Essais sur les Bétons Frais
Essais sur les Bétons Frais
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I.
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GENERALITES
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1 – Définitions :
§ Le Béton : est un matériau de construction
composite fabriqué à partir de granulats
(sable, gravillons) agglomérés par un liant.
Le liant peut être « hydraulique » (car
il fait prise par hydratation ; ce liant est couramment appelé ciment) ; on
obtient dans ce cas un béton de ciment couramment utilisé. On peut aussi
utiliser un liant hydrocarboné (bitume), ce qui
conduit à la fabrication du béton bitumineux. Le coulis est un mélange
très fluide de ciment et d'eau. Enfin, lorsque les agrégats utilisés avec le
liant hydraulique se réduisent à des sables, on parle
alors de mortier (sauf si l'on optimise la courbe
granulaire du sable et dans ce cas on parle de béton de sable). Le béton frais
associé à l'acier permet d'obtenir le béton armé qui est un matériau qui
résiste bien aux efforts de compression et aux efforts de traction.
L'eau a un double
rôle d'hydratation de la poudre de ciment et de facilitation de la mise en
œuvre (ouvrabilité). En l'absence d'adjuvant plastifiant, la quantité d'eau est
déterminée par la condition de mise en œuvre.
Remarque
- BFC
: bétonnage fabriqué sur chantier : 25 à
- BPE : béton prêt à l'emploi, bétonnage soigné en usine (préfabrication) : 40 à 60 MPa ;
- BHP : béton hautes performances : jusqu'à 200 MPa ;
- BUHP : béton ultra hautes performances, en laboratoire : 500 MPa.
- BFUHP : béton fibré à ultra hautes performances
La conductivité thermique couramment utilisée est de 1,75 W·m−1·K−1, à mi-chemin entre les matériaux métalliques et le bois.
2 – Formulation d'un béton
Le choix des proportions de chacun des constituants d'un béton afin d'obtenir les propriétés mécaniques et de mise en œuvre souhaitées s'appelle la formulation. Plusieurs méthodes de formulations existent, dont notamment :
- la méthode Baron ;
- la méthode Bolomey ;
- la méthode de Féret ;
- la méthode de Faury ;
- la méthode Dreux-Gorisse.
3 – Classification des bétons
Le béton utilisé dans le bâtiment, ainsi que dans
les travaux publics comprend plusieurs catégories.
En général le béton peut être classé en quatre
groupes, selon sa masse volumique ρ :
- béton très lourd : ρ > 2 500 kg/m3 ;
- béton lourd (béton courant) : ρ entre 1 800 et 2 500 kg/m3 ;
- béton léger : ρ = 500 à 1 800 kg/m3 ;
- béton très léger : ρ < 500 kg/m3.
- béton de ciment ;
- béton silicate (Chaux)
- béton de gypse (gypse) ;
- béton asphalte.
- les bétons renforcés de fibre (BRF) qui sont des bétons "classiques" qui contiennent des macro-fibres (diamètre ~1 mm) dans proportion volumique allant de 0 5% à 2% ;
- les bétons fibrés à ultra haute performance (BFUHP) qui sont des bétons (BUHP) qui contiennent des micro-fibres (diamètre > 50 μm ou un mélange de macro-fibres et de micro-fibres.
- Les bétons courants sont les plus utilisés, aussi bien dans le bâtiment qu'en travaux publics. Ils présentent une masse volumique de 2 300 kg/m3 environ. Ils peuvent être armés ou non, et lorsqu'ils sont très sollicités en flexion, précontraints.
- Les bétons lourds, dont les masses volumiques peuvent atteindre 6 000 kg/m3 servent, entre autres, pour la protection contre les rayons radioactifs.
- Les bétons de granulats légers, dont la résistance peut être élevée, sont employés dans le bâtiment, pour les plates-formes offshore ou les ponts.
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II.
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LES COMPOSANTS DU BETON
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1 – Les granulats
Définition
On appelle granulats un ensemble de grains destinés à être agglomérés par un liant et à former un agrégat.
