Qu’est-ce qu’un béton réfractaire ?

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Le coeur d’un foyer de masse peut être fait en briques ou en gros morceaux de béton. Dans un cas comme dans l’autre, ce n’est pas n’importe quel béton et ce n’est pas n’importe quelles briques qui sont utilisés. Pourquoi dit-on dit que ces matériaux sont «réfractaires» ?

Coeur d’un foyer Feu vert fait de blocs réfractaires


Briques ordinaires, dites d’argile


Le béton et les briques ordinaires, dites d’argile, ne pourraient résister aux températures très élevées que l’on retrouve dans le coeur du foyer de masse. D’où le besoin de recourir à des matériaux spécialement conçus pour les hautes températures. Un matériau réfractaire est une substance qui résiste à la chaleur et ne fond qu’à des températures très élevées.

Quelles températures? Cela dépend. Ce qui est important, c’est qu’aux températures atteintes dans l’usage qu’on en fait, le matériau ne subisse aucune modification physique ou chimique susceptible de diminuer ses qualités de résistance mécanique. Chaque usage appelle donc un réfractaire approprié.

Autrement dit, il faut que, dans les limites de températures déterminées, le matériau reste aussi résistant à la traction, à la compression, aux chocs, etc. La «brique à feu» est le premier exemple qui nous vient en tête. Presque tout le monde en a déjà vu dans un poêle à bois en acier ou dans une ancienne cuisinière à bois.

Or, il y a bien d’autres types de matériaux réfractaires dans l’industrie comme des plastiques et des laines de fibre de verre ou de céramique. Plusieurs de ces matériaux vont être utilisés dans un foyer de masse Feu vert:

  1. le béton réfractaire composera les blocs qui, une fois assemblés, formeront le coeur;

  2. la laine et les cordons de céramique seront utilisés autour des portes, sur le dessus du foyer;

  3. certains plastiques réfractaires seront parfois utilisés pour réparer le tour des portes de vieux foyers, une situation fréquente que le système de fixation Feu vert a réglé.


Les matériaux réfractaires vont donc encaisser le choc des hautes températures engendrées par la combustion au sein du coeur du foyer de masse.

Quant au recouvrement du coeur, il pourra être constitué de mortier et de briques ordinaires car les températures y sont déjà beaucoup plus basses.


Il existe des centaines de sortes de béton réfractaire. En fait, il en existe autant qu’il y a de situations particulières dans lesquels ils sont utilisés. Les Foyers Feu vert bénéficient de l’expertise d’un laboratoire dédié à l’étude des réfractaires. Ce laboratoire fait partie du Groupe Réfraco. Les experts Feu vert ont déterminé les types de béton les plus appropriés à un foyer de masse.

Voici les quelques propriétés dont les experts tiennent compte pour le choix des réfractaires:

  1. leur résistance à la chaleur;

  2. leur facteur isolant;

  3. leur résistance à la corrosion (attaques chimiques des composés du bois);

  4. leur résistance à la fissuration;

  5. leur résistance aux impacts mécaniques (chocs, tension, traction, etc.);

  6. leur capacité à accumuler la chaleur;

  7. leur fini de surface (pas de trous, par exemple pour la dalle du four à cuisson);

  8. leur malléabilité.

Par exemple, le béton choisi pour les blocs du coeur n’est pas du tout le même que celui du système de fixation des portes. Le cadre de béton des portes est fait d’un béton léger et isolant pour qu’il protège le recouvrement du foyer, contrairement au béton du coeur qui est lourd, dense et apte à accumuler la chaleur.


Une fois choisi le béton réfractaire approprié, il reste à veiller à ce que la fabrication des blocs de béton se fasse dans les règles de l’art, car le meilleur des bétons réfractaires, s’il est mal coulé, peut s’avérer de piètre qualité au final. Si plusieurs manquements se combinent au coulage, un béton va presque immanquablement se désagréger, alors qu’il est censé durer des générations.

QU’EST-CE QU’UN BÉTON RÉFRACTAIRE ?

