Les matériaux cimentaires supplémentaires (MCS) peuvent réduire de façon significative le contenu énergétique des produits de béton préfabriqué en substituant des résidus au ciment hydraulique dont la fabrication consomme une quantité d’énergie relativement élevée. Les MCS sont de façon générale les résidus d’autres processus industriels. Leur utilisation judicieuse dans la production du béton est souhaitable tant sur le plan environnemental que de la conservation de l’énergie et que pour les bénéfices techniques qu’ils peuvent fournir. Les MCS sont ajoutés au béton et font partie du système de cimentation total ou sont ajoutés ou remplacent partiellement le ciment de Portland.

Lorsqu’ils sont bien utilisés les MCS peuvent améliorer les propriétés suivantes du béton :

• améliorent généralement l’ouvrabilité et la finition du béton frais;
• réduisent le ressuage et la ségrégation du béton frais;
• réduisent la chaleur produite lors de l’hydratation ce qui est bénéfique lors de coulées massives;
• améliorent la pompabilité du béton frais;
• améliorent généralement les gains de résistance à long terme;
• réduisent la perméabilité et l’absorption (spécialement la fumée de silice);
• réduisent les réactions alcalines des granulats

Le fait de remplacer le ciment par des matériaux cimentaires supplémentaires a un effet appréciable sur le contenu énergétique du béton. Par exemple le remplacement par des cendres volantes de 1% du ciment réduit d’environ 0,7% la consommation d’énergie par unité de béton.

Fumée de silice
La fumée de silice est un déchet récupéré des fours électriques utilisés dans la production d'alliages de ferrosilicium et silicium suite à la réduction de quartz d’une grande pureté à l’aide de charbon. La fumée de silice améliore la qualité, la force et la durabilité du béton en le rendant beaucoup moins perméable et plus résistant à la corrosion des aciers d’armature.

Cendre volante
La cendre volante est un déchet pouzzolane récupéré des centrales électriques au charbon. La cendre volante contient un peu de métaux lourds (normalement plus que la fumée de silice), conséquemment la teneur en métaux lourds du béton augmentera. La cendre volante affine la structure des pores du béton, le rendant plus résistant à la pénétration des chlorures. Les cendres volantes ne sont pas toutes appropriées pour être utilisées dans le béton. La cendre volante doit se conformer aux exigences de la norme CSA A3000 et doit être spécifiée conformément aux tables 7 et 8 de la norme CSA A23.1.

Normalement de 10 à 20 % du ciment peut être remplacé par de la cendre volante afin de réduire le fardeau environnemental du béton. On considère que la substitution de cendres volantes à des niveaux excédant 25 % est un niveau d’utilisation très élevé des MCS. Une attention particulière doit être apportée lors de l’exécution de la mise à l’épreuve afin d’obtenir la performance désirée. L'utilisation de cendres volantes peut augmenter les temps de prise. Cela peut devenir un facteur économique dans la fabrication du béton préfabriqué si le cycle de bétonnage ne peut être maintenu au quotidien.

Bien que la cendre volante offre des avantages environnementaux, elle améliore aussi la performance et la qualité de béton. La cendre volante affecte les propriétés plastiques du béton en améliorant son ouvrabilité, en réduisant la demande d'eau, en diminuant la ségrégation, le ressuage et tout en abaissant la température lors de l'hydratation. La cendre volante augmente la force, réduit la perméabilité, diminue la corrosion de l'acier d’armature, augmente la résistance aux sulfates tout en réduisant la réaction alcaline des agrégats. La cendre volante atteint sa force maximale plus lentement que le béton fait seulement de ciment hydraulique.

Les techniques de travail utilisant ce type de béton sont standard pour l'industrie et n’affecteront pas le budget d'un projet.

Laitier de hauts fourneaux
La production de laitier de hauts fourneaux consomme le ⅓ de l'énergie exigée par la production du ciment. On considère que la substitution du ciment hydraulique dans le béton préfabriqué par du laitier à des niveaux excédant 35% est un niveau d’utilisation très élevé des MCS et dont la pertinence d’une telle utilisation doit être pré-approuvée. De l’ajout de ciment de laitier résulte habituellement une réduction de la quantité d’eau requise et du temps de prise, une pompabilité et une facilité de finition améliorées, une plus grande résistance à 28 jours, une perméabilité réduite, une résistance accrue aux attaques des sulfates et aux réactions alcali-silice (RAS) ainsi qu’une coloration plus légère. Le ciment de laitier de haut fourneau doit respecter les exigences de la norme CSA A3000 et doit se conformer aux exigences de la norme CSA A3000 ainsi qu’être spécifié conformément aux tables 7 et 8 de la norme CSA A23.1.

Une des leçons importantes de l’ÉCV est que les décisions ne devraient pas être basées sur le contenu énergétique ou sur l'utilisation opérationnelle d'énergie isolément. La clef est d’optimiser l'utilisation de l’énergie totale sur le cycle de vie au complet, reconnaissant qu'un contenu d’énergie plus élevé peut rapporter des dividendes sous la forme de frais d’entretien et de consommation d’énergie moindres durant l’exploitation. Les études de l'Institut d'Athéna démontrent que, pendant la durée de vie utile d'un bâtiment, l'énergie d'exploitation est le facteur le plus significatif des deux. L'énergie contenue des matériaux peut représenter seulement de 3 % à 13 % de l’énergie totale utilisée pendant les 75 à 80 ans de la vie du bâtiment.