Bétons réfractaires 

Notre métier est de développer et de fournir à nos clients des solutions réfractaires adaptées à leurs besoins et leurs conditions d’exploitation, notamment au travers notre gamme de béton. Chaque produit est formulé spécifiquement pour répondre à une utilisation à des contraintes différentes tenant compte :

• Des conditions d’utilisation (contraintes d’abrasion, compression, attaques chimiques, cyclage thermiques…).
• La mise en œuvre du béton (par coulage, gunitage…)
• La mise en service (conditions de séchage pour des raisons économiques, opérationnelles et techniques)
• De budget

De manière générale, nos bétons réfractaires sont constitués de 3 grandes familles de composant :
1. Les agrégats : Comme la Chamotte, Andalousite, Bauxite, Carbure de Silicium, Magnésie… C’est le composant principal du béton, qui va lui conférer ces principales caractéristiques.
2. Les liants : Comme le Ciment, Sol-gel, Argile… Ce composant permet d’agréger les agrégats ensemble et de conférer au béton une résistance mécanique suffisante avant et après l’étape dite de « séchage » ou traitement thermique.
3. Les additifs : Qui ont plusieurs fonctions comme améliorer les performances du produit finale, jouer sur le temps de prise, aider au séchage,  comme les fumées de silice, les retardateurs de prise, les fibres polypropylènes… 
 
La composition chimique des bétons réfractaires contient l’agrégat, le liant et les additifs. Selon le produit, il peut y avoir jusqu’à une trentaine d’ingrédients. 

L’Alumine est presque toujours présente dans tous les bétons. Le plus souvent elle est mélangée à l’oxyde de silicium ou Silice (SiO2) et à l’oxyde de calcium (CaO) dans des proportions variables.  

Nous distinguons deux types de familles de bétons, les aluminosilicates et les aluminates de chaux.

 Les bétons de la famille des aluminosilicates :

La grande majorité des agrégats utilisés dans les bétons appartiennent à la famille des aluminosilicates, c’est-à-dire composés majoritairement de silice (oxyde de silicium - SiO2) et d’alumine (oxyde d’aluminium - Al2O2). 

En fonction du pourcentage de l’un et de l’autre oxyde et de leur arrangement cristallographique, on obtient différents types de minéraux ou de matériau dont les principaux sont :

• La Chamotte : argile cuite broyé avec un pourcentage en alumine < 50%
• L’Andalousite : agrégat naturel avec un pourcentage en alumine généralement entre 55 et 60%.
• La Mullite : agrégat non naturel produit à partir d’argile et de bauxite avec un pourcentage en alumine aux alentours de 75%
• La Bauxite : agrégat naturel avec un pourcentage d’alumine aux alentours de 80%
• Les Alumines synthétiques comme l’alumine tabulaire, les corindons brun et blanc. Le pourcentage en alumine peut aller jusqu’à 99,5%

Chaque type d’agrégat possède des propriétés différentes. Le pourcentage d’alumine donne une indication sur la réfractarité du matériau. Nous pouvons considérer que les bétons à base de :

• Chamotte, possèdent une relative bonne résistance à l’abrasion et peuvent être utilisés jusqu’à 1450°C
• Andalousite, possèdent une excellente résistance aux chocs thermiques et peuvent être utilisés jusqu’à env. 1550°C
• Bauxite, ont de très bonne propriétés mécaniques (résistance à la compression et à l’abrasion élevées). La température maximum d’utilisation est aux alentours de 1650°C 
• Les alumines synthétiques comme la Mullite ont d’excellentes propriétés mécaniques et peuvent être utilisées à plus haute températures. On les utilise pour leurs résistances aux  différents types de corrosion. La Mullite est un cristallin composé de 72 % d'oxyde d'aluminium(Al2O2 ) et 28 % d'oxyde de silicium (SiO2).

En complément à ces différents types d’agrégats aluminosilicates, nous avons une gamme de produits isolants utilisant les agrégats suivants dans leur composition :

• Chamotte légère : % Alumine entre 16 et 20% et possédant une forte porosité. Utilisation jusqu’à 1300°C
• Vermiculite : Obtenue par exfoliation du Mica à haute température. Faible densité. Utilisation jusqu’à 1150°C
• Perlite : Matière première naturelle (verre volcanique amorphe) de très faible densité. Utilisation jusqu’à 1000°C 

On différencie la gamme des bétons denses de la gamme des bétons isolants par leurs densités (< 2 g/cm3 pour les bétons isolants) et de leurs utilisations qui s’en découle : les bétons denses sont utilisés en couche à feu et les bétons isolants pour leurs faibles conductivités thermiques.
 

Les bétons de la famille des aluminates de chaux :

Le pourcentage de chaux (CaO) indique généralement la quantité de ciment utilisé en tant que liant dans la composition des bétons. C’est pour cette raison qu’on trouve des bétons avec ciment et des bétons sans ciment. Les ciments réfractaires sont généralement utilisés en tant que liant dans la composition des bétons. Ce sont des aluminates de chaux.

Mélangé avec de l’eau, le ciment permet d’obtenir une bonne tenue mécanique du matériau après la prise hydraulique et ainsi le mettre en forme. Lors de l’étape du séchage, avec la montée en température, le ciment se « détériore » (aux alentours de 1000°C), en parallèle les agrégats se « lient » entre eux par céramisation.

L’inconvénient de l’utilisation du ciment est l’introduction de CaO dans la formulation qui interagit avec les agrégats et altère leurs performances. De plus, après départ de l’eau lors du séchage, les bétons à forte teneur en ciment donnent une forte porosité (env. 25%) diminuant ainsi relativement les performances du matériau. De plus, les bétons avec ciment sont plus difficiles à sécher et ont une durée de conservation limitée.

Il existe dans la gamme Calderys, différents types de bétons :

• Les bétons conventionnels avec env. 25% de ciment ont une contenance de CaO > 2,5%.
• Les bétons basse teneur en ciment : env. 10% de ciment ont une contenance de CaO de 1 à 2,5%
• Les bétons ultra basse teneur en ciment : env. 3% de ciment ont une contenance de CaO de 0,2 à 1%
• Les bétons sans ciment à séchage rapide (QD) : ont une contenance de CaO < 0,2%.
• Le ciment est remplacé par la silice (SiO2). C’est une réaction minérale qui fait la liaison à la place de la réaction hydraulique des aluminates de chaux.
• Les bétons sol-gel (sans ciment) : la liaison est effectuée par la constitution d’un réseau de nanoparticules de silice. Pour ce type de béton, l’eau habituellement utilisée pour le mélange est remplacée par un binder (liant).
• La diminution de la quantité de ciment dans la formulation permet d’améliorer les performances des bétons et facilite le séchage. 

En marge de ces bétons, ont été développés :

• Les bétons autocoulables : ce sont des bétons à basse et ultra-basse teneur en ciment, ne nécessitant pas d’être vibrés lors de la mise en place. Ils ont recours à des additifs chimiques permettant d’améliorer la coulabilité. Il s'agit généralement de défloculants (électrolyte qui, même en très faible quantité, a la capacité de disperser les particules fines du liant)
• Les bétons UniverCEM : ce sont des bétons basse teneur en ciment pouvant être mis en place par différentes techniques (coulage, gunitage, damage) en fonction de la quantité d’eau ajouté.