Constituants-du-béton

7/30/2019 Constituants-du-bton

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LE BETON

SOMMAIRE :

Les Liants hydrauliques

Les Granulats

Les Adjuvants

LEau de gchage


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LES LIANTS HYDRAULIQUES

I PRESENTATION

Les liants hydrauliques permettent de raliser avec des granulats et de l'eau les mortiers (D4mm). Ce sont des produits pulvrulents formant avec l'eau une pte qui se solidifie en agglomrant les

autres lments d'un mortier ou d'un bton.Un produit hydraulique a la proprit de faire prise, de durcir la temprature ambiante, par simple gchage l'eau, mme en milieu humide priv d'air.

II FABRICATION DU CIMENT

Extraction : une cimenterie dispose d'une carrire de calcaire et d'une carrire d'argile. Les matires premires

sont extraites et les blocs obtenus sont concasss pour obtenir des lments infrieurs 50 mm.

Prparation du mlange : les matires premires sont trs soigneusement doses et mlanges de faon

obtenir une composition parfaitement rgulire. Le mlange est trs finement broy dans des broyeurs rotatifs

boulets. I1 est ensuite prpar la cuisson suivants diffrents procds. Le cru se prsente sous forme d'une pteliquide dans la voie humide, d'une farine dans la voie sche, de granules dans la voie semi-sche.

Cuisson : La cuisson se fait une temprature de 1450 c. Elle est trs gnralement ralise dans un four rotatif

dans lequel la matire chemine lentement, venant la rencontre de la source de chaleur.

Broyage : Le clinker est finement broy pour obtenir le ciment portland. Il est incorpor du gypse (>5%) pour

rgulariser sa prise. Les autres ciments sont obtenus en ajoutant dautres constituants (voir IV).


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III PROPRIETES DES LIANTS HYDRAULIQUES

Proprits du ciment anhydre :Le ciment est une poudre dont on peut mesurer la masse volumique absolue, la granulomtrie, et la surface

spcifique. La masse volumique absolue varie de 2.90 3.20 g/cm3 suivant les constituants du ciment.

L'intervalle granulaire va de 0 200 m.. La dtermination de la surface spcifique est une faon de mesur la

ractivit des ciments. Plus la surface spcifique est grande, plus il y a de grains fins et plus le ciment ragit vite.

Hydratation, prise et durcissement :Examinons une pte de ciment gche l'eau ; elle reste molle et reste en apparence inaltre pendant un certain

temps, quelques minutes, plusieurs heures, suivant la nature du liant. Puis on observe une augmentation brusque

de la viscosit : c'est le dbut de prise ; simultanment on peut noter un dgagement de chaleur. La fin de prisecorrespond l'instant o la pte cesse d'tre dformable.

On constate ensuite que la rsistance mcanique du ciment continue s'accrotre durant des jours et des mois :

c'est le phnomne du durcissement.

Le dbut de prise des ciments les plus couramment employs se situe entre 2 et 3 heures aprs l'introduction de

l'eau, mais certains ciments commencent leurs prises quelques minutes seulement aprs le gchage.

La fin de prise se situe en gnral 15 20 heures aprs le gchage, mais peut avoir lieu au bout quelques minutes

pour les ciments les plus rapides.

La quantit de chaleur dgage, appele chaleur d'hydratation varie suivant la classe du ciment et lesproportions des constituants. Elle est importante pour les classes de ciment leves. Elle est faible pour les

ciments contenant une faible proportion de clinker. Les ciments forte chaleur d'hydratation sont souvent ceuxdont le retrait d'hydratation est le plus fort, c'est dire avec lesquels les risques de fissuration prcoce peuvent

tre les plus grands.

Les rsistances mcaniques des ciments sont mesures sur prisme 4x4x16 de "mortier normal". La norme NF P15301 fixe les classes de rsistances lintrieur desquelles doivent se trouver les rsistances des ciments

fabriques industriellement (voir paragraphe V).

Toutes les caractristiques du ciment, en cours d'hydratation ou durci, sont sensibles la temprature du mlange

au moment du gchage, puis la temprature de conservation. La chaleur acclre la prise et le durcissement, le

froid par contre les ralentit et peut mme arrter toute raction.

Retrait et gonflement: la mesure du gonflement dans l'eau et du retrait lair est effectu sur prisme 4x4x16 demortier "normal" (nonne NF P 15-433).

IV - LES DIFFERENTS CONSTITUANTS DES CIMENTS

Le laitier de haut fourneau (S) : Le laitier de haut fourneau est un produit de l'industrie mtallurgique ayant des

proprits hydrauliques. II est obtenu par refroidissement rapide de la scorie fondue provenant de la fusion du

minerai de fer dans un haut fourneau.

