COURS MATERIAUX

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Cours de Licence professionnelle: Choix constructifs à qualité environnementale IUT d’Amiens Département de Génie Civil Avenue des Facultés, 80025 Amiens cedex 01 Année 2008/2009 Mr Benazzouk

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Page 1: COURS MATERIAUX

Cours de Licence professionnelle:

Choix constructifs à qualité environnementale

IUT d’Amiens

Département de Génie Civil

Avenue des Facultés, 80025 Amiens cedex 01

Année 2008/2009

Mr Benazzouk

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Ingénierie des matériauxDéveloppement durable

gestion de matières premièresgestion des énergiesgestion des déchetsgestion des nuisances

Formulation fonctionnelleet caractérisation physico-mécanique

Facteurs de Durabilitéet dégradation

Faisabilité et fonctionnalisation des matériaux de construction

Licence professionnelle : Choix constructifs à qualité environnementale

Page 3: COURS MATERIAUX

1. Généralités sur les matériaux de construction et leurs constituants;

2. Différents matériaux de construction et leurs propriétés;

3. Techniques de mesures des propriétés des matériaux de construction;

4. Généralité sur la Durabilité des matériaux de construction;

5. Quelques exemples de dégradation;

6. Étude des Facteurs de Durabilité et diagnostic.

Plan général du cours

Page 4: COURS MATERIAUX

Présentation du coursPublic ciblé

Le cours «Matériaux de construction» est une des disciplines essentielles dans le domaine du Génie Civil et de la branche des ponts et chaussées. Ce cours s'adresse en priorité aux étudiants de génie civil et aux

techniciens supérieurs travaillant dans le domaine de la construction. Il résume les différents types de matériaux de construction utilisés

ainsi que les composites dont, les constituants de base sont similaires ou proches de ceux utilisés dans la formulation des matériaux classiques (béton, mortier, composite, plâtre, argile…etc.).

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Objectifs générauxPrésentation du cours

Connaître des différents types de matériaux de construction;

Renforcer la compréhension concernant les propriétés principales des matériauxde construction et leurs domaine d’emploi le plus efficace;Permettre aux apprenants de connaître la nature, le principe de fabrication et les applications en fonction de leurs comportements;

Renforcer les connaissances pour pouvoir effectuer les différents essais sur les matériaux de construction;

Procédés d'amélioration de certaines propriétés des matériaux de construction;Renforcer les connaissances sur la durabilité des matériaux de construction ainsique leur dégradation dans le temps. Il s’agit de faire une synthèse des Facteurs de Durabilité, avec une prise en compte des paramètres intervenant dans lesphénomènes de dégradation.

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Classification des matériaux de construction

Ingénierie des matériaux

• Les métaux• Les polymères• Les céramiques

• Pierres• Terres cuites• Bois• Béton• Métaux, etc….

Matériaux de base

Matériaux de construction

Matériaux de protection

• Enduits• Peintures• Bitumes, etc…

Matériaux composites

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Matériaux de construction – Généralités

• Qu’est ce qu’un matériau de «construction» ?

Un matériau de construction est un composite aggloméré, constitué de granulats durs de diverses dimensions collées entre eux par un liant. La matrice peut être de nature minéraleou organique.

Matériau

Représentation schématique d’un matériau de construction

Page 8: COURS MATERIAUX

• Critères d’échantillonnage «Granulats»

Un granulat est un composant important intervenant dans la fabrication et la classification des matériaux de construction. Le nom de "granulats" est un ensemble de grains inertesou actifs destinés à être agglomérés par un liant pour former un agrégat. C’est un assemblage hétérogène de substances ou éléments qui adhérent solidement entre eux (le mortier ou le béton par exemple).

Matériaux de construction – Granulats

Utilisation de granulatsen construction

(environ 80% du poids du matériau)

Critère de propreté et de qualité

Caractéristiques propres àchaque usage

Dosage optimum en liant pour lier les granulats

Impé

ratif

s

Critères principaux pour l’utilisation des ajouts inertes

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• Échantillonnage «Prélèvement»

Les essais effectués en laboratoire portent nécessairement sur des quantités réduites de matériaux. Ceux-ci devant permettre de mesurer des paramètres caractéristiques de l'ensemble du matériau dans lequel le prélèvement a été réalisé. Il faut que l'échantillon utilisé au laboratoire soit représentatif de l'ensemble. Cette opération est généralement difficile et est parfois coûteuse, mais essentielle. En général le prélèvement d'échantillons se fait en deux temps:

Prélèvement sur le chantier, la carrière ou l'usine d'une quantité de matériaux nettementplus grande que celle qui sera utilisée pour l'essai.

prélèvement au laboratoire de la quantité nécessaire à l'essai et qui soit égalementreprésentative de l'échantillon de départ.

Matériaux de construction – Granulats

Page 10: COURS MATERIAUX

• Types d’échantillonnages «Prélèvement»Le prélèvement d’échantillons sur le tas doit être effectué de plusieurs façons.

Matériaux de construction – Granulats

Prélèvement des granulats en stock à la main et à l’aide d’une sonde calibrée

Opération de quartage

Sonde taillée

Ratissage

Page 11: COURS MATERIAUX

• Types d’échantillonnages «Prélèvement»L’echantillonneur permet diviser facilement en deux parties représentatives la totalité d'un échantillon, chaque moitié étant recueillie dans un bac. La répétition en cascade de cette opération, en retenant à chaque opération le contenu de l'un des bacs, permet d'obtenir l'échantillon nécessaire, après trois ou quatre opérations identiques.

Matériaux de construction – Granulats

Schéma d'une opération de répartition des granulatsEchantillonneur pour graviers

Récupération dans un bac

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• Condition d’échantillonnage «Choix des granulats»

Les propriétés physiques et mécaniques des matériaux de construction dépendent de plusieurs facteurs. Généralement on souhaite obtenir un matériau résistant, étanche et durable. Pour atteindre ce but, il faut:

que le matériau à l'état frais soit facile à mettre en oeuvre et à compacter (pour réduire la porosité);

un maximum de granulats par unité de volume de matériau (pour réduire la quantité de pâte liante nécessaire pour remplir les vides);

un minimum de surface spécifique (pour réduire la quantité d'eau de gâchage);choisir un diamètre maximum des granulats; la proportion de chaque dimension des grains doit être choisie de façon à remplir les

vides laissés par les grains de dimensions supérieures;réduire la teneur en éléments fins au minimum requis pour obtenir une bonne

maniabilité. La teneur maximale admise permet également d’améliorer la compacité de la matrice et donc augmenter les résistances mécaniques.

Matériaux de construction – Granulats

Page 13: COURS MATERIAUX

• Échantillonnage «Courbe granulométrique »Les courbes granulométriques des différents granulats peuvent être déterminées par l'essaide l'analyse granulométrique, suivant la norme NF P 18-560.

Matériaux de construction – Granulats

Courbe granulomètrique pour plusieurs types de granulats

Tamiseuse électrique

Analyse granulométrique correspondant à un sable

Page 14: COURS MATERIAUX

• Différents types de granulatsLes granulats utilisés pour les matériaux de construction peuvent être soit d'originenaturelle, soit artificiels. Ils différent par leurs caractéristiques chimique, physique et mécanique. Ils peuvent également avoir un comportement différent à travers le matériauqu’ils constituent. Des réactions supplémentaires granulat/granulats ou granulat/matrice, peuvent intervenir lors du durcissement du matériau.

Matériaux de construction – Granulats

Types de granulats

Les granulats naturels• Minéralogique;•Roulés (de carrières).

• Sédiments siliceux/calcaires;• Métamorphiques (Quartz…);• Eruptives (basaltes, les granites, les porphyres….).

Les granulats artificiels• Sous-produits industriels (laitier cristallisé, de haut fourneau…);• Granulats à haute dureté (ferreux, carborundum, réfractaires…) ;• Granulats légers (l'argile/schiste/ laitier expansé …);• Granulats très légers (l'argile ou le schiste expansé, polymère…).

Types de granulats inertes ou actifs utilisés en construction

Page 15: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice

• Qu’est ce qu’une «Matrice» ?

Une matrice est un liant qui a la propriété de faire prise avec l’eau ou l’air, suivant la nature de ses constituants. Cette réaction transforme la pâte liante, qui a une consistance de départ plus ou moins fluide, en un solide pratiquement insoluble dans l’eau, pour lier le squelette granulaire qui constitue le matériau. La matrice peut être de nature minérale, ouorganique.

