Béton résistant au feu développé

Le bois crépite sous la chaleur d'un feu de cheminée ou de camp, le béton subit ce que l'on appelle des éclatements lorsqu'il est exposé à un incendie. Ces deux effets sont dus à des processus similaires : l'eau à l'intérieur d'une pièce de bois ou d'un support en béton s'évapore en raison de la température élevée. Plus il y a de vapeur d'eau, plus la pression sur la structure en bois ou en béton augmente. Les cellules de bois éclatent, des fentes se creusent dans les bûches (le crépitement) ; des morceaux de béton se détachent des plafonds, des murs et des piliers de soutien. La capacité de charge des éléments de construction diminue et le risque d'effondrement du bâtiment pendant l'incendie augmente.

La résistance à la chaleur d'un incendie peut être optimisée dans le béton vibré traditionnel en ajoutant quelques kilogrammes de fibres de polypropylène (fibres PP) par mètre cube de béton. En cas d'incendie, ces fibres fondent. Un réseau de canaux subsiste et traverse le béton. La vapeur d'eau peut s'échapper à travers celui-ci, la pression à l'intérieur diminue et la pièce en béton reste entière.

Conflit d'objectifs pour les utilisateurs de béton : résistance au feu et autocompactage ?

Il en va autrement du béton autocompactant à hautes performances (BHP) : Plus de deux kilogrammes de fibres de PP par mètre cube de BES nuisent à l'autocompactage. La proportion de fibres de PP dans le BPE doit donc être suffisamment faible, ce qui a pour conséquence qu'en cas d'incendie, aucun système de canaux cohérent ne peut se former pour empêcher l'éclatement. La question cruciale est donc la suivante : comment réussir à rendre le BHS résistant au feu malgré une faible proportion de fibres de PP, et donc à rendre les constructions plus sûres ?

Les chercheurs de la Empa-Les départements "Béton/chimie de la construction" et "Mechanical Systems Engineering" ont trouvé une réponse à cette question. Ils ont fabriqué une série de panneaux de béton à parois minces, précontraints par des fils en plastique renforcé de fibres de carbone. Chacune d'entre elles contenait deux kilogrammes de fibres de PP par mètre cube de béton. Dans certaines dalles, les chercheurs ont également mélangé une petite quantité de polymères superabsorbants (SAP), des plastiques spéciaux qui peuvent absorber plusieurs fois leur propre poids en eau. Les scientifiques ont ensuite exposé les dalles de béton à des températures allant jusqu'à 1000 °C. Après 90 minutes, il s'est avéré que les dalles de béton enrichies en SAP présentaient certes quelques fissures, mais que seules les dalles de béton sans SAP s'étaient effritées.

L'explication : pendant la production du béton, les PAS se gorgent d'eau et gonflent plusieurs fois par rapport à leur volume sec. Lors du durcissement du béton, l'eau est retirée des SAP par l'aspiration des pores capillaires de la pâte de ciment ; les SAP rétrécissent, un espace vide se forme. Il relie les fibres PP séparées les unes des autres. Un réseau de SAP et de fibres PP se ramifie dans l'élément de construction, de sorte que celui-ci résiste suffisamment longtemps à la chaleur d'un incendie et que l'ouvrage reste stable.

Convient également pour la protection contre les incendies

Avec leur innovation, les chercheurs de l'Empa élargissent également les possibilités d'utiliser les avantages économiques et écologiques du SHB. Le procédé pour lequel une demande de brevet a été déposée permet par exemple d'utiliser le SHB sans frais supplémentaires pour la protection incendie. Jusqu'à présent, celle-ci ne pouvait être garantie que si l'on installait par exemple un système d'extinction automatique ou si l'on ajoutait un manteau d'isolation externe.

Mais le nouveau BSE présente encore un autre avantage : lors du compactage du béton vibré traditionnel, la machine vibrante produit un bruit considérable. Les entrepreneurs peuvent réduire les nuisances sonores en utilisant, à la place du béton vibré, le béton autocompactant à hautes performances, enrichi en SAP et tout aussi résistant au feu.

Texte : Reto Zanettin, Empa