Les pouzzolanes naturelles (Z) : Cette roche volcanique rduite en poudre ragit en prsence d'eau avec la

chaux et forme des hydrates dveloppant des rsistances mcaniques.

Les cendres volantes : Les cendres volantes sont obtenues par dpoussirage lectrostatique ou mcanique departicules pulvrulentes provenant du courant de gaz des chaudires, alimentes au charbon pulvris. Elles

peuvent avoir des proprits pouzzolaniques et en plus des proprits hydrauliques.

La schistes calcins (T) : Les schistes calcins sont produits dans un four spcial .une temprature d'environ

800C et sont finement broys. Ils ont de fartes proprits hydrauliques et des proprits pouzzolaniques.

Les calcaires (L)

Les fumes de silice (D) : Les fumes de silices proviennent de la rduction de quartz de grande puret par du

charbon dans des fours arc lectrique utiliss pour la production de silicium et d'alliage de ferrosilicium.

Les constituants secondaires (ou filler) :.Les fillers (F) sont des produits obtenus par broyage de certaines

roches. Ils sont inertes et amliorent les proprits physiques des ciments (ouvrabilit par exemple).

Le sulfate de calcium : Le sulfate de calcium doit tre ajout en faible quantit aux autres constituants du ciment

au cours de sa fabrication, en vue de rgulariser sa prise. Le sulfate de calcium peut tre du gypse.


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V - TYPES DE CIMENT, COMPOSITION ET DESIGNATION NORMALISEE

Les ciments courants sont subdiviss en cinq types principaux :- CPA-CEM I Ciment Portland

Les ciments sont identifis par leur type et

par un chiffre indiquant la classe de

rsistance. Si le ciment a une rsistance

leve au jeune ge, la lettre R est ajoute.

- CPJ-CEM II Ciment Portland compos

- CHK-CEM III Ciment de haut fourneau

- CLK-CEM IV Ciment pouzzolanique

- CLC-CEM V Ciment au laitier et aux cendres

Exemples de marquages :

Composition des ciments courants : Rsistances des ciments courants :

La rsistance normale d'un ciment est la rsistance mcanique la compression dtermine conformment la

norme NF EN 196-I, aprs 28 jours. Trois classes de rsistance normale sont couverte : 32.5, 42.5 et 52.5 (voir

tableau ci-dessus). La rsistance au jeune ge d'un ciment est la rsistance mcanique la compression,

dtermine conformment la norme NF EN 196-1, aprs deux ou sept jours

LES AUTRES CIMENTS :

Ciment de laitier la chaux : CLX (NF P 15-306)

Ce ciment est un mlange de chaux hydrauliques et de laitier granul de haut fourneau.Ciment maonner : CM (NF P 15-307)Ce ciment contient les mmes lments actifs que le CPA mais ses rsistances sont moins leves.

Ciment naturel : CN (NF P 15-308)Ce ciment rsulte de la mouture de roches clinkrises, obtenues par la cuisson de calcaires marneux de

composition trs rgulire et voisine de celle des mlanges d'argile et de calcaire servant la fabrication du

ciment Portland artificiel.

Ciment prompt naturel : CNP (NF P 15-314)Le ciment prompt naturel, prise et durcissement rapides, rsulte de la cuisson temprature modr d'un

calcaire argileux de composition rgulire, extrait de bancs homognes, suivi d'un broyage fin.

Ciment alumineux fondu : CA (NF P 15-315)Le ciment alumineux fondu est un liant hydraulique qui rsulte de la mouture, aprs cuisson jusqu' fusion, d'un

mlange compos principalement d'alumine, de chaux, d'oxydes de fer et de silice, dans des proportions tellesque le ciment obtenu renferme au moins 30 % de sa masse d'alumine. II est rfractaire.

Ciment pour travaux la mer : PM (NF P 15-317)Ces ciments prsentent des teneurs limites en aluminate tricalcique qui leur permettent de confrer au bton une

rsistance accrue l'agression des ions sulfate en prsence des d'ions chlorure.


