduction de la résistance à la compression d‘au moins 2,5 MPa

délai sur le temps de prise d’environ 30 minutes

Augmentation du retrait, perte de durabilité, etc.

Ajout de superplastifiant en chantier

Temps = $$$

Retardateur de prise

Impact sur les opérations de finition et de décoffrage

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Stabilisateur d’affaissement (ASTM C494 type S ou A)

Source: BASF

Rétention et ouvrabilité sans retard de prise préjudiciable

Niveaux modulables de rétention et de maniabilité selon le dosage

Améliore les résistances en compression en bas âge et à long terme

Procure une plus grande constance de l’ouvrabilité

Limite le nombre de correction d’affaissement en chantier

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Polycarboxylatestandard

Faiblement chargéFaible adsorption initialeFaible dispersion initiale

Fortement chargéBonne adsorptionBonne dispersion initiale

Stabilisateur d’affaissementvs

Charge augmente graduellementDispersion graduelle

+ CIMENT

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-- -

-

-

-

-

-- -

-

- --

-

-

---

-

-

--

- -

Grain de ciment

Hydratation:

Consommation partiel du «PCP conventionnel»

= perte de fluidité

-

-

-

-

-

-

-

-

Groupement

carboxylique

-Monomère non-chargé et instable à pH alcalin

-

pH: ~12,5

-

-

-

-

-

-

-Adsorption stabilisateur

d’affaissement

Lorsque la densité de

charge est

suffisamment élevée

Sous-produit provenant de l’hydrolyse

Adsorption du «PCP conventionnel»:

Haute densité charge

Adsorption rapide Bonne fluidité

initiale Processus d’hydrolyse du stabilisateur d’affaissement

Certains monomères instables à pH alcalins

Hydrolyse forme des groupements carboxyliques

Augmentation graduelle de la densité de charge

Stabilisateur d’affaissement:

Faible densité de charge Faible adsorption initiale


Mode d’action des stabilisateurs d’affaissement

3. Technologies disponibles-Adjuvants pour contrôler le retrait-

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Les types de retrait:

Retrait plastique:Évaporation de l’eau de gâchage en cours de prise

Retrait endogèneVolumes des hydrates < (volume ciment + volume eau)

Retrait de séchageÉvaporation de l’eau dans les capillaires fermés : formation de ménisques et tension sur le matériau

Retrait thermiqueVariation de température lors de l’hydratation

Adjuvants- le retrait -

31

Les retraits empêchés sont une des principales causes de la fissuration des bétons:

Adjuvants- le retrait -

SéchageFissure

Retrait de séchage

Éléments massif

Source: Gagné et Lessard

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Le réducteur de retrait:

Mécanisme d’actionAbaisser la tension de surface de l’eau et réduire les tensions internes dues aux ménisques

Adjuvants- réducteurs de retrait -

Réducteur de retrait

Source: Carmel Jolicoeur, UdeS

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L’agent expansif à base de CaO (ACI 223 type G):

Mécanisme d’actionLe CaO contenu dans l’agent expansif interne réagit avec l’eau présente dans le béton (principalement dans les 24 premières heures) pour former du Ca(OH)2, soit de la portlandite, qui provoque l’expansion contrôlée du béton après la prise du béton et durant son durcissement. Mûrissement à l’eau important!

Adjuvants- agent expansif à base de CaO -

Source: Gagné et Lessard

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Cure interne par ajout de sable léger poreux

Mécanisme d’actionAjout dans le béton d’un certain pourcentage de sable léger poreux saturée en eau

Durant la période de mûrissement, le sable léger poreux agit comme réservoir d’eau pour compenser l’eau consommée lors de l’hydratation

Adjuvants- Cure interne -

Granulat standard

Zone de cure

Granulat léger saturé

Cure à l’eau standard Cure interne

3. Technologies disponibles-béton fibré-

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Applications selon le types de fibres

Microfibre synthétiqueContrôler et atténuer les fissures de retrait plastique

Forme de monofilament très fin ou fibrillé

Longueur varie de 0,8 à 50 mm et leur diamètre est inférieur à 0,2 mm

Module de Young moyen de 3 à 5 GPa

Béton fibré

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Macrofibre synthétiquePermet d’obtenir des résistances d’ingénierie équivalentes à celles offertes par le treillis métallique et les barres d’armatures (calcul d’ingénierie nécessaire)