POUDRE

EAU

AIR

LIANT (MATRICE)+ ou

Représentation schématique d’une matrice

Page 16: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice

• Types de «Matrices»

Une matrice peut être de type minérale ou organique.

Représentation schématique des différents types de matrices

Types de matrices

Ciment ChauxPlâtre Argile Polymère (Latex, Asphalte, bitume…)

Hydraulique

Hydrauliqueou

Aérienne

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Matériaux de construction – Matrice

• Qu’est ce qu’un «Ciment» ?

Le ciment est un produit moulu du refroidissement du clinker, qui contient un mélange de silicates et d’aluminates de calcium porté à 1450–1550°C ; température de fusion. D'autreséléments (chaux, silice, alumine) viennent compléter le ciment afin de lui donner des caractéristiques différentes.Le ciment est appelé liant hydraulique, car il a la propriété de s’hydrater et de durcir en présence d’eau. Ce durcissement est dû à l’hydratation de certains composés minéraux, notamment des silicates et des aluminates de calcium.Les normes françaises NF P 15-301 (Liants hydrauliques. Ciments courants. Composition, spécifications et critères de conformité) et NF P 15-010 (Liants hydrauliques. Guide d’utilisation des ciments) distinguent, pour les ciments, des catégories qui définissent leur composition et des classes de résistance.

Le ciment

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Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 18

• Préparation et propriétés générales du «Ciment »

La matière première : 80% de calcaire et 20% d'argiles et autres

- Densité apparente: 2,1.- Densité réelle: 3,2 - 3,4.- Non soluble dans l’eau.

Fabrication: Réaction entre CaO, SiO2, Al2O3 et Fe2O3 dans un four rotatif à 1450°C (clinkérisation)

Le ciment

Matériaux de construction – Matrice

Page 19: COURS MATERIAUX

Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 19

• Procédé de fabrication du « Ciment »

• Procédé par voie sèche: préchauffée (en poudre) à 800°C par les gaz du four;

• Procédé par voie semi-sèche: la poudre est agglomérée sous forme de boulettespar ajout de 12 à 14 % d'eau;

• Procédé par voie humide: la matière première est additionnée d'eau dès le broyage et manipulée sous forme de pâte fluide introduite par pompage dans des fours.

Produits d’additions lors de la clinkérisation:

• Calcaire + autres produits; • Gypse;• Laitier de hauts fourneaux;• Cendres volantes.

Le ciment

Matériaux de construction – Matrice

Page 20: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice• Principe de l’hydratation du «Ciment»

L’hydratation des composés du ciment est une réaction exothermique qui provoque une importante élévation de température. Les composés anhydres du ciment sont alors attaquésen surface par l’eau pour produire des composés hydratés. Ces derniers permettent la prise et le durcissement du matériaux.

3CaO,Al2O3 + 3 CaSO4 + 31 H2O –––> 3CaO,Al2O3,3CaSO4,31H2O

2 (3CaO,SiO2) + 6 H2O –––> 3CaO,2SiO2,3H2O + 3 Ca(OH)2

2 (2CaO,SiO2) + 4 H2O ––> 3CaO,2SiO2,3H2O + Ca(OH)2

Principales réactions du ciment avec l'eau

Le ciment

Page 21: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice• Principaux constituants du «ciment» hydraté

Le ciment

La réaction d’hydratation est un processus chimique complexe où les principaux composés du ciment C3S, C2S, C3A et C4AF réagissent pour former de nouveaux composés insolubles qui durcissent avec le temps. C'est surtout l'hydratation du C3S et du C2S qui participent le plus au développement de la résistance en produisant des C-S-H. Très sommairement, la réaction d'hydratation du C3S et du C2S est la suivante :

C3Sou + H2O C-S-H + Ca(OH)2C2S

La pâte de ciment hydratéé est formée par :

les hydrates ;des grains de ciment non-hydraté ;des espaces capillaires ;des bulles d'air.

Les hydrates comprennent :

les silicates de calcium hydratés (C-S-H) ;les aluminates de calcium hydratés ;la chaux hydratée (portlandite) ;de l'eau adsorbée sur certains cristaux ;des impuretés.

Page 22: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice• Principe de la réaction d’hydratation du «Ciment»

Représentation schématique de l’hydratation du ciment

La durée de priseLe ciment a une consistance pâteuseconsistance pâteuse pendant la prise;

La prise n’est pas instantaninstantanéée;e;

La durée de la prise dépend du type de ciment (2 du type de ciment (2 àà 3h pour le CPA).3h pour le CPA).

Le ciment

Page 23: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice• Principe de la réaction d’hydratation du «Ciment»

Le phénomène d’hydratation du ciment est une réaction exothermique (prise et durcissement), qui s'accompagne d’un dégagement de chaleur. La réaction dépend:

la finesse de mouture: plus le ciment est broyé fin, plus la chaleur d'hydratation est élevée;la nature des constituants: les ciments CPA et/ou avec constituants secondaires;la nature minéralogique du clinker (présence ou non d’ajouts) (CPA ou CPJ);la température extérieure.

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25

Temps (heures)

Tem

péra

ture

(°C

)

Calorimètre pour le test d’hydratation Évolution de la température lors de

l’hydratation du ciment

Le ciment

Évolution de la chaleur d’hydratation du ciment

Page 24: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice• Constituants de la réaction d’hydratation du «Ciment»

Exemple de cristaux obtenus après hydratation et durcissement du ciment.

Inclusion

Matricecimentaire

Zone de transition

Indice d’Inhibition (I);Chaleur d’Hydratation (EH);Degré de la réaction d’hydratation;Analyse qualitative des hydrates (MEB); Analyse quantitative au Rayons X.

Formation des hydrates lors de l’hydratation du ciment

Le ciment

C-S-HEttringite

Portlandite

Page 25: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice• Classification des «Ciments» / désignation

Désignation Type de cimentComposition

clinker/constit. Secondaires

Utilisation

CEM I Ciment Portland (CPA)

95% / 5% Bétons armés, précontraints, ouvrages dont parement apparent

CEM II Ciment portland composé (CPJ)

20-64% / 36-80% de laitier Travaux courants en béton armé

CEM III

CEM IIIC

Ciment de haut fourneau (CHF)

Ciments au laitier

20-64% / 36-80% de laitier5-19% / 81-95% de laitier Fondations et travaux souterrains ou en

milieu agressif

CEM IV Ciment pouzzolanique(CPZ)

45-90% / 10-55% de pouzzol., cendr. volan.et fum. de silice Béton armé dans les travaux maritimes

CEM V Ciment au laitier et aux cendres (CLC)

20-64% / 18-50% de laitier et cend. volan. Béton en milieu agressif

- Ciments prompts naturels

- Scellements et les colmatages en présence d’eau

- Ciments alumineux fondu

- Résistance aux hautes températures (béton réfractaire)

Le ciment

Page 26: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice• Classification des «Ciments» / classe de résistance

Spécification et valeurs garanties en fonction de la classe normale

Le ciment

Page 27: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice• Qu’est ce qu’un «Plâtre» ?

Le plâtre est une poudre blanche provenant de la cuisson d’une roche sédimentaire, le gypse. Il a la propriété de faire prise avec l’eau: c’est un liant hydraulique. Actuellement, le plâtre est le plus souvent utilisé sous forme de produits secs, préfabriqués en usine. Le plâtre s’hydrate dans la solution sursaturée en provoquant la précipitation de microcristaux :

CaSO4 - 1/2(H2O) + 3/2 (H2O) CaSO4 - 2(H2O)

La prise du plâtre s’accompagne :

D’un fort dégagement de chaleur (réaction exothermique); D’une augmentation de volume due à la cristallisation rapide (0,5% au bout d’une

heure et de 1% en 24 heures).

Le plâtre

Page 28: COURS MATERIAUX

Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 28

La fabrication du plâtre comprend les opérations suivantes :

L’extraction du gypse;Le broyage du gypse (concasseur);La cuisson (entre 120 et 160°C CaSO4,1/2H2O),

Sous pression atmosphérique par voie sèche;

Par voie humide dans des fours autoclaves.

Le broyage du plâtre (1500 et 12000 cm2/g);Le mélange homogénéité du produit + incorporation d’adjuvants;Le silotage;L’ensachage.