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VI PRECONISATION DEMPLOI DES CIMENTS COURANTS

32,5 42,5 42,5R 52,5 52,5RLabsence de signe dans une colonne ninterdit

pas lutilisation du ciment correspondant mais

signifie que dautres liants sont conseills pour des

raisons conomiques ou techniques. CPJ CLK CHF CLC CPJ CPA CLK C PJ CPA CHF CPJ CPA CPJ CPA

Maonnerie

Bton courant (non arm ou

fondation)

Bton arm (structures porteuses)

Bton arm avec dcoffrage

acclr

Produits prfabriqus en bton non

arm

Elments prfabriqus en bton

arm (poutres, prdalles, panneaux)

Bton prcontraint

Stabilisation des sols et graves

ciment

Travaux en grandes masses

Travaux en milieux agressifs (eau

de mer ou eaux sulfates, terrainsgypseux) (prise mer)

Travaux par temps froid

Tout en respectant les spcifications des normes qui fixent les conditions d'emplois d'emploi de chaque liant,

il faut retenir que :

Les CPJ-CEM II 32.5 conviennent bien pour les travaux de maonnerie et les btons peu sollicits.

En fondation, si le milieu est agressif il faudra utiliser des ciments forte teneur en laitier (CHF, CLK et CLC).

(les eaux agressives attaquent les ciments base principale de clinker).

En lvation, il faut au contraire viter l'emploi des ciments riches en laitier parce qu'ils sont sensibles la

dessiccation, qui durcissent moins vite que les portland et qui peuvent provoquer des efflorescences.

Pour raliser des btons de masse il est prfrable d'utiliser des ciments faible chaleur d'hydratation (ex.: CPJ).Pour les travaux de bton arm on peut utiliser tous les ciments portland (CPA et CPJ)

Pour les travaux de bton prcontraint on utilise tous le ciment portland artificiel (CPA)

Pour le traitement des sols, la ralisation d'assise de chausse ou de chausse bton on utilise les CPJ.

Les classes R seront prfrs pour les travaux exigeant des hautes rsistances initiales pour permettre un

dcoffrage rapide par exemple).


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GRANULATS POUR BETON HYDRAULIQUE

Un granulat est constitu par un ensemble de grains

minraux appels fines, sables, gravillons ou cailloux

suivant leurs dimensions comprises entre 0 et 80 mm.

Terminologie Fines Sable Gravillons cailloux Graves

- < 1 > 1 > 20d (mm)Les granulats constituent le squelette du bton.

Peu dformables, ils amliorent la rsistance de la

matrice de ciment en s'opposant la propagation des

micro-fissures provoques dans la pte par le retrait.

< 0.08 0.08 < 31.5 < 80 6.3 D (mm)

6.3 inclus 80 inclus

Terminologie des granulats selon leurs dimensions.

I CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES

Granulomtrie (XP P 18-540) :

Elle permet, par tamisage du granulat sur une srie de tamis

mailles carres de dimensions d'ouverture dcroissantes et

pese du refus sur chaque tamis, de dterminer la granularit,

c'est--dire l'chelonnement des dimensions des grains

contenus dans un granulat.

La courbe granulomtrique donne les pourcentages cumulsen masse, de grains passant dans les tamis successifs (fig. l).

Classe granulaire (XP P 18-540) :

Elle est note d/D, det D sont respectivement la plus petite et la plus grande dimension des grains du granulat

(tableau 1). Si d < 0,5 mm, le granulat est dsign 0/D.

Une granulomtrie discontinue, partir de deux classes granulaires faciles trouver chez les distributeurs de

granulats (ex. : sable 0/5 et gravillon 15/25), convient pour les btons courants tout en limitant les stockages sur

chantier.

Module de finesse dun sable (M ) (XP P 18-540) :f

= 1/100 ( rIl caractrise la granularit et a pour expression : M

Masse volumique Kg / m3

Apparente 1400 1600

Absolue (vide entre grains dduits) 2500 2600

Tableau 2. Granulats rouls silico-calcaires.

f i )

avec ri refus cumuls en % pour les tamis 0,16 ; 0,315 ; 0,63 ; 1,25 ; 2,5 ; 5 ; 10 ; 20 ; 40 ; 80.On prfrera utiliser un sable tel que Mf = 2,5 0,3 sachant que pour une fourniture donne, la tolrance

maximale est de 20 %.

Forme des grains (XP P 18-540) :

Elle est caractrise par un coefficient d'aplatissement A fonction de la plus grande dimension des grains et de

son paisseur conventionnelle. On doit avoirA < 30 %.

II CARACTERISTIQUES PHYSIQUES

Masse volumique apparente (NF P 18-554 et 555) :

C'est la masse du granulat sec occupantl'unit de volume. Elle dpend du tassement

des grains.

Les granulats stocks sur chantier sont

souvent humides. Leur teneur en eau note

w(%), dtermine sur petit chantier par

schage et peses, doit tre connue afin de dduire la quantit d'eau apporte lors d'un dosage de bton. Les

sables foisonnent (augmentation de volume pouvant atteindre 20 25 % pour des teneurs en eau de 4 5 %).