Contrôle et atténue les fissures de retrait plastique

Forme de filaments grossiers

Longueur varie de 25 à 65 mm et leur diamètre équivalent est de 0,2 à 1,2 mm

Module de Young moyen de 5 à 10 GPa

Béton fibré

http://www.google.ca/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=cVKQKXrwvqMkKM&tbnid=3MoxnH6ubDH-yM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.synad.fr/SYNAD-Info-9-Le-retrait-des-betons&ei=mpzeUpzuFYLQyAGs4IDIAw&psig=AFQjCNG_YMattH8DlhrA-xMAHYDMPPxx5g&ust=1390407169840714


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Fibre d’acierPermet d’obtenir des résistances d’ingénierie équivalentes à celles offertes par le treillis métallique et les barres d’armatures (calcul d’ingénierie nécessaire)

Module de Young moyen de 200 Gpa

Peu efficace pour le retrait plastique

Plus le béton vieillit, plus les fibres métalliques sont efficaces pour contrôler les fissures

Béton fibré


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Béton fibré

Pour plus d’informations, consultez le

Guide de bonnes pratiques pour l’utilisation des fibres

dans le béton

www.betonabq.org

3. Protection contre la corrosion

41

Béton : milieu très alcalin (pH≈13) la protection de l’acier.

Une mince couche d’oxyde, ou film passif (solution solide de Fe3O4 - Fe2O3 dont l'épaisseur est de 10-3 à 10-1 μm), se forme et protège la barre d’armature.

Béton sain: bonne protection contre la corrosion

Protection contre la corrosion

La corrosion des aciers d'armature peut débuter si le film passif est détruit ou si le pH de la solution interstitielle devient trop faible

acierFilm passif

acier

béton

bétonFe3O4

Fe2O3

Adaptation de W.R. Grace

42

Aux endroits où la couche a été détruite, l'acier se dissous (zone anodique), alors que le reste de la surface encore passivée correspond à la zone cathodique

Les étapes de la corrosion de armatures (1/2)

Fe2+ + 2 OH- Fe(OH)2 en présence d’oxygène, formation produits gonflants


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Dépassivation progressive de l'acier par essentiellement:

Pénétration des ions chlorure

Carbonatation (baisse du pH due au CO2)

Propagation de la rouille produite par des réactions d'oxydation à la surface de la barre. Formation produits fortement gonflants (6x)

Les étapes de la corrosion de armatures (2/2)


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Choisir le bon béton:

Bétons exposés aux chlorures:

Utiliser un béton de classe C-1 ou C-XL

Pour les bétons non-exposés aux chlorures et sujets à la carbonatation:

E/L pas trop élevé et bonne cure

Respecter l’enrobage minimale des aciers d’armature

Règles de l’art pour prévenir la corrosion


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Classe exposition Description / Applications E/L

max

ƒ’c minMPa

Type cure Perm. Ions Cl-

C-XL

Béton armé exposé aux chlorures ou autres environnements agressifs, soumis ou non au gel/dégel, performance devrait être supérieure à celle des classes C-1, A-1, S-1

0,4050 à 56j 3 2009: <1000 à 56j

2014: <1000 à 90j

C-1

Béton armé exposé aux chlorures, soumis ou non au gel et dégel.Tabliers de pont, rampes de stationnement, bassins d’eau salée

0,402009: 35 à 28j

2014 : 35 à 56j

22009: <1500 à 56 j2014: <1500 à 90 j

Résumé tableaux 1 et 2; CSA A23.1 (2009 vs 2014)

Règles de l’art pour prévenir la corrosion: le bon béton


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Ajouts cimentaires: morphologie et surface spécifique

Fumée de silice *20 000 m2/kg

Cendre volante **300 à 500 m2/kg

Laitier de haut fourneau**400 à 600 m2/kg

L’utilisation d’un ciment composé ou d’ajouts cimentaires est nécessaire pour les bétons de classe C-1 ou CX-L Perméabilité aux ions chlorure


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Réactivité des ajouts cimentaires: silice amorphe

Silice amorphe: pouzzolanique

Silice cristalline: non pouzzolanique

DRX: Quartz broyéDRX: Cendre volante


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Réaction pouzzolanique:

CSH(Silicate de Calcium Hydraté)

Portlandite(chaux hydratée)

CSH

Portlandite (chaux hydratée) + ajout cimentaire CSH→

Âge de maturation, en jours 7 28 180

Tene

ur e

n po

rtla

ndite

*

Ciment Portland

Mélange de ciment Portland 40% de pouzzolane

*Portlandite = chaux hydratée = hydroxyde de calcium


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Règles de l’art pour prévenir la corrosion: Enrobage

Tableau 17, CSA A23.1-09


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Adjuvants inhibiteur de corrosion — composé chimique qui, mélangé au béton, empêche le déclenchement et l’évolution du processus de corrosion électrochimique à la surface de l’armature.(CSA A23.1)

Remarque: un inhibiteur de corrosion fournit une protection à l'acier d'armature en agissant sur la réaction électrochimique à la surface de l'armature, et ne sont pas directement en agissant sur la perméabilité.