Qu’est-ce que du béton?

Le béton est un matériau composé d’autres matériaux, en l’occurrence:

  1. 1.des granulats comme du sable ou des gravillons (des petites roches);

  2. 2.un liant, que l’on appelle aussi «ciment», qui s’insère entre les granulats pour les lier.

Lorsque les granulats utilisés se réduisent à des sables, on parle alors de mortier. Si on élimine les granulats ou les sables et que le mélange est très fluide, cela devient un coulis.

Mais revenons au béton. Les bétons ordinaire et réfractaire correspondent tous les deux à la définition que l’on vient de donner, qui est très générale: dans les deux cas, il y a des granulats et un liant. Ce qui va changer c’est la nature des granulats et des liants, et comment ils agissent.

Les granulats et les liants d’un béton ordinaire

Dans un béton ordinaire, on s’intéresse à la nature des granulats (petites roches) pour leur dureté. Des granulats de calcaire seront moins durs et moins durables que des granulats de granit, par exemple.

Quant au liant, il est principalement issu d’une roche calcaire mise en poudre et d’argile. Les matières premières sont cuites à haute température (1450°C) puis broyées. Le plus connu des liants est le ciment Portland.

Le ciment Portland produira donc du béton lorsqu’il sera mélangé à des granulats et de l’eau. Il durcira sous l’action de l’eau. On dit donc qu’il fait une prise à l’eau car il utilise les liens hydrogènes de l’eau pour faire sa réaction chimique de durcissement. Un béton ordinaire ne sèche donc pas, il «prend». De là l’importance de conserver le maximum d’humidité au béton pendant sa prise.



Les granulats et les liants d’un béton réfractaire

On s’intéresse à la nature des granulats (petites roches) pour leur dureté, oui, mais surtout pour leur capacité à résister aux hautes températures.

Quant au liant, il a deux fonctions. Tout d’abord, on veut que le bloc de béton réfractaire, une fois coulé, soit solide à la température de la pièce. Le liant réfractaire va donc contenir un peu de ciment ordinaire mais le moins possible car on veut surtout que son action soit effective à haute température.

À température ambiante, donc, la petite part de ciment ordinaire fait «la job» alors qu’elle ne tiendra pas le coup à haute température. Les liants réfractaires, eux, vont prendre le relais. Il leur faut des hautes températures pour qu’ils puissent faire leur prise, à la suite de quoi ils peuvent jouer leur rôle pleinement.

La nature des liants destinées aux hautes températures est très diverse. Des dizaines de composés minéraux sont utilisés selon les propriétés physiques, chimiques ou de résistance mécanique que l’on souhaite obtenir: absorption de chaleur ou isolation, conductivité, résistance aux chocs mécaniques, thermiques ou à tel ou tel produit chimique, etc.

Voilà pourquoi le béton réfractaire est si différent du béton ordinaire, lorsqu’on le manipule: la plus grande part des liants n’entreront pas en fonction à la température ambiante mais seulement lorsque la chaleur sera intense. Cela explique aussi l’importance de la cuisson des blocs. Celle-ci ne sert pas uniquement à en extraire l’humidité mais à leur donner toute leur force, à leur faire faire la plus grande partie de leur prise.

Quels sont les minéraux utilisés? Je pourrais vous citer la micro silice ou le sulfate d’aluminium, par exemple, mais cela ne donne pas grand chose tellement les types de minéraux et de liaisons chimiques sont nombreux. Ils sont beaucoup plus vastes que dans le béton ordinaire.

Il va donc s’opérer, sous l’action des hautes températures, des réactions chimiques entre les différents liants. Mais il va aussi y en avoir, dans certains cas, entre les liants et les granulats, de sorte que la nature du matériau final va complètement se modifier. La science des bétons réfractaires est d’une fascinante complexité. Ce n’est pas pour rien que le fabricant des foyers Feu vert, Maçonnerie Benoît Pineault et le Groupe Réfraco, possède un laboratoire dédié spécialement à l’étude et au dosage des réfractaires.


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