Granulats de construction

Les agrégats de construction , ou simplement agrégats , sont une vaste catégorie de matériaux particulaires à grains grossiers à moyens utilisés dans la construction , notamment le sable , le gravier , la pierre concassée , les scories , le béton recyclé et les agrégats géosynthétiques . Les agrégats sont les matériaux les plus extraits au monde. Les agrégats sont un composant de matériaux composites tels que le béton et l'asphalte ; l'agrégat sert de renfort pour ajouter de la résistance au matériau composite global. En raison de la valeur de conductivité hydraulique relativement élevée par rapport à la plupart des sols, les agrégats sont largement utilisés dans les applications de drainage telles que les fondations et les drains français , les champs de drainage septiques, les drains de murs de soutènement et les drains de bord de route. Les agrégats sont également utilisés comme matériau de base sous les fondations, les routes et les voies ferrées . En d'autres termes, les agrégats sont utilisés comme fondation stable ou base de route/rail avec des propriétés prévisibles et uniformes (par exemple pour aider à prévenir le tassement différentiel sous la route ou le bâtiment), ou comme extenseur à faible coût qui se lie au ciment ou à l'asphalte plus coûteux pour former du béton. Bien que la plupart des types d’agrégats nécessitent une forme d’agent liant, il existe des types d’ agrégats auto-liants qui ne nécessitent aucune forme d’agent liant.

En Europe, les plages de tailles sont spécifiées sous la forme d / D , où d représente la plus petite maille carrée et D la plus grande maille carrée que les particules peuvent traverser. Les tailles préférées spécifiques à l'application sont décrites dans la norme européenne EN 13043 pour la construction de routes, EN 13383 pour les enrochements de plus grande taille, EN 12620 pour les granulats de béton, EN 13242 pour les couches de base de la construction de routes et EN 13450 pour le ballast ferroviaire.

L' American Society for Testing and Materials publie une liste exhaustive de spécifications, notamment ASTM D 692 et ASTM D 1073, pour divers produits de granulats de construction qui, de par leur conception individuelle, conviennent à des fins de construction spécifiques. Ces produits comprennent des types spécifiques de granulats grossiers et fins conçus pour des utilisations telles que les additifs aux mélanges d'asphalte et de béton, ainsi que pour d'autres utilisations dans la construction. Les départements des transports des États affinent davantage les spécifications des matériaux de granulats afin d'adapter l'utilisation des granulats aux besoins et à l'offre disponible dans leurs emplacements particuliers.

Les sources de ces matières premières peuvent être regroupées en trois grandes catégories : l'exploitation des gisements de granulats minéraux, notamment le sable, le gravier et la pierre ; l'utilisation des scories résiduelles de la fabrication du fer et de l'acier ; et le recyclage du béton, lui-même principalement fabriqué à partir de granulats minéraux. En outre, certains matériaux (mineurs) sont utilisés comme granulats légers spéciaux : l'argile , la pierre ponce , la perlite et la vermiculite .

Depuis des milliers d'années, les hommes utilisent du sable et de la pierre pour les fondations. La production et l'utilisation des granulats ont considérablement évolué sous l' Empire romain , qui a utilisé ces derniers pour construire son vaste réseau de routes et d'aqueducs. L'invention du béton, indispensable à l'architecture utilisant des arches, a créé une demande immédiate et permanente de granulats de construction.

Vitruve écrit dans De architectura :

L'économie signifie une gestion judicieuse des matériaux et du chantier, ainsi qu'un équilibre judicieux entre les coûts et le bon sens dans la construction des ouvrages. On le remarquera si, en premier lieu, l'architecte n'exige pas des choses qu'il ne peut trouver ou préparer sans de grandes dépenses. Par exemple : il n'y a pas partout en abondance du sable de carrière, des gravats, du sapin, du sapin clair et du marbre... Là où il n'y a pas de sable de carrière, il faut utiliser celui qui est emporté par les rivières ou par la mer... et d'autres problèmes doivent être résolus de la même manière.

L'avènement des méthodes modernes de dynamitage a permis le développement de carrières , qui sont aujourd'hui exploitées partout dans le monde, partout où existent des gisements de roches mères de bonne qualité. Dans de nombreux endroits, il n'existe pas de gisements de roches mères de bonne qualité, comme le calcaire , le granit , le marbre ou d'autres pierres . Dans ces régions, on extrait du sable et du gravier naturels pour les utiliser comme granulats. Lorsqu'il n'y a ni pierre, ni sable ni gravier disponibles, la demande de construction est généralement satisfaite par l'expédition de granulats par train, par barge ou par camion . De plus, la demande de granulats peut être partiellement satisfaite par l'utilisation de scories et de béton recyclé . Cependant, les tonnages disponibles et la qualité inférieure de ces matériaux les empêchent de constituer un substitut viable aux granulats extraits à grande échelle.