• Procédé de fabrication du «plâtre»

Le plâtre

Matériaux de construction – Matrice

Page 29: COURS MATERIAUX

Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 29

Le plâtre

• Préparation du « plâtre »

La matière première : le Gypse

- Densité : 2.32

- 2 formes de gypse :

Le gypse cristallisé (sélénite)

Le gypse fibreux, cohérent à grains fins blancs

- Peu soluble dans l’eau

Matériaux de construction – Matrice

Page 30: COURS MATERIAUX

Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 30

Le plâtre

La priseCaSO4,1/2H2O + 3/2 H2O –––> CaSO4,2H2O

(réaction inverse de celle de la fabrication)

RRééaction rapideaction rapide :: forte élévation de température (25 à 30°C) + augmentation de volume (1% en 24 heures)

La durée de priseLe plâtre a une consistance pâteuseconsistance pâteuse pendant la prise;

La prise n’est pas instantaninstantanéée. e.

Matériaux de construction – Matrice• Propriétés générales du « plâtre »

Page 31: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice

• Différents types de «Plâtres» et désignationConformément aux dénominations de la norme NF B 12.301, il existe différentes variétés de plâtres:

Type de plâtre constituants Secondaires

plâtre gros Sable, ou sable/chaux.

plâtre fin pour enduit manuel(enduit) -

plâtre fin manuel à très haute dureté (enduit)

-

plâtre fin manuels allégés (enduit) -

plâtre fin à projeter agents retardateurs de prise

plâtre pour protection incendie

Vermiculite / perlite / fibres minérales résistantes au feu.

Le plâtre

Page 32: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice

• Qu’est ce qu’une «Chaux» ?La chaux est un liant de construction qui résulte de la calcination à 900 °C d'un calcaireà haute teneur en carbonate de calcium(CaCO3). La classification actuelle des chaux de construction distingue plusieurs types de chaux:

Type de chaux Fabrication / Propriétés

Chaux vive Résultat de la cuisson (calcination) du calcaire dans des fours spéciaux, à une température comprise entre 900°C et 1100°C.

Chaux aérienne Obtenue à partir de calcaires pur ne contenant pas ou peu de matières étrangères (moins de 7%) et pas d'argile. Elle a la propriété de faire prise et durcir à l'air en réagissant avec le dioxyde de carbone (CO2) qu'il contient (carbonatation).

Chaux grasse Chaux aérienne, à cause de l'onctuosité qu'elle procure aux mortiers. Chaux aérienne en pâte, obtenue par extinction de chaux aérienne par excès d'eau (procédé de fabrication par immersion).

Chaux hydrauliquenaturelle

Chaux obtenue à partir de calcaires contenant en quantité plus ou moins grande des argiles (10 à 25% en général). Elle a la propriété de faire prise et durcir avec l'eau.

Chaux hydraulique artificielle, chaux magnésienne ou dolomitique, chaux maigre

Provenant d'un mélange de calcaire et de carbonate de magnésium.

La chaux

Page 33: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice

• Qu’est ce qu’un «Argile» ?L'argile est une roche sédimentaire, composée de minéraux spécifiques, silicates en général, d'aluminium plus ou moins hydratés, qui présentent une structure feuilletée (phyllosilicates) qui explique leur plasticité, ou bien une structure fibreuse (sépiolite et palygorskite) qui explique leurs qualités d'absorption.

L'argile, par la nature colloïdale de ses particules de silicates, développe, en présence d'eau, des propriétés spécifiques permettant le façonnage par :

coulage (comportement rhéologique des suspensions aqueuses, cohésion et plasticitédes tessons formés) ;

calibrage, étirage, pressage en pâte molle (cohésion et plasticité) ;pressage unidirectionnel (cohésion des masses granulées à faible teneur en eau).

Il est souvent nécessaire de procéder à l'ajout de particules non colloïdales aux argiles (matériaux dégraissants) afin de maîtriser les propriétés du matériau lors du façonnage et du séchage..

L’argile

Page 34: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice

• Différents constituants de l’«Argile» ?Les argiles sont constituées d'un mélange de silicates, dits minéraux des argiles (kaolinite, illite, montmorillonite), et des constituants fins tels que : silice, minéraux micacés, calcaire, composés ferrugineux, matières organiques…etc.

Type de constituant

Propriétés

Silice (quartz libre) modifie les propriétés des minéraux argileux en jouant un rôle de dégraissant(diminution de la plasticité et du retrait de séchage, amélioration du comportement à la défloculation)

Composés ferrugineux Ils constituent des fondants énergiques et ont une action colorante importante (rouge foncé à jaune).

Calcaires Au-dessus de 1000 oC, la présence de calcaire favorise le grésage de l'argile, mais son action est brutale. Ils conduisent à des produits non poreux.

Minéraux micacés Il se trouvent en quantité notable dans les argiles dites grésantes.

Matières organiques Elles jouent un rôle important sur les propriétés rhéologiques des argiles.

L’argile

Page 35: COURS MATERIAUX

Matériaux de construction – Matrice

• Qu’est ce qu’une «Terre cuite» ?La terre cuite est une matière obtenue par la cuisson d'argile. Les matériaux de terre cuite sont utilisés depuis plusieurs siècles dans le bâtiment. Ils se sont adaptés àl’évolution de la construction et à ses impératifs. Les caractéristiques des produits de terre cuite permettent à ceux-ci d’être employés dans toutes les parties de la construction avec efficacité.

Aujourd'hui, la "terre cuite" désigne souvent une céramique restée poreuse en son cœur. Les caractéristiques des produits de terre cuite permettent à ceux-ci d’être employés dans toutes les parties de la construction avec efficacité. Ce sont essentiellement les briques, les tuiles, les éléments pour planchers, les conduits de fumée, les carreaux rustiques, des éléments de décoration, etc.

Les matières premières le plus couramment utilisées dans la fabrication des produits de terre cuite sont les argiles d’une part, et les éléments dégraissants d’autre part.

Les terres cuites

Page 36: COURS MATERIAUX

Fabriquées à partir de minéraux argileux (argiles kaolinitiques ou illitiques)

+Du sable fin (30 à 40%), Des oxydes et hydroxydes de fer (couleur rouge)

Du calcaire

Des matières organiques (brûlent à 400°C et colorent les argiles cuites)

Des sels solubles (nuisibles : sulfates)

Les terres cuites

• Fabrication de la « terre cuite »

Matériaux de construction – Matrice

Page 37: COURS MATERIAUX

• Principes de fabrication de la « terre cuite »

Les terres cuites

Matériaux de construction – Matrice

ArgilesArgiles, constituants majoritaires extraites en carricarrièèrere à l’aide d’engins mécaniques puissants (excavateur, bulldozer).(excavateur, bulldozer).

Après stockage, l’argile subit une série de traitements:• Broyage

• Malaxage

• Humidification

• Addition d’ajouts pâte homogène présentant la plasticité voulue

Page 38: COURS MATERIAUX

Le façonnage

La pâte est ensuite façonnée de différentes façonsProduits pleins, creux ou perforés :

Pâte fermePâte ferme (5 à 6% d’eau) briques pleines pressées,

Pâte demiPâte demi--fermeferme (10 à 15% d’eau) tuiles mécaniques formées sous presse,

Pâte mollePâte molle (15 à 25%) pour le filage sous vide.

Le façonnage donne au produit sa forme définitive

Les terres cuites

• Principes de fabrication de la « terre cuite »

Matériaux de construction – Matrice

Page 39: COURS MATERIAUX

Le séchage

• Les produits crus sont séchés dans des tunnelstunnels

• Le séchage a pour but dd’é’éliminer lliminer l’’eaueau contenue dans l’argile argile plus plastiqueplastique

• Contraction pendant le séchage : 3 à 8%.

SSééchage chage àà vitesse limitvitesse limitééee

• Densité : entre 1.4 et 2.2

Les terres cuites

• Principes de fabrication de la « terre cuite »

Matériaux de construction – Matrice

Page 40: COURS MATERIAUX

La cuisson

• Elle s’effectue dans des fours de plusieurs types :

- Fours HoffmannFours Hoffmann à feu mobile et produits fixes,

- Fours tunnelsFours tunnels à feu fixe et produits mobiles.

• Combustibles : charbon broyé, fuel, gaz naturel….

Les terres cuites

• Principes de fabrication de la « terre cuite »

Matériaux de construction – Matrice

Page 41: COURS MATERIAUX

Le refroidissement et le conditionnement

• brusque retrait brusque retrait àà 600600°°CC dû au quartz Nécessité de prendre des précautions au refroidissement et de

mamaîîtrisertriser la baisse de la templa baisse de la tempéératurerature.