Leur dosage, s'il est fait en volume, devra tre corrig.

Porosit : C'est le rapport (en %) du volume des vides contenu dans les grains au volume des grains. Elle est trs

faible pour les granulats courants, importante pour les granulats lgers.

Propret des granulats :Pour les cailloux et gravillons : c'est le pourcentage de passant au tamis de 0,5 mm ; le seuil est fix 2 % et 5 %

pour des granulats concasss s'ils satisfont au Nota 2 du tableau 3.

Pour un sable, la propret est dfinie par l'essai d'quivalent de sable (tableau 3) sur la fraction 0/5 mm (NF P 18-

598 : sparation du sable des matires argileuses par lavage).


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La prsence de particules argileuses dans le sable, en abaissant l'adhrence pte de ciment/granulats , est

dfavorable la mise en uvre et aux performances finales du bton. D'autres impurets (matires organiques,

sulfates ou sulfures, chlorures, lments coquillers, lignites ou scories) sont limiter selon la norme NF P 18-

301.

III CARACTERISTIQUES MECANIQUES

Essai Derval et Micro Deval (NF P 18-572 et 577) :

On reproduit les phnomnes d'usure auxquels sont soumis notamment les granulats utiliss pour les btons

routiers. Pour un granulat donn, la rsistance l'usure est caractrise par le coefficient Micro-Deval (MDE),

rapport de la masse des fragments passant au tamis de 1,6 mm mesure en fin d'essai la masse de l'chantillon

d'essai.

Essai Los Angeles (NF P 18-573) :

On dtermine la rsistance la fragmentation par chocs et l'usure par frottements rciproques. Pour un granulat

donn, cette rsistance est caractrise par le coefficient Los Angeles (LA), rapport de la masse des fragmentspassant au tamis de 1,6 mm mesur en fin d'essai la masse de l'chantillon d'essai. Pour des granulats

susceptibles d'tre soumis aux effets du gel, on peut mesurer le LA aprs une srie de 25 cycles gel/dgel

(- 25C, + 25C) et le comparer au LA de rfrence.

IV LES DIFFERENTS TYPES DE GRANULATS

Quand le terme granulats est employ sans qualificatif, il s'agit de granulats naturels de masse volumique

absolue (Mvabs) comprise entre 2 000 et 3 000 kg/m3.

Les granulats naturels courants :

Ils n'ont subi que des oprations de transformation de type mcanique: concassage, criblage, lavage...

On les distingue selon leur origine :

Origine minralogique : roches sdimentaires (siliceuses ou calcaires), roches mtamorphiques (quartzou quartzites), roches ruptives (basaltes, granites, porphyres).

Origine d'extraction - Granulats alluvionnaires dits rouls (forme acquise par l'rosion).- Granulats de carrires aux formes angulaires (obtenus par abattage et concassage).

Les granulats artificiels :

On distingue :

les sous-produits industriels (concasss ou non) : laitier concass et laitier granul

les granulats trs durs (ferreux) labors industriellement et notamment utiliss pour renforcer la

rsistance l'usure de dallages industriels;

les granulats lgers obtenus par expansion ou frittage: les plus usuels sont l'argile ou le schisteexpans (NF P 18-309) et le laitier expans (NF P 18-307) ;

les granulats trs lgers (20 100 kg/m3 pour des btons de masse volumique comprise entre 300 et

600 kg/ni) d'origine vgtale, minrale ou organique (ex. : bois, polystyrne expans...). Ils sont

utiliss pour des btons d'isolation, blocs coffrants, blocs de remplissage.


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V CRITERES DE CHOIX DES GRANULATS

On doit prendre en compte trois grands critres :

Critre 1 : Adquation granulats/bton Critre 3 : Choix selon lemploi du bton

Critre 2 : Adquation lemploi selon la roche dorigine


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LES ADJUVANTS

Un adjuvant est un produit incorpor

aux btons, mortiers ou coulis (nots

(B, M, C)) lors du malaxage ou avant

la mise en oeuvre qui modifie

certaines de leurs proprits l'tatfrais ou durci.

Chaque adjuvant a une fonction

principale, caractrise par la (ou les)

modification(s) majeure(s)

apporte(s), et des fonctions

secondaires (souvent indpendantes

de la fonction principale) pouvant

entraner des effets non recherchs.

L'emploi d'un adjuvant, dos

normalement (< 5 % de la masse du

ciment), ne peut entraner unediminution de certaines

caractristiques du bton que dans les

limites autorises par la norme NF P

18-103, sans altrer les armatures ou

les fils de prcontrainte.

