Feasibility study of construction processes using wood concrete

Etude de faisabilité des procédés de construction à base de béton de bois

Pierre Pimienta (1) , Jacques Chandellier (1) , Marcel Rubaud (1) , Francis Dutruel (2) , Hervé Nicole (3)

1 CSTB - Centre Scientifique et Technique du Bâtiment
2 CERIB - Centre d'Etudes et de Recherches de l'Industrie du Béton
3 Centre Technique du Bois et de l'Ameublement

This report draws up an inventory of the "wood concrete" technique in France in an effort to cover all the problems encountered in this sector and to identify the directions that may be taken in the future. The enterprises and industries which manufacture wood concrete, a composite material made up essentially of wood particles in a cement matrix, are usually small companies; a few of them are subsidiaries of large groups. Presently they number about 20, and their production is of the order of some tens of thousands of square meters per year. Manufacture of the particles and basic concrete products are generally carried out by separate enterprises. Research efforts are still very restrained and investments are considerably less than the average in the building sector. These various points are covered in Chapter 1. Chapter 2 describes the materials, products and processes known in France. Wood concrete is a light concrete (its apparent mass per unit volume varies between 600 and 1,200 kg/m3). It possesses most of the characteristics of this family of materials such as their thermal insulation power and workability. Seven types of particles have been counted. The products manufactured most frequently are masonry blacks, sound-proof walls, wall and roof panel elements, cladding for exterior works, rehab slabs, hollow floor blocks and caisson blocks, and basement storage units for interior work. Chapter 3, as well as the two chapters which follow, is mainly based on bibliographical research. After a brief description of the wood used and the status of French forests, it lists the different types of wood processing in general use and the selection criteria used to evaluate the minimum performances of wood particles. Chapter 4 briefly describes the chemistry of cements and their physical and mechanical characteristics. It then sets forth what is known about the bonding of wood particles with cement and the chemical reactions resulting from the presence of wood within the cement matrix. It then traces the different future directions which may be envisioned in order to resolve the obstacles to this sector's development. Chapter 5 describes the major stages around which the manufacture of wood concrete products is organized. In general, it can be said that no manufacturing problems specific to the use of wood particles exist. However, it is necessary to take a certain number of precautions. These are the differences to be taken into account with respect to the traditional concrete aggregates in current use. The questions are examined which until now do not have satisfactory technical solutions. Thanks to group work inspired by value analysis, an exhaustive review was carried out in order to determine the most promising new applications of wood cement composites (CCB) The following target values were selected: a density of between 600 and 900 kg/m3, mechanical resistance falling between 3.5 and 4 MPa, and dimensional variations between extreme interior conditions to the mm/m. The initial work carried out made it possible to draw up a list of 75 possible applications for the use of CCB. After processing, 15 families were selected, and the advantages of using CCB were detailed for each of them. This became the subject of Chapter 6. The considerable advantages of wood concrete are: its ability to be worked easily favoring dry assembly techniques, lightness, encouraging the proposal of new products resulting in productivity gains on the worksite, its capability of being nailed and screwed, thermal insulation associated with satisfactory mechanical strength, thermal inertia contributing to thermal comfort, acoustical power of absorption. However, certain obstacles to the expansion of applications and development of this sector still exist. These include: satisfactory processing of particles (in particular, maintaining chemical stability and a constant water content), regularity and control of the hydration reaction of the hydraulic binders used, and consequently a better knowledge of reactions at the wood cement interface, a very considerable lessening of dimensional variations of wood concretes which should not be allowed to exceed the mm/m. Nevertheless, it should be noted that although research now under way in France has made considerable progress in these fields - patents have been applied for - the work must be validated by complete laboratory experimentation.