• Les produits sont ensuite conditionnconditionnééss et palettispalettiséésssous une enveloppe de plastique rétractable.

Les terres cuites

• Principes de fabrication de la «terre cuite»

Matériaux de construction – Matrice

Page 42: COURS MATERIAUX

I. Les matières plastiques

II. Le verre

III. Les peintures et vernis

IV. Propriétés du matériau plâtre

V. Propriétés des terres cuites

VI. Propriétés des bétons

Matériaux du bâtimentPlan général du cours

Page 43: COURS MATERIAUX

Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 43

Matériau plâtre

1. Les propriétés générales du plâtre

• Le comportement au feu- Excellent rempartExcellent rempart contre le feu

- Plâtre non revêtu : Classement M0 (incombustible)M0 (incombustible)

- Utilisé comme «« coupecoupe--feufeu »»

• L’isolation et le comportement acoustiquele plâtre améliore l’insonorisationinsonorisation

Page 44: COURS MATERIAUX

Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 44

Matériau plâtre

1. Les propriétés générales du plâtre

• L’isolation thermiqueSeul ou en association avec d’autres matériaux, le plâtre

amamééliore lliore l’’isolation des paroisisolation des parois

Faible conductivitFaible conductivitéé thermiquethermique (entre 0.50 et 0.25 W/m K)

• La régulation de l’hygrométrie (humidité de l’air)En raison de sa porositporositéé, il permet de réduire l’humidité de l’air

Attention! ll’’humidithumiditéé (atmosphérique ou de ruissellement) est nuisible au plâtre (plâtre éventé)

Page 45: COURS MATERIAUX

Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 45

Matériau plâtre

2. Les différents types de plâtre

Les produits commercialisés se différencient par:

Leur granularitgranularitéé (plâtre gros « G », plâtre fin « F »);

Leur mode de mise en mise en œœuvreuvre (manuelle « M » ou par projection « P »);

Leur temps dtemps d’’emploiemploi :1- court; 2 - allongé; 3 – long;

Leur duretduretéé, normale « N » ou très haute « THD »;

Les mméélangeslanges et ajouts.ajouts.

Page 46: COURS MATERIAUX

Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 46

Matériau plâtre

2. Les différents types de plâtre

Plâtre gros :Plâtre gros :

Refus au tamis de 800 microns : entre 5 et 20%

Usages :- Rattrapage d’irrégularités importantes

- Montage de maçonnerie

- Temps de prise: de 8 à 25 mn

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Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 47

Matériau plâtre

2. Les différents types de plâtre

Plâtres fins :Plâtres fins :

Refus au tamis de 800 microns < 1%

Refus au tamis de 250 microns : environ 25%

Usages :- Enduits intérieurs

- A très hautes dureté cages d’escalier, couloirs, hall d’entrée

- Temps de prise > 30 mn

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Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 48

Matériau plâtre

2. Les différents types de plâtrePlâtres fins Plâtres fins àà projeter :projeter :- Projection machine légères et maniables

double le rendement des plâtriers- Prise lente pour permettre la projection

Usages : enduits intérieurs

Plâtres pour protection incendie :Plâtres pour protection incendie :- Ajout de vermiculite, de perlite, de fibres minérales

meilleure résistance au feu- Application par projection en mono-couche

Page 49: COURS MATERIAUX

Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 49

Matériau plâtre

2. Les différents types de plâtre

Plâtre Plâtre àà usages particuliers :usages particuliers :

- Plâtre à briqueter montage de cloison en briques ou parpaings

- Plâtre-chaux réfection de murs extérieurs

- Plâtre de surfaçage corrections de défauts

- Plâtre de moulage granulométrie très fine

- Plâtre pour préfabrication carreaux de plâtre, cloisons, corniches

Page 50: COURS MATERIAUX

Matériaux du Bâtiment - Licence professionnelle 50

3. La mise en œuvre du plâtre

Les précautions à prendreLe plâtre oxyde le ferLe plâtre oxyde le ferLe plâtre frais, en raison de sa porositLe plâtre frais, en raison de sa porositéé, craint le gel, craint le gel

Les emplois du plâtre• Liant de briques pour la construction de cloisons

intérieures

• Enduit de plafond ou de cloisons

• Éléments préfabriqués collés (carreaux de plâtre)

• Plaques de plâtre associées ou non à un isolant (placoplâtre®, Placocem)

Matériau plâtre

Blocs de plâtre

Page 51: COURS MATERIAUX

Matériau plâtre

Pour plus d’informations :

ORGANISMES OFFICIELS LIÉS AU METIER DU PLÂTRE

Union nationale des entrepreneurs plâtriers, plaquistes, staffeurs et stucateurs, UNEP

9 rue La Pérouse, 75784 Paris Cedex 16Tél. : 01 40 69 52 14.

Chambre syndicale des entrepreneurs de staff, stuc et activités annexes

10 rue du Débarcadère, 75017 Paris Cedex 17Tél. : 01 40 55 14 40.

Page 52: COURS MATERIAUX

1. Les propriétés générales

Densité : entre 1.4 et 2.2 g/cm3 (la r(la réésistance sistance augmente avec la densitaugmente avec la densitéé)),

Une brique convenable n’est pas friable,

Porosité < 18%,

La présence de grains de chauxgrains de chaux (CaO) dans les briques insuffisamment cuites Gonflements ultérieurs en présence d’humidité.

Matériaux terres cuites

Page 53: COURS MATERIAUX

1. Les propriétés générales

EfflorescencesEfflorescences sous forme de tâches blanchâtresen surface Présence de sels solubles véhiculés par l’eau.

Essais de gel : perte de masseperte de masse inférieure à 1% après 25 cycles de gel-dégel.

RRéésistances msistances méécaniquescaniques en compression entre 12.5 et 80 Mpa.

Parfaitement ininflammable, matériau privilégiépour la constitution de parois anti-feu (classement M0et M1).

Matériaux terres cuites

Page 54: COURS MATERIAUX

2. Les produits fabriqués

Briques plâtrières (perforations horizontales)

Blocs perforés (perforations verticales)

A parois pleines

A parois alvéolées

Conduits de fumées

Éléments pour revêtements de sols, de murs ou de routes

Matériaux terres cuites

Page 55: COURS MATERIAUX

Poutrelles mixtes

Terre cuite

Béton

Poutrelles en béton précontraint + sous-face en terre cuite

Tuiles à emboîtement ou glissementTuiles « grand

moule »

Terre cuite

Charpente terre cuite-béton

3. Les produits fabriqués

Tuiles « petit moule »

Matériaux terres cuites

Page 56: COURS MATERIAUX

Pour plus d’informations :

ORGANISMES OFFICIELS LIÉS AU METIER DE LA TERRE CUITE

CTTB, le centre technique des tuiles et des briques CTTB, le centre technique des tuiles et des briques

http://www.cttb.frhttp://www.cttb.frAdresse de correspondance : 17, rue Letellier - 75015 Paris

Adresse physique : 200, avenue du Général de Gaulle - 92140 Clamart

Matériaux terres cuites

Page 57: COURS MATERIAUX

Les bétons

1. Généralités sur les bétonsLe béton est un matériau composite aggloméré constitué de granulatsdurs de diverses dimensions collées entre eux par un liant.

Types dTypes d’’agragréégatsgats : grains de pierre, sable, gravier, cailloux; autres….

Types dTypes d’’additifsadditifs : Fummées de silice, Pouzolannes, laitiers, adjuvants, fluidifiants, accélératieu/retardateur de prise, entraîneur d’air….

Eau Eau : double rôle d'hydratation du ciment et de facilitateur de la mise en œuvre (ouvrabilité)

Types de Types de liantliant::• Ciment (Béton hydraulique);• Bitume, goudron, asphalt (Béton hydrocarboné);• Résine (Béton de résine (liant de polymère thermoplastique/thermodurcissable);• Argile (béton d'argile).

Page 58: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Fabrication du béton

• Types de Bétons

Il Il existeexiste deuxdeux catcatéégoriesgories de de bbéétonstons, , classclasséé en quatre groupes, selon sa en quatre groupes, selon sa masse masse volumiquevolumique ρρ

Béton type « béton dense »:béton très lourd : ρ > 2500 kg/m3 ;béton lourd (béton courant) : ρ entre 1800 et 2500 kg/m3 ;

Béton type « béton leger »:

Béton de granulats légers ρ = 500 à 1800 kg/m3

Béton très légers et bétons cellulaire ρ < 500 kg/m3.