De grandes carrières de pierre et des exploitations de sable et de gravier existent à proximité de pratiquement tous les centres de population en raison du coût élevé du transport par rapport à la faible valeur du produit. Le transport par camion de granulats sur plus de 40 kilomètres n'est généralement pas rentable. Il s'agit d' opérations à forte intensité de capital , qui utilisent de gros équipements de terrassement, des convoyeurs à bande et des machines spécialement conçues pour broyer et séparer des granulats de différentes tailles, afin de créer des stocks de produits distincts.

Français Selon l' USGS , la production américaine de pierre concassée en 2006 était de 1,72 milliard de tonnes évaluées à 13,8 milliards de dollars (comparé à 1,69 milliard de tonnes évaluées à 12,1 milliards de dollars en 2005), dont 1 080 millions de tonnes de calcaire évaluées à 8,19 milliards de dollars provenant de 1 896 carrières, 268 millions de tonnes de granit évaluées à 2,59 milliards de dollars provenant de 378 carrières, 148 millions de tonnes de roches trappeuses évaluées à 1,04 milliard de dollars provenant de 355 carrières, et le reste d'autres types de pierre provenant de 729 carrières. Le calcaire et le granit sont également produits en grandes quantités sous forme de pierre de taille . La grande majorité de la pierre concassée est transportée par camion lourd de la carrière/usine au premier point de vente ou d'utilisation. Selon l' USGS , la production américaine de sable et de gravier en 2006 s'est élevée à 1,32 milliard de tonnes, évaluée à 8,54 milliards de dollars (contre 1,27 milliard de tonnes, évaluée à 7,46 milliards de dollars en 2005), dont 264 millions de tonnes, évaluées à 1,92 milliard de dollars, ont été utilisées comme agrégats de béton. La grande majorité de cette production a été transportée par camion, au lieu de train électrique .

Actuellement, la demande globale totale des États-Unis par secteur de marché final était de 30 à 35 % pour les bâtiments non résidentiels (bureaux, hôtels, magasins, usines de fabrication, bâtiments gouvernementaux et institutionnels, et autres), de 25 % pour les autoroutes et de 25 % pour les logements.

Les matières recyclées telles que les scories de haut fourneau et de fourneau sidérurgique peuvent être utilisées comme agrégats ou comme substituts partiels du ciment Portland . Les scories de haut fourneau et de fourneau sidérurgique sont refroidies soit à l'air, soit à l'eau. Les scories refroidies à l'air peuvent être utilisées comme agrégats. Les scories refroidies à l'eau produisent des particules vitreuses de la taille du sable (granulées). L'ajout de chaux libre à l'eau pendant le refroidissement confère aux scories granulées des propriétés cimentaires hydrauliques.

Français En 2006, selon l' USGS , 7,3 millions de tonnes de scories de haut fourneau refroidies à l'air ont été vendues ou utilisées aux États-Unis, pour une valeur de 49 millions de dollars, 4,2 millions de tonnes de scories de haut fourneau granulées ont été vendues ou utilisées aux États-Unis, pour une valeur de 318 millions de dollars, et 8,7 millions de tonnes de scories de fourneau d'acier ont été vendues ou utilisées aux États-Unis, pour une valeur de 40 millions de dollars. En 2006, les ventes de scories de haut fourneau refroidies à l'air étaient destinées aux couches de base et aux surfaces des routes (41 %), au béton bitumineux (13 %), au béton prêt à l'emploi (16 %), le solde étant destiné à d'autres utilisations. En 2006, les ventes de scories de haut fourneau granulées étaient destinées aux matériaux cimentaires (94 %), le solde étant destiné à d'autres utilisations. En 2006, les ventes de scories de fourneau d'acier étaient destinées aux couches de base et aux surfaces des routes (51 %), au béton bitumineux (12 %), au remblai (18 %), le solde étant destiné à d'autres utilisations.