Ce rapport dresse un état des lieux de la technique "béton de bois" en France, afin de cerner les problèmes de toute nature que rencontre cette filière et d'identifier les voies d'avenir susceptibles d'être empruntées. Les entreprises et industries qui fabriquent du béton de bois, matériau composite composé essentiellement de bois aggloméré dans une matrice cimentaire, sont en général de petites sociétés, quelques-unes étant des filiales de grands groupes. Leur nombre est actuellement de l'ordre de 20 et leur production de l'ordre de quelques dizaines de milliers de m3/an. La fabrication des granulats et des produits à base de béton de bois sont encore trop faibles et largement inférieurs à la moyenne des investissements du secteur bâtiment. Ces divers points font l'objet du chapitre 1. Le chapitre 2 décrit le matériau et les produits et procédés recensés en France. Le béton de bois est un béton léger (sa masse volumique varie de 600 à 1 200 kg/m3). Il possède la plupart des caractéristiques de cette famille de matériau telles que son pouvoir d'isolation thermique ou sa facilité d'usinage. Sept types de granulats ont été recensés. Les produits les plus fabriqués sont les blocs de maçonnerie, les murs anti-bruit, les panneaux éléments de mur ou de toiture, les bardages pour les ouvrages extérieurs, les chapes de réhabilitation, les entrevous et les hourdis-caissons, les éléments de cave pour les ouvrages intérieurs. Le chapitre 3, ainsi que les deux chapitres suivants, est essentiellement basé sur des recherches bibliographiques. Après une brève description du matériau bois et de l'état des forêts françaises, il recense les différents types de traitement du bois généralement pratiqués et les critères de choix permettant d'évaluer les performances minimales des granulats de bois. Le chapitre 4 décrit de manière succincte la chimie des ciments et leurs propriétés physiques et mécaniques. Il expose ensuite l'état des connaissances sur la liaison granulats de bois-ciment et les réactions chimiques entraînées par la présence du bois au sein de la matrice cimentaire et, enfin, trace les différentes voies d'avenir à envisager afin de résoudre les obstacles au développement de la filière. Le chapitre 5 expose les grandes étapes autour desquelles est organisée la fabrication des produits à base de béton de bois. Sur le plan général, on peut estimer qu'il n'existe pas de problèmes spécifiques à l'utilisation de granulats de bois. Il est nécessaire cependant de prendre un certain nombre de précautions. Ce sont les différences à prendre en compte par rapport aux bétons de granulats courants traditionnels et les questions qui n'ont pas de réponses techniques satisfaisantes à ce jour qui sont examinées. Grâce à un travail de groupe s'inspirant de l'analyse de la valeur, un recensement aussi exhaustif que possible a été réalisé afin de déterminer les nouvelles applications les plus prometteuses des Composites Ciment-Bois (CCB) Les valeurs-cibles suivantes ont été retenues : masse volumique comprise entre 600 et 900 kg/m3, résistance mécanique comprise entre 3,5 et 4 MPa et variations dimensionnelles entre états extrêmes inférieures au mm/m. Un premier travail a permis de dresser une liste de 75 applications possibles susceptibles de mettre en oeuvre le CCB. Après traitement, quinze familles ont été retenues, l'intérêt de l'utilisation des CCB est détaillé pour chacune d'elles. Ceci fait l'objet du chapitre 6. Les atouts non négligeables du béton de bois sont : la facilité d'usinage favorisant les techniques de montage à sec ; la légèreté entraînant la proposition de nouveaux produits permettant des gains de productivité sur chantier ; la clouabilité et la vissabilité ; l'isolation thermique associée à des résistances mécaniques satisfaisantes ; l'inertie thermique contribuant au confort thermique ; l'absorption acoustique. Cependant, il subsiste des obstacles à l 'élargissement des applications et au développement de cette filière : le traitement satisfaisant des granulats (et en particulier la stabilité chimique et la teneur en eau qui doit être constante) ; la régularité et la maîtrise des réactions d'hydratation des liants hydrauliques et donc une meilleure connaissance des réactions à l'interface bois-ciment ; la diminution très sensible des variations dimensionnelles des bétons de bois qui ne devraient pas devoir dépasser le mm/m. On peut toutefois signaler que des recherches en cours en France viennent d'aboutir à des progrès sensibles dans ces domaines (des brevets ont été déposés) mais qu'ils demandent à être validés par une expérimentation complète en laboratoire.

Mots clés: WOOD; CONCRETE; LIGHTWEIGHT CONCRETE; COMPOSITE MATERIAL; AGGREGATES; THERMAL INSULATION; ACOUSTIC ABSORPTION; DIMENSIONAL VARIATION

Mots clés: BETON DE BOIS; BETON LEGER; GRANULAT; MATERIAU COMPOSITE; ISOLATION THERMIQUE; ABSORPTION ACOUSTIQUE; STABILITE DIMENSIONNELLE; PROCEDE DE CONSTRUCTION

Domaines: Matériaux; Construction durable

Pierre Pimienta, Jacques Chandellier, Marcel Rubaud, Francis Dutruel, Hervé Nicole. Etude de faisabilité des procédés de construction à base de béton de bois. Cahiers du CSTB, 1994, Livraison 306 (Cahier 2703), 45 p. ⟨hal-04554052⟩