Page 59: COURS MATERIAUX

Les bétons

3. Propriétés des bétons

Les résistances mécaniques en compressions obtenues classiquement sont de l'ordre de :

Bétonnage sur chantier : 25 à 35 MPa

Bétonnage soigné en usine (préfabrication): 40 à 60 MPa

Béton Hautes Performances : jusqu'à 200 MPa

Formulation des bétons Le choix des proportions de chacun des constituants d'un béton dépend des

propriétés mécaniques et de mise en œuvre souhaitées.

Béton sur chantier: 800 litres de gravillons et 400 litres de sable par mètre cube de béton pour 350 à 400 kg de ciment

Page 60: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Différents types de bétons

Béton aggloméré :Béton imitant la pierre, ou parpaing.

Béton armé :Le béton armé a été inventé par Joseph Monier (brevets en

1870).

Le béton de ciment présente une excellente résistance à la compression

Faible résistance à la traction donc à la flexion

Incorporer des armatures en acier destinées às'opposer et à reprendre les contraintes de traction

•Bétons denses

Page 61: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton armé :Béton classique contenant une armature métallique

Page 62: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton précontraint :

Il s'agit de techniques inventées par Eugène Freyssinet en 1928, qui consistent à tendre (comme un ressorts) l’armature du béton, et donc à comprimer, au repos, ce dernier.

Dans la pré-tension (le plus souvent utilisée en bâtiment), les armatures sont mises en tension avant la prise du béton

La post-tension consiste à disposer les câbles de précontrainte dans des gaines incorporées au béton. Après la prise du béton, les câbles sont tendus au moyen de vérins de manière à comprimer l'ouvrage au repos.

Page 63: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton précontraint :

Page 64: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton de résine :

Le béton de résine est constitué d'un liant de polymère organique synthétique, parfois thermoplastique mais généralement thermodurcissable (polyester et époxy) , et d'une charge minérale.

charges utilisées : • du sable ( mortier de résine) ;

• la pierre concassée, le gravier, le calcaire, la craie, le condensât de silice (poudre de silice, poussière de silice), le granit, le quartz, l'argile, le verre expansé et les fines métalliques ;

• un durcisseur (agent de réticulation et un catalyseur);

• fibre de verre, voile à base de fibre de verre, tissus et fibres métalliques

Page 65: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétons

Avantages :• faible temps de prise et de délai d'obtention de la résistance maximale;• faible quantité de liant, en fonction de la finesse de la charge;• Bonne résistance à l'action des produits chimiques et corrosifs;• Faible absorption d’eau et stabilité aux gel/dégel• grande résistance mécaniques (polyester/époxy).

Inconvénients : • Réalisation complexe• Instabilité dimensionnelle ;• Taux élevé de fluage (restriction pour l’utilisation en charpente);• Coût élevé.

Béton de résine :

Page 66: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsQuelques propriétés du Béton de résine

Page 67: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton Hautes Performances (BHP) :

Les bétons à hautes performances présentent une durabilitéaméliorée et une résistance accrue. Ils peuvent supporter des charges supérieures ou permettre des constructions plus élancées. Ils peuvent également présenter des formes plus complexes et permettent de réaliser de plus grandes portées. par une meilleure adhérence entre les granulats et la matrice de ciment. En outre, la résistance de la matrice sera pratiquement égale à la résistance des granulats.

La découverte de superplastifiants très performants a constituéun véritable tournant. L’action de ces adjuvants est de rendre le béton nettement plus fluide, sans ajouter d’eau. Les superplastifiants ont créé la base du développement des bétons àhautes performances (BHP), dont les applications se retrouvent principalement dans le secteur du béton préfabriqué.

Page 68: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton Hautes Performances (BHP) :

La résistance à la compression peut atteindre 200 MPa.

Béton classique

Béton hautes performances

Page 69: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton Hautes Performances (BHP) :

Principe du superplastifiant:• La surface de chaque grain de ciment contient des charges électriques libres;• Les charges opposées s’attirent mutuellement d’où la formation des agglomérats;• L’eau de gâchage qui se trouve entre ces floculats sera emprisonnée. Elle ne contribue plus à la fluidité de la pâte de ciment

Des charges opposées sur la surface des grains de ciment

provoquent la floculation

Page 70: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton Hautes Performances (BHP) :

Action du superplastifiant:• Les superplastifiants empêchent la formation néfaste des conglomérats;

• Les molécules du superplastifiant se fixent par adsorption sur l’interface entre le grain de ciment et l’eau de gâchage.

• le superplastifiant forme une charge négative autour de chaque grain de ciment

• les grains se repoussent les uns des autres. La dispersion qui en résulte réduit la viscosité de la pâte de ciment et augmente l’ouvrabilité.

Page 71: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton Hautes Performances (BHP) :

Effet du superplastifiant:• Réduction de la porosité

• Augmentation de la compacité

• Utilisation de renfort

Méthode:• Diminution de la quantité d’eau;

• Amélioration de l’ouvrabilité;

• Utilisation d’un superplastifiant.

Page 72: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton Hautes Performances (BHP) :

Propriétés:• Durabilité améliorée face aux agressions physico-chimiques (perméabilité réduite, meilleure protection de l’armature contre la corrosion, réduction de la pénétration des ions chlore, diminution du risque de réaction alcali-silice, meilleure résistance au gel,…).

• En règle générale, une fluidité très élevée à l’état frais. Cette caractéristique facilite la mise en oeuvre du béton, même dans les zones à densité d’armature élevée.

• Résistance accrue au jeune âge. Cette propriété permet de réduire le temps de coffrage et d’accélérer la mise en précontrainte. Des délais d’exécution raccourcis sont donc envisageables.

• Une résistance finale accrue après durcissement, ce qui permet de réduire les sections du béton et, dès lors, la diminution du poids de la construction ;

• Un module d’élasticité supérieur, susceptible d’améliorer la stabilité aérodynamique de ponts élancés.

• Un retrait réduit, qui s’avère avantageux pour la maîtrise des déformations d’une construction, ainsi qu’en ce qui concerne les pertes de précontrainte;

• Matériau moins résistant au feu.

Page 73: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton Auto-plaçant (BAP) :

Le béton est auto-placant (SCC, self compacting concrete) s’il se met en place sans compactage ni vibration complémentaire. Il remplit de lui-même les moindres interstices en suivant le principe des vases communicants. Il est auto nivelant dans le cas d’un plancher. Il fait appel à l’utilisation d’adjuvants spécifiques àaction fluidifiante, avec une nette augmentation du taux de fillers.

Conditions de fabrication du BAP:• Volume de pâte (ciment + additions + eau + air) élevé;• Réduction de la taille des granulats (pour éviter les frottement);• Limitation de la quantité de granulats (granulats / sable =1); • Quantité de fines élevée (cendres volantes et autres), avec un rapport e/c faible (0.5 à 0.55);• Utilisation de fluidifiant (dérivés cellulosiques, de polysaccharides ou de suspensions colloïdales).

Page 74: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétons

Béton Auto-plaçant (BAP) :

Propriétés:• Étalement au cône de 60 à 80 cm (test d’étalement);• Ouvrabilité importante (cône d’Abrams ou maniabilimètre);• Mobilité importante en milieu confiné ou non (ferraillage ou non); • Compacité élevée et stabilité au tamis;• Mise en place par le seul effet de son poids;• Performances mécaniques au moins égales à celle du béton normal.

Page 75: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton Auto-plaçant (BAP) :

Propriétés de mise en œuvre/tests normalisés:

Étalement

Ouvrabilité

Mobilité(boite en U)

Stabilité

Page 76: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton Auto-plaçant (BAP) :

Avantages du BAP:pour la mise en oeuvre :• diminution du temps de coulée/rapidité de mise en oeuvre ;• suppression de la vibration et donc des nuisances sonores;• meilleures conditions de travail (appréciation des conditions detravail « non bruyantes » ;• possibilité de couler des bétons dans des endroits inaccessibles ;• possibilité de couler des voiles de grande hauteur en une seuleopération.• augmentation de la durée de vie des coffrages.