Mesures additionnelles contre la corrosion


51

Les nitrites permettent aux ions ferreux de retrouver un état de passivation aux endroits où le film passif a été détruit.

Les nitrites permettent de reformer un film passif, même si la concentration en ions chlorure est supérieur au seuil critique d'initiation de la corrosion.

Inhibiteurs de corrosion: nitrite de calcium, Ca(NO2)2

Mode d’action Ca(NO2)2: 2Fe2+ + 2OH- + 2NO2- 2NO + Fe2O3 + H2O

-


52

Simulation théorique

pour l’initiation

de la corrosion


53

Protection contre la corrosionImpact de l’épaisseur d’enrobage

Simulation théorique pour l’initiation de la corrosion

Enrobage 50 mm Enrobage 75 mm

Adaptation de Simco Technologies

3. Bétons autoplaçants

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Qu’est-ce que le béton autoplaçant (CSA A23.1)

Béton autoplaçant (BAP) - Béton extrêmement fluide mais stable qui peut facilement être épandu, remplir les coffrages et enrober l’armature, le cas échéant, sans consolidation mécanique et sans subir de séparation importante des constituants.

Essai d’étalementGénéralement compris entre 500 et 800 mm

Tolérance: ± 70 mm


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Bétonnage de formes complexes ou en présence d’une grande densité d’armature Mise en œuvre sans vibration Bétonnage plus rapide et optimisation de productivité sur chantier Plus grande fluidité pour un meilleur pompage

Avantages du béton autoplaçant (1/2)

Source: ACC


57

Optimisation de la qualité de parement

Coulage de murs verticaux de grande hauteur

Amélioration des conditions de travail sur le chantier

Absence de nuisance sonore liée à la vibration

Béton de réparation

Avantages du béton autoplaçant (2/2)

Source: ACC


58

1.Type riche en finesVolume de pâte élevéFaible E/L

2.Type stabilisé à l’aide d’un agent modificateur de viscosité

Volume de pâte moins élevé, stabilité amenée par le viscosant

3.Type combinéUtilisation d’un viscosant

combiné à un volume de pâte intermédiaire

Formulation des BAP: 3 écoles de pensée

ciment ciment


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Adjuvant modificateur de viscosité — substance composée d’une longue chaîne de molécules de polymères qui, mélangée au béton, modifie la viscosité (cohésion) du mélange. Ces agents sont généralement utilisés dans le béton autoplaçant ou comme agents anti-lessivage dans le béton coulé sous l’eau. CSA A23.1


60

Cellulose Amidon (BAP seulement)

Principaux adjuvants modificateur de viscosité.

Gomme welan Gomme diutan


61

Modes d’action des agents viscosants (1/2)

Source: Jolicoeur (UdeS)


62

Modes d’action des agents viscosants (2/2)

Source: Jolicoeur (UdeS)


3. Bétons anti-lessivage

(bétons coulés sous l’eau)

64

Facteurs améliorant la résistance au lessivage:

•Adjuvant anti-lessivage (modes d’action similaires que les agents de viscosité pour BAP)

•Fumée de silice

•Affaissement recommandé: CSA A23.1: 190 ± 40 mm MTQ : 200 ± 40 mm


Source: W.R. Grace

65Sans agent anti-lessivage Avec agent anti-lessivageSource: Sika


4. Modifications réglementaires

67

L’arrivée de la Garantie de Construction Résidentielle (GCR)

68

L’arrivée de la Garantie de Construction Résidentielle (GCR)

Le béton résidentiel pour les constructions neuves doit être certifié.

Pourquoi:

La seule façon d’assurer le respect des exigences de la norme.

69

Les classes de béton résidentiel pour les maisons neuves

70

Les ajouts d’eau

5.2.5.3.2 Ajout d’eau sur le chantier

Le volume d’eau ajouté doit être consigné sur le bordereau de livraison.Doit être signé par le maître d’ouvrage.