ADJUVANTS MODIFIANT LOUVRABILITE

En modifiant le comportement rhologique des btons, mortiers et coulis l'tat frais avant le dbut de prise, ils

diminuent la viscosit de la pte.

Les rducteurs d'eau-plastifiants :

Ils augmentent les rsistances mcaniques (voir

figure ci-contre) par une rduction de la teneur

en eau (10 35 L/m3 de bton), mme

ouvrabilit. Cela entrane une augmentation de

la compacit et donc une durabilit accrue du

bton.

Augmentation de la rsistance laide dun

adjuvant rducteur dair

Les superplastifiants :

Ils provoquent un fort accroissement de

l'ouvrabilit (pendant 30 60 min) mme

teneur en eau .

Introduits en gnral peu avant la mise en

oeuvre, il n'y a ni sgrgation, ni ressuage si des

prcautions sont prises.

Modes daction des superplastifiants

NF P 18- 342 337 342

Adjuvant

Proprit modifie

Rducteursdeau

Plastifiants

Super-plastifiants

Acclrateurdedur

cissement

Acclrateurde

prise

Hydrofugedem

asse

Retardateurde

prise

Entraneurdair

Ouvrabilit + +

Temps de prise - +

Court terme (3j) + + + -Rsistance

Long terme (


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ADJUVANTS MODIFIANT LA PRISE ET LE DURCISSEMENT

Produits chimiques solubles dans l'eau, ils modifient les solubilits des diffrents constituants des ciments et

surtout leur vitesse de dissolution. Leur action se traduit par une volution diffrente de la rsistance d'un bton,

mortier ou coulis adjuvant compare celle du tmoin.

Acclrateurs de prise et de durcissement (NF P 18-342) :

Les premiers diminuent les temps de dbut et de fin de prise du ciment alors que les seconds acclrent le

dveloppement des rsistances initiales.L'acclration recherche a parfois pour contrepartie une rsistance mcanique ultrieure plus faible que celle dutmoin non adjuvant.Ils sont recommander pour les btonnages par temps froid, les dcoffrages rapides, les scellements, les travauxen galerie, les travaux sous l'eau...

Retardateurs de prise (NF P 18-337) :

Introduits dans l'eau de gchage, ils augmentent les temps de dbut et de fin de prise du ciment dans les btons,mortiers ou coulis.Par rapport au tmoin, l'augmentation du temps de dbut de prise est comprise entre 1 heure et 3 jours.Ils ncessitent une parfaite matrise du dosage. En excs, ils peuvent stopper totalement la prise.Ils sont particulirement recommands pour les btonnages par temps chaud, pour le bton prt l'emploi, lesbtonnages en grande masse et la technique des coffrages glissants. Ils permettent aussi de faciliter les reprisesde btonnage.

ADJUVANTS MODIFIANT CERTAINES PROPRIETES DU BETON

Entraneurs dair (NF P 18-342) :

Ils provoquent la formation, dans les btons, mortiers ou coulis, de micro bulles d'air (uniformment rpartiesdans la masse) jouant le rle de chambres d'expansion . Ces micro bulles, mieux rparties que les bulles d'airnaturellement contenues dans le bton (environ 30 L/m3 soit 3 %), coupent les rseaux des capillaires et limitentle dveloppement des contraintes dues au gel de l'eau.L'ouvrabilit est amliore. Mais on constate une diminution des rsistances mcaniques non compense par larduction possible de la quantit d'eau. Il est donc prfrable d'augmenter l'ouvrabilit l'aide d'un plastifiant oud'un superplastifiant.

Hydrofuges de masse (NF P 18-342) :

Ils diminuent l'absorption capillaire des btons, mortiers ou coulis durcis et confrent une bonne tanchit aubton. Ils sont utiliss pour les btons d'ouvrages hydrauliques (canaux, murs de fondation, retenues d'eau...) etles mortiers d'tanchit (chapes, joints de maonnerie, galeries de tunnels).

LEAU DE GACHAGE

L'eau entrant dans la composition du bton ne doit pas contenir d'lments nuisibles et d'impurets en quantits

telles qu'ils pourraient porter prjudice la prise, au durcissement et la durabilit du bton ou provoquer unecorrosion des armatures.Les eaux potables fournies par un rseau public de distribution conviennent tous les types de bton.Les eaux de rinage et de recyclage d'installation du btonnage sont habituellement utilisables: leur aptitude est vrifier pour certains btons.Les eaux de ruissellement, les eaux pompes dans la nappe phratique, les eaux de rejets industriels doivent subirun essai de convenance (NF P 18-303).L'eau de mer, les eaux saumtres peuvent tre utilises pour du bton non arm uniquement.Les eaux uses et les eaux vannes ne conviennent pas.

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