Page 77: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton Auto-plaçant (BAP) :

Avantages du BAP:sur la qualité du béton :

• parfait remplissage des éléments fortement ferraillés ;

• obtention d’une bonne qualité de parement (surface de béton lisse et donc moins de pores et de défauts en surface) ;

• Réalisation de formes plus sophistiquées;

• Bon enrobage des armatures en aciers;

• d’une manière générale, obtention d’une meilleure qualité du béton, in situ, pratiquement indépendante du savoir-faire des ouvriers durant la réalisation ; cela va dans le sens d’une durabilité accrue des ouvrages.

Page 78: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Types de bétonsBéton Auto-plaçant (BAP) :

Avantages du BAP:concernant la conception :• permet d’envisager de nouveaux types d’éléments en béton ;• possibilité d’intégrer des réservations dans le coffrage.• Gain de productivité.• moins d’intervenant en haut des banche.

Désavantages du BAP:• Surveillance des étanchéités des coffrages ;• coffrages plus lourds pour reprendre la pression exercée (pression hydrostatique du béton frais);• coût des matières premières, de la fabrication et du contrôle;• adaptation de la planification du chantier.

Page 79: COURS MATERIAUX

Les bétons

3. Mise en oeuvreBéton Auto-plaçant (BAP) :

Exemples de réalisation:

BAP dans la préfabrication

BAP coulé surchantier

Auto nivelant

Page 80: COURS MATERIAUX

Les bétons

Béton Auto-plaçant (BAP) :

Exemples de réalisation:Banche :

Le béton peut être teinté dans la masse en y incorporant des pigments naturels ou des oxydes métalliques;

Il peut aussi être traité à l'aide d'adjuvants pour être rendu hydrofuge (il devient alors étanche, empêchant les remontées capillaires);

Moulé ou banché, le béton peut prendre toutes les formes.

3. Mise en oeuvre

Page 81: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Différents types de bétonsBétons légers

Béton de granulats légers (plein ou creux) :Les bétons légers, c'est à dire ceux dont la masse volumique àl'état sec est inférieure à 1800 kg/m3, sont employés dans le génie civil depuis le début du 20ème siècle, dans les pays développés d'Europe (France, Allemagne), d'Amérique (USA) et d'Asie (Japon et ex URSS). Depuis, les applications ne cessent de se multiplier àcause des avantages que présente ce produit tant sur le plan économique que technique.

Il est obtenu à partir de béton dans lequel, a été rajouté des granulats légers (sciure, polystyrène, ponce, granulat de bois, de schistes, argile expansé …etc.), permettant de réduire la masse volumique du produit fini. Le procédé permet d’améliorer les performances thermiques du produit.

Page 82: COURS MATERIAUX

Les bétons

Béton de granulats légers (plein ou creux) :

Avantages :• Structure porteuse, suivant sa résistance (classes de la RILEM);• Béton de faibles densités (de 0,2 à 1,8);• utilisation de différents type de matrice;• utilisation de déchets sous forme de granulés/fibres/ajouts inertes;• Possibilité d'obtenir, pour certains types de bétons légers, des résistances mécaniques élevées malgré la faible densité du produit;• Possibilité de réduire la sensibilité à l’eau (améliorer la durabilité);• Isolation thermique et phonique renforcée;• Bon comportement au feu.

Bétons légers

2. Différents types de bétons

Page 83: COURS MATERIAUX

Les bétons

Bétons légers

Classification des Bétons de granulats légers (RILEM) :

< 0,3< 0,75-Coefficient de

conductivité thermique (W/mK)

> 0,5> 3,5> 15,0Résistance à la compression (2) (MPa)

Non préciséeNon précisée< 2000Masse volumique sèche

(1) (kg/m3)

IsolantConstructionet isolantConstructionType de béton

IIIIIIClasse

Suivant recommandation RILEM N°10-2 pour (1) et N°4 pour (2) de Novembre 1975

2. Différents types de bétons

Page 84: COURS MATERIAUX

Les bétons

Béton cellulaire (autoclavé):Les bétons cellulaires (bétons très légers) dont les masses volumiques sont inférieures à 500 kg/m3. Ils sont utilisés dans le bâtiment, pour répondre aux problèmes d'isolation. (phonique et thermique ). Lors de sa réalisation, on incorpore des produits moussants créant des porosités dans le béton.

Cette structure cellulaire peut être créée soit par ajout d’adjuvants (agent entraîneur d’air, agent moussant), soit par ajout de l’Aluminium pulvérulent, en réaction avec la chaux libérée lors de la réaction d’hydratation du ciment. Il se distingue par une porosité fermée importante.

2. Différents types de bétonsBétons légers

Page 85: COURS MATERIAUX

Les bétons

Béton cellulaire (autoclavé):Conditions de fabrication du béton cellulaire:

• Volume de pâte (ciment + additions + eau + air) normal;• Réduction de la taille des granulats (pour éviter la ségrégation);• Quantité de fillers élevée (ajout de cendres volantes et autres…); • rapport e/c faible (optimal pour la stabilité du réseau poreux);• Utilisation d’adjuvants (dérivés organiques ou suspensions colloïdales);• Possibilité d’autoclavage;• Une stabilisation du réseau poreux est nécessaire;• Matières premières abondantes utilisées en quantités moindres que pour le béton classique. Utilisation en blocs ou en panneaux.

2. Différents types de bétonsBétons légers

Page 86: COURS MATERIAUX

Les bétons

Bétons légers

Classification des Bétons cellulaires (RILEM):

< 0,3< 0,75Coefficient de

conductivité thermique (W/mK)

> 0,5> 2,5(2)Résistance à la compression (1) (MPa)

Non préciséeNon préciséeMasse volumique sèche (kg/m3)

IsolantConstructionet isolantType de béton

IIIIIClasse

2. Différents types de bétons

(1) Résistance mesurée sur cubes, suivant les spécifications de RILEM N°24(2) Dans certains pays, la résistance à la compression peut être inférieure à 2,5 MPa.

Page 87: COURS MATERIAUX

Les bétons

2. Différents types de bétons

Béton cellulaire (autoclavé):

Avantages :• bon isolant thermique grâce aux cellules d’air;• moins de matières premières;• déchets de production peuvent être recyclés en granulats;• rapidité de pose;• plus légers que le parpaing;• hygro-régulation;• confort acoustique;• résistance au feu;• structure porteuse, suivant la RILEM.

Bétons légers

Page 88: COURS MATERIAUX

Les bétons

Béton cellulaire (autoclavé):

Inconvénients :• la fabrication du ciment requière beaucoup d’énergie et reste très polluante;• isolation phonique insuffisante si utilisé sans complément d’isolant;• matériau friable résistant mal à l'usure;• l'aluminium est suspecté dans certaines maladies neurologiques.

Bétons légers

2. Différents types de bétons

Page 89: COURS MATERIAUX

Les bétons

Structure poreuse des Bétons cellulaires (autoclavés)

Bétons légers

2. Différents types de bétons

Bulles d’airDensité 0,65 Densité 0,50

Matrice

Page 90: COURS MATERIAUX

Les additifs et les adjuvantsLes additifs• Les renforts;

• Les charges;

• Les stabilisants;

• Les anti-oxydants;

• Les colorants et les pigments.

Les additifs et adjuvants

Page 91: COURS MATERIAUX

Les adjuvants

• Les réticulants;

• Les gonflants;

• Les anti-UV;

• Les anti-statiques;

• Les tensio-actifs;

• Les fongicides (contre les parasites);

• Les ignifugeants (contre les incendies);

• Accélérateur/Retardateur de prise;

• Plastifiant/Fluidifiant/entraîneur d’air....

Les additifs et adjuvants

Les additifs et les adjuvants

Page 92: COURS MATERIAUX

1. Généralités sur la Durabilité

Les matériaux de construction doivent remplir le rôle auquel ils sont destinés non seulement pendant une courte période de temps suivant leur installation, mais aussi pendant un intervalle de temps raisonnablement long.

On parle communément de la durabilité d'un matériau comme s'il s'agissait d'une propriété fondamentale définie comme la période de temps pendant laquelle, le matériau accomplira une fonction utile. La vie utile d'un matériau en place dépend cependant de la combinaison des facteurs d'environnement auxquels il est soumis, et de ses propriétés. C'est ainsi qu'il faut toujours tenir compte des conditions particulières ambiantes lorsque l'on considère la durabilité, ou vie du matériau en service.

Il est nécessaire de disposer d'informations détaillées lorsqu'il s'agit de mettre au point et d'interpréter une méthode quelconque d'essai accéléré, ayant pour objet d'améliorer les prédictions relatives au comportement.