Lorsque l’affaissement du béton est inférieur à la valeur prescrite, de l’eau peut être ajoutée par le fournisseur afin de porter le béton à l’affaissement calculé pourvu que les critères suivants soient respectés:a)Le rapport eau/liant spécifié n’est pas dépassé. b)Au plus 60 minutes se sont écoulées depuis le gâchage. c)Au plus 16 l/m³ ou 10 % de l’eau de gâchage prescrite est ajoutée, selon la valeur la plus faible.

71

Constitue une preuve documentaire

Assure de la bonne classe de béton employé

Documente et encadre les ajouts en chantier

Et autres avantages… ce de l’armature.(CSA A23.1)

L’importance du bon de livraison

72

La mise en place

Le béton résidentiel doit-il être consolidé?

Oui

73

La CURE

Le béton résidentiel est-il soumis à une cure?

Oui

74

Chapitre consacré au béton résidentiel (chapitre 9)

Intégration des classes de béton résidentiel aux tableaux 1 et 2

Annexe R (informative) reprenant les éléments de la défunte norme CSA A438

Nouvelle CSA A23.1-14

75

Nouvelle CSA A23.1-14

76

La référence au béton résidentiel sera-t-elle la version 2009 de la CSA A23.1?

Nouveau CNB:2015 ?

77

La certification pour tous!

Certification des usines de bétonAu Québec, au moins une partie de presque tous les bâtiments est composée de béton prêt à l’emploi. Cependant, le béton prêt à l’emploi est un produit dont l’ensemble des caractéristiques et des performances, de même que celles des matériaux le constituant, n’est pas toujours démontré avant son utilisation. Sans certification, les producteurs ne sont soumis à aucune règle visant à s’assurer périodiquement du maintien de la conformité de leurs bétons et de ses constituants. Il est essentiel que le béton réponde à des normes de qualité aussi bien à l’étape de la fabrication qu’à celle de la livraison et de la mise en place. C’est pour pallier cette lacune que la Régie du bâtiment du Québec (RBQ) a intégré une nouvelle exigence dans le chapitre I, Bâtiment, du Code de construction. Cette exigence précise que tous les bétons devront être produits et livrés par une usine détenant un certificat de conformité délivré par le Bureau de normalisation du Québec (BNQ), conformément au protocole de certification NQ 2621-905 «Bétons de masse volumique normale et constituants – Protocole de certification». Ce protocole a été adapté aux besoins spécifiques du Québec.Qu’est-ce qui est visé?Toutes les usines qui produisent ou livrent du béton prêt à l’emploi sont visées par cette nouvelle exigence. La production de béton à l’aide d’une bétonnière mobile y est également soumise. Cette exigence vise à assurer une qualité constante des constituants utilisés dans le béton, la qualité des bétons eux-mêmes ainsi que la qualité de tout le processus entourant la fabrication et la livraison de ce produit. Déjà, la majorité des usines de béton sont certifiées. La certificationPour être certifiée, une usine doit détenir un certificat de conformité délivré par le BNQ, conformément au protocole de certification NQ 2621-905 «Bétons de masse volumique normale et constituants – Protocole de certification». Les exigences du programme incluent notamment: les constituantsles installations de stockagela fabrication du béton (mesure des constituants, centrale de dosage, malaxage et livraison) et les propriétés du béton, incluant la durabilité. Il est important de noter que les coffrages, la mise en place et la cure du béton sont exclus de ce programme. Le programme de certification du béton prêt à l’emploi du BNQ s’articule autour de 5 catégories d’exigences, soit: la documentation du système de gestion de la qualité (SGQ) les responsabilités de la direction la gestion des ressources la réalisation du béton prêt à l’emploi etla mesure, l’analyse et l’amélioration du processus.Entrée en vigueurLa nouvelle édition du chapitre Bâtiment du Code de construction entre en vigueur le 15 juin 2015. Tout comme lors de l’édition précédente, une période transitoire de 18 mois est prévue. Les dispositions du chapitre I du Code de construction approuvé par le décret no 293-2008 du 19 mars 2008 peuvent être appliquées à la construction d’un bâtiment ou à sa transformation, à la condition que les travaux aient débuté avant le 15 décembre 2016.

5. Conclusion

79

• Les producteurs de béton ont les outils pour livrer des bétons spécialisés et performants:

• Adjuvants diversifiés (superplastifiants, réducteurs de retraits, viscosants, régulateurs d’affaissement, etc.)

• Diversité des liants (ciments, ajouts cimentaires et fillers)

• Évolution des normes

• Est-ce que l’on ose comparer les télévisions des années 60’ à celles d’aujourd’hui?

La même réponse s’applique aux bétons…

Conclusion

Merci pour votre attention!

QUESTIONS ???

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