Les granulats de verre recyclés broyés en petits morceaux remplacent le gravier ou la pierre concassée dans de nombreux projets de construction et d'utilité publique. Les granulats de verre ne sont pas dangereux à manipuler. Ils peuvent être utilisés comme lit de canalisation, placés autour des canalisations d'égout, d'eaux pluviales ou d'eau potable pour transférer le poids de la surface et protéger la canalisation. Une autre utilisation courante est le remplissage pour amener le niveau d'un sol en béton au même niveau que les fondations. L'utilisation de granulats de verre permet de boucler la boucle du recyclage du verre dans de nombreux endroits où le verre ne peut pas être fondu en nouveau verre.

Les granulats eux-mêmes peuvent être recyclés sous forme de granulats. Les granulats recyclables ont tendance à être concentrés dans les zones urbaines. L'approvisionnement en granulats recyclés dépend de la dégradation physique et de la démolition des structures. Les installations de recyclage mobiles éliminent le coût du transport du matériau vers un site central. Le matériau recyclé est généralement de qualité variable.

De nombreux produits agrégés sont recyclés à d'autres fins industrielles. Les entrepreneurs économisent sur les coûts d'élimination et moins de granulats sont enterrés ou empilés et abandonnés. À Bay City, dans le Michigan , par exemple, un programme de recyclage existe pour les produits inutilisés tels que le béton mélangé, les blocs, les briques, le gravier, les pierres de pois et d'autres matériaux usagés. Le matériau est concassé pour fournir une sous-couche pour les routes et les allées, entre autres fins.

Selon l' USGS , en 2006, 2,9 millions de tonnes de béton de ciment Portland (y compris les agrégats) d'une valeur de 21,9 millions de dollars ont été recyclées et 1,6 million de tonnes de béton bitumineux (y compris les agrégats) d'une valeur de 11,8 millions de dollars ont été recyclées, dans les deux cas par des opérations de concassage de pierre. Beaucoup plus de ces deux matériaux sont recyclés par des entreprises de construction et de démolition qui ne sont pas incluses dans l'enquête de l'USGS. Pour le sable et le gravier, l'enquête a montré que 4,7 millions de tonnes de béton de ciment d'une valeur de 32,0 millions de dollars ont été recyclées et 6,17 millions de tonnes de béton bitumineux d'une valeur de 45,1 millions de dollars ont été recyclées. Là encore, davantage de ces deux matériaux sont recyclés par des entreprises de construction et de démolition qui ne sont pas incluses dans cette enquête de l'USGS. La Construction Materials Recycling Association indique que 325 millions de tonnes de matériaux de construction et de démolition récupérables sont produites chaque année.

De nombreux agrégats géosynthétiques sont fabriqués à partir de matériaux recyclés. Les plastiques recyclables peuvent être réutilisés dans les agrégats. Par exemple, les gammes de produits EZflow de Ring Industrial Group sont fabriquées à partir de morceaux d'agrégats géosynthétiques constitués à plus de 99,9 % de polystyrène recyclé . Ce polystyrène, autrement destiné à une décharge, est rassemblé, fondu, mélangé, reformulé et expansé pour créer des agrégats de faible densité qui conservent des propriétés de résistance élevées sous des charges de compression. De tels agrégats géosynthétiques remplacent le gravier conventionnel tout en augmentant simultanément la porosité, la conductivité hydraulique et en éliminant les fines poussières « fines » inhérentes aux agrégats de gravier qui servent autrement à obstruer et à perturber le fonctionnement de nombreuses applications de drainage.

Plusieurs groupes ont tenté d'utiliser des pneus hachés comme agrégats de béton. Le résultat est plus résistant que le béton ordinaire, car il peut se plier au lieu de se briser sous la pression. Cependant, les pneus réduisent la résistance à la compression en partie parce que le ciment adhère mal au caoutchouc. Les pores du caoutchouc se remplissent d'eau lorsque le béton est mélangé, mais deviennent des vides lorsque le béton durcit. Un groupe a mis le béton sous pression pendant qu'il durcissait, réduisant ainsi le volume des pores.

Au Royaume-Uni, les granulats recyclés sont issus du traitement des matériaux de construction . Pour garantir l' inertie des granulats , ils sont fabriqués à partir de matériaux testés et caractérisés conformément aux codes européens des déchets .

En 2008, 210 millions de tonnes de granulats ont été produites, dont 67 millions de tonnes de produits recyclés, selon la Quarry Products Association. Le Waste and Resource Action Programme a produit un protocole de qualité pour la production réglementée de granulats recyclés.