Durabilité

Page 93: COURS MATERIAUX

1. Généralités sur la Durabilité

Durabilité

La durabilité est directement liée à l’environnement immédiat ou futur des ouvrages et parties d’ouvrage.

Les influences externes sont: intempéries, agressivité des sols, atmosphères chimiquement agressives, etc….

Les performances à obtenir peuvent être établies à partir de seuils àrespecter en fonction de la durée de service souhaitée.

La Durabilité: capacité à conserver les fonctions d’usage pour lesquelles il a été conçu (fonctionnement structurel, sécurité, confort des usagers...);

IL faut maintenir son niveau de fiabilité et son aspect, dans son environnement avec des frais de maintenance et d’entretien aussi réduitsque possible (mise en service d’une maintenance préventive).

Page 94: COURS MATERIAUX

1. Généralités sur la Durabilité

Durabilité

Liste d’agresseurs chimiques:

Agressions chimiques:• liquides; (eaux polluées, eau de mer, eaux chargées en ions (sols));• solides; (sels gypseux)

• gazeuses.(air pollué, CO2, O2, )

(carbonique, nitrique, formique, urique, lactique...)• acides;(amines, KOH, NaOH,...)• bases;

• alcools;(chlorures, nitrates, sulfates, sulfures,...)• sels;

(champignons: elles se nourrissent de chaux !)• bactéries;(elle peut se charger en ions!)• eau pure;

(groupement COOH, ou combiné,...)

Page 95: COURS MATERIAUX

Durabilité

1. Généralités sur la Durabilité

Interactions environnement/matériauxEn raison des interactions physico-chimiques et physico-mécaniques entre les matériaux et leur environnement, il existe des phénomènes susceptibles de provoquer des dégradations considérables, si l'on ne prend pas les précautions nécessaires. Ces dégradations, qui peuvent être chimiques, physiques ou mécaniques, engendrent très souvent la ruine de la structure.

Eléments à risque:Dans le cas d’une matrice de ciment, ce sont les éléments cristallins(Portlandite, chaux...), qui sont les plus sensibles aux agressions chimiques car moins stables. Les problèmes du ciment viennent donc particulièrement de la chaux!

Page 96: COURS MATERIAUX

Durabilité

1. Généralités sur la DurabilitéInteractions environnement/matériaux

Dégradations

Chimiques Physiques Mécaniques

• Carbonatation;• Corrosion;• Lixiviation;• Décalcification;• Action des Chlorures...

• Retrait et gonflement;• Dilatation thermique;• Fissurations; Gel/dégel.• Décohésion dans la matrice;• Absorption d’eau.....

• Phénomènes de Fatigue;• Baisse des perform. méca.;• Fluage;• Déformée (plasticité)....

Page 97: COURS MATERIAUX

Durabilité

1. Généralités sur la DurabilitéInteractions environnement/matériauxLa prédiction exacte du comportement d’un matériau exige une connaissance complète de ses propriétés, des processus qui interviennent lors de l'interaction avec son environnement, et des facteurs environnementaux à l'action desquels, il sera soumis. Seuls les "tests accélérés", sont susceptibles d’approcher le comportement véritable.

Propriétés du matériau

Comportement in situ

Tests accélérés(Facteurs de Durabilité)

Interactions matériau/environnement

DurabilitéAjustement

Page 98: COURS MATERIAUX

Durabilité

1. Généralités sur la DurabilitéInteractions environnement/matériaux/Critères d’exposition

0 = 0 agression0 = 0 agressionC = CarbonatationC = CarbonatationF = FroidF = Froid

XAXD

XS S = Sels marinsS = Sels marins

D = sels DiversD = sels DiversA = Attaques chimiquesA = Attaques chimiques

XFXCX0

CourantesCourantes

ParticulièresParticulières

Choix de la classe d’expositionChoix de la classe d’exposition

Responsabilité du client-prescripteurResponsabilité du client-prescripteur

La prise en compte de l’environnement se fait par les classes d’exposition:

Page 99: COURS MATERIAUX

Durabilité

Ouvrabilité/Affaissement (Cône d’Abrams NFP 18-451):

Chois de e/c pour affaissement Normal (cas d’un béton)

S4Supérieur à 16fluideS3De 10 à 15très plastiqueS2De 5 à 9plastiqueS1De 0 à 4ferme

ClasseAffaiss. (cm)Observation

Chois de e/c pour Maniabilité normale (cas d’un mortier)

Temps ,

Consistence

2. Quelque propriétés des matériaux (État frais)

Page 100: COURS MATERIAUX

Durabilité

Ouvrabilité/ Essai d'étalement sur table/Flow test (ISO 9812)

2. Quelque propriétés des matériaux (État frais)

Ouvrabilité/ Essai Vébé (ISO 4110)

Classe d’étalement

Classe de consistance

Consistomètre

Page 101: COURS MATERIAUX

Durabilité

Essai de compactage (ISO 4111)

2. Quelque propriétés des matériaux (État frais)

Classe de compactage

Essai de mobilité en milieu confiné (Boite en U)

h

Mesure de :• Hauteur de remplissage;• Temps correspondant.

H = 340 – hMesure du temps pour une hauteur de remplissage de h=30 cm.

Page 102: COURS MATERIAUX

Durabilité

Essai de stabilité au tamis

2. Quelque propriétés des matériaux (État frais)

• Qualification du béton vis à vis la ségrégation• Evaluer le pourcentage de laitance;• Evaluer la stabilité du matériau frais

Page 103: COURS MATERIAUX

Durabilité

2. Quelque propriétés des matériaux (État frais)Autres essais comparatifs

Page 104: COURS MATERIAUX

Durabilité

2. Quelque propriétés des matériaux (État frais)Air occlus (Aéromètre - NF EN 12350-7)

Entre 4 et 8% pour le béton

Temps de prise (l’appareil Vicat - NF P 18-356):

Début de prise Fin de prise

Page 105: COURS MATERIAUX

Durabilité

Masse volumique apparente (NF EN 12390-7)

Masse volumique Absolue (pycnomètre liquide/gaz)

2. Quelque propriétés des matériaux (État durci)

Page 106: COURS MATERIAUX

Durabilité

Auscultation sonore (Module d’élasticité dynamique)

Retrait et Gonflement (Rétractomètre)

)2 1)( 1.() 1.(

ννρν−+

−=

ECL

LC : célérité de l’onde (m/s) ; E : module d’élasticité dynamique (MPa) ;ρ : masse volumique apparente (kg/m3) ; ν : coefficient de Poisson.

) 1()2 1)( 1( . 2

νννρ −

−+= Ld CE

Module d’élasticitédynamique

∆l(t) = L(t) - L(t0)

Apparition de Fissurations

Retrait/Gonflement important

Types de retraits:• Le retrait plastique;• Le retrait endogène (ou retrait chimique d’hydratation);• Le retrait de séchage.

2. Quelque propriétés des matériaux (État durci)

Page 107: COURS MATERIAUX

Durabilité

Porosité gaz/liquide (Prosimètre Hélium, Mercure)

Compacité

P (%)+c (%)=100%

c

2. Quelque propriétés des matériaux (État durci)

Page 108: COURS MATERIAUX

Durabilité

L’humidité

L’absorption de l’eau (Méthode d’immersion)

Gs – est la masse sèche d’échantillon (après séchage à l’étuve)Gh – est la masse humide d’échantillon.

• Conditions de cure;• Nature des granulats;• Porosité du matériau;• Température...

Dépend de

Gab – est la masse absorbante. Gs – est la masse sèche d’échantillon. V0 – est le volume apparent du matériau.

• Conditions de cure;• Nature des granulats;• Porosité du matériau;• Conditions de saturation.

Dépend de

2. Quelque propriétés des matériaux (État durci)

Page 109: COURS MATERIAUX

Durabilité

Absorption capillaire (Sorptivité)

Face imperméabilisée

Eprouvette

Eau

Support Niveau d’eau

constant

x

0 . itSi +=

Vitesse d’absorption d’eau

i : coefficient d’absorption capillaire (mm3/mm2). S : sorptivité du matériau (m/s1/2) ;

0i : coefficient empirique

Perméabilité (gaz / Liquide)

Porositéperméabilité

2. Quelque propriétés des matériaux (État durci)

Page 110: COURS MATERIAUX

Durabilité

Résistances mécaniques (Compression)

Echantillon Schéma Formule de calcul

Matériaux testés

Dimension des échantillons (cm)

Cube

Béton Mortier Roche naturelle

15x15x15 7,07x7,07x7,07 10x10x10 15x15x15 20x20x20

Cylindre

Béton Mortier Roche naturelle

d=15 ; h=30 d=h= 5; 7; 10; 15

Échantillons assemblés

Brique a=12; b=12,3; h=14

• Conditions de cure;• Nature des granulats;• Porosité du matériau;• Adhérence des granulats• Nature de la matrice....

La résistance dépend de

type 40 x 40 x 160 mm100 x 100 cm

Types: 160 x 320 mm 110 x 220 mm

2. Quelque propriétés des matériaux (État durci)

Page 111: COURS MATERIAUX

Durabilité

Résistances mécaniques (Traction par flexion)

• Conditions de cure;• Nature des granulats;• Porosité du matériau;• Adhérence des granulats

La résistance dépend de type 3 points

Echantillon Schéma Formule de calcul

Matériaux testés

Dimension des échantillons (cm)

Prismatique Brique

Ciment Brique

4x4x16 15x15x15

Prismatique

Béton Bois

15x15x60 2x2x30

2. Quelque propriétés des matériaux (État durci)

type 4 points

Page 112: COURS MATERIAUX

Durabilité

Résistances mécaniques (Traction pure/Fendage)

• Conditions de cure;• Nature des granulats;• Porosité du matériau;• Adhérence des granulats;• Défauts de fabrication.

La résistance dépend de

CylindriquePrismatique

Béton Armature

5x5x50 10x10x80 d0=1; l0=5; l≥10

Cylindrique

Béton d=15; l=30 d=16; l=32

2. Quelque propriétés des matériaux (État durci)

Page 113: COURS MATERIAUX

Durabilité

2. Quelque propriétés des matériaux (État durci)Déformabilité (diagramme contrainte/déformation)

Module d’élasticité:

σ = E . εet ε = ∆l / l

(loi de Hooke)

Dureté du matériau (Scléromètre EN 12504-2)

• Vérification de l’homogénéité de la structure;• Estimation de la résistance;• Dégradation du matériau;• test de rebondissement.

Page 114: COURS MATERIAUX

Durabilité

Corrosion

2. Quelques types de dégradations du matériau

corrosion de l’acier dans le béton.

• Présence des chlorures, oxygène, acides, sulfates, etc ...;• Porosité importante du matériau; • Perméabilité importante (percolation);• Présence de fissures;• Carbonatation;• Qualité médiocre des constituants²;• Circulation libre de l’eau….

Matrice à pH très basique (12,5-13)

Phénomène de Dépassivation, pH

Phénomène de carbonatation

Le principe de corrosion

Page 115: COURS MATERIAUX

Durabilité

Principe de la Corrosion

2. Quelques types de dégradations du matériau

corrosion de l’acier dans le béton.

Présence des chlorures, oxygène, acides, sulfates, etc

Les réactions chimiques sont:Fe ⇒ Fe²+ + 2e-

H2O + 2O2 + 2e- ⇒ 2 OH-

Les réactions chimiques sont:Fe2+ + 2Cl- ⇒ FeCl2FeCl2 + 2H2O ⇒ Fe(OH)2 + 2H+ + 2Cl-

Page 116: COURS MATERIAUX

Durabilité

Exemples de dégradations

2. Quelques types de dégradations du matériau

Corrosion de l’acier dans le béton.

• Expansion de l’acier (5 fois le volume);• Apparition de la rouille; • Décollement du béton• Éclatement du béton

corrosion de poutres de pont Corrosion par piqûres liées aux chlorures.

Page 117: COURS MATERIAUX

Durabilité

Diagnostic de la Corrosion

2. Quelques types de dégradations du matériau

Page 118: COURS MATERIAUX

Durabilité

Diagnostic de la Corrosion

2. Quelques types de dégradations du matériau

• Potentiel de corrosion

ρ = 2 Re φ• φ: diamètre du disque• Re: Résistance

• Résistivité du béton • Densité de courant

Page 119: COURS MATERIAUX

Durabilité

Test accéléré de Corrosion

2. Quelques types de dégradations du matériau

Schéma électrique

Etat des armatures

Page 120: COURS MATERIAUX

Durabilité

Exemple de resultats du Test accéléré de Corrosion

2. Quelques types de dégradations du matériau

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40

Temps (Jours)

Pote

ntie

l (V)

Composite CFC 25%

Matériau de référence

Rupture

Rupture du mortieraprès 7 jours

d’immersion dans unesolution de

Chlorure de Sodium

Rupture d’un compositeaprès 35 jours

d’immersion dans unesolution de

Chlorure de Sodium

Page 121: COURS MATERIAUX

Durabilité

Phénomène de carbonatation

phénomène de vieillissement naturel qui conduit à la formation de carbonates de calcium par réaction entre la portlandite (la chaux) et le dioxyde de carbone (CO2).

Carbonatation

H2O + bases alcalinesCO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O

Réaction chimique de carbonatation

Réaction très favorable pour une humidité comprise entre 60 et 80%.

Réaction très peu favorable pour une humidité supérieure à 80%.

Réaction quasiment impossible en présence d’eau (humidité 100%).

2. Quelques types de dégradations du matériau

Page 122: COURS MATERIAUX

Durabilité

Exemples de dégradations

2. Quelques types de dégradations du matériau

Carbonatation du béton.

• Dissolution des hydrates;• Augmentation de la porosité; • Apparition des fissures; • Pénétration d’agents agressifs; • Corrosion des armatures; • Éclatement du béton.

Zone carbonatéeCorrosion des armatures

Fissures

Page 123: COURS MATERIAUX

Durabilité

2. Quelques types de dégradations du matériauDiagnostic de la carbonatation

• Test à la phénolphtaléine Technique basée sur mesurer la profondeur de carbonatation, suivant

le pH du milieu

Zone carbonatée

Zone non carbonatée

• Microscopie optique sur lames minces

• microscopie électronique à balayage

Page 124: COURS MATERIAUX

Durabilité

2. Quelques types de dégradations du matériauDiagnostic de la carbonatation

Non carbonaté carbonaté

• microscopie électronique à balayage

Page 125: COURS MATERIAUX

Durabilité

Phénomène de Gel/Dégel

phénomène qui crée des désordres dûs aux conditions atmosphériques. Son action est de réduire les performances mécaniques.

Gel/Dégel

En gelant, l’eau augmente son volume de 9% créant des contraintes dans les capillaires. Les cycles de gel et dégel sollicitent fortement le béton, jusqu’à la

fissuration.

Vase d’expansionBulle d’air

2. Quelques types de dégradations du matériau

Page 126: COURS MATERIAUX

Durabilité

Comment s'en prémunir et comment la prévoir

Limiter l’effet du Gel/Dégel !!

Utilisation d’adjuvants (Hydrofuges pour limiter l’absorption d’eau).

Utilisation d’entraîneurs d’air (vase d’expansion).

Réduction de la porosité dans le matériau.

Respecter les Normes pour avoir des matériaux de bonnes qualités

2. Quelques types de dégradations du matériau

Page 127: COURS MATERIAUX

Durabilité

2. Quelques types de dégradations du matériauDiagnostic de l’effet du Gel/Dégel• Tests Mécaniques

Technique basée sur la mesure de la baisse des résistances mécaniques.

• Evaluation du Facteur de Durabilité

• Évaluation visuelles de l’état du matériauExamen de la décohésion des particules et apparition de fissurations.

.100N

EEFD 0 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=

Technique basée sur la mesure du module d’élasticité dynamique (auscultation sonique).

E0 et E: Modules d’élasticité dynamique avant et après les cycles de gel/dégel.

N: Nombre des cycles de gel/dégel.

Page 128: COURS MATERIAUX

3. Exemples d’altérations des matériaux

Traces d’humidité Ecaillage

Micro-organismes

Cloquages

Durabilité

Page 129: COURS MATERIAUX

Conclusion

ConclusionsL’objectif de ce cours est, dans un premier temps, un rappel sur les matériaux utilisés en construction ainsi que les différents constituants employés pour leur fabrication. Le principe de fabrication, les propriétés principales des matériaux et les applications en fonction de leurs propriétés ont été rapportés.

Dans un deuxième, l’objectif était de renforcer quelques connaissances sur la durabilité des matériaux de construction ainsi que leur dégradation dans le temps. Il s’agissait de faire une synthèse globale sur les Facteurs de Durabilité, avec une prise en compte des conditions environnementales intervenant dans les phénomènes de dégradation.