1.1. Types des granulats
Les granulats utilisés pour le béton sont soit d'origine naturelle, soit artificiels.
o
Les granulats naturels
Origine minéralogique
Parmi les granulats naturels, les plus utilisés
pour le béton proviennent de roches sédimentaires siliceuses ou calcaires, de
roches métamorphiques telles que les quartz et quartzites, ou de roches
éruptives telles que les basaltes, les granites, les porphyres.
Granulats roulés et granulats
de carrières
Indépendamment de leur origine minéralogique, on
classe les granulats en deux catégories:
1. Les granulats alluvionnaires, dits roulés,
dont la forme a été acquise par l'érosion.
2. Les granulats de carrière sont obtenus par
abattage et concassage, ce qui leur donne des formes angulaires. Les granulats
concassés présentent des caractéristiques qui dépendent d'un grand nombre de
paramètres: origine de la roche, régularité du banc, degré de concassage … .
o
Les granulats artificiels
Sous-produits industriels,
concassés ou non
Les plus employés
sont le laitier cristallisé concassé et le laitier granulé de haut fourneau
obtenus par refroidissement à l'eau.
La masse volumique apparente est supérieure à 1 250 kg/m3 pour le laitier
cristallisé concassé, 800 kg/m3 pour le
granulé.
Ces granulats sont utilisés notamment dans les bétons routiers. Les différentes
caractéristiques des granulats de laitier et leurs spécifications font l'objet
des normes NF P 18-302 et 18-306.
Granulats allégés par
expansion ou frittage
Les plus usuels sont
l'argile ou le schiste expansé (norme NF P 18-309) et le laitier expansé (NF P
18-307). D'une masse volumique variable entre 400 et 800 kg/m3 selon le type et
la granularité, ils permettent de réaliser aussi bien des bétons de structure
que des bétons présentant une bonne isolation thermique. Les grains de poids
intéressants puisque les bétons réalisés ont une masse volumique comprise entre
1200 et 2000 kg/m3.
Les granulats très légers
Ils sont d'origine
aussi bien végétale et organique que minérale (bois, polystyrène expansé).
Très légers - 20 à 100 kg/m3 - ils permettent de réaliser des bétons de masse
volumique comprise entre 300 et 600 kg/m3.
On voit donc leur intérêt pour les bétons d'isolation, mais également pour la
réalisation d'éléments légers: blocs coffrant, blocs de remplissage, dalles, ou
rechargements sur planchers peu résistants.
2 – Les Ciments
2.1.
Les caractéristiques du ciment portland
2.1.1
La prise
La prise minimum
dépend de leur classe de résistance, suivant les normes, à la température de 20
ºC, la prise peut atteindre:1 h 30 pour les ciments de classes 35 et45.et 1 h
pour les ciments des classes 55 et HP. Pratiquement tous les ciments ont des
temps de prise largement supérieurs à ces valeurs minimales, l'ordre de
grandeur étant de 2 h 30 à 3 h pour la majorité des ciments.
2.1.2 Le durcissement
C’est la période qui
suit la prise et pendant laquelle se poursuit l’hydratation du ciment. Sa durée
se prolonge pendant des mois au cours desquels les résistances mécaniques
continuent à augmenter.
Comme le phénomène de
prise, le durcissement est sensible à la température, ce qui conduit notamment
en préfabrication, à chauffer les pièces pour lesquelles on désire avoir des
résistances élevées au bout de quelques heures.
Le graphique
ci-dessous montre le développement des résistances dans le temps des
constituants purs du ciment portland.
2.1.3 Le retrait
La pâte de ciment se
rétracte dans l'air sec (alors qu'au contraire elle gonfle dans l'eau), ce
phénomène se poursuivant dans le temps et ceci pendant des durées d'autant plus
longues que les pièces sont massives. C'est le retrait qui est cause des
fissures que l'on observe dans des pièces en béton.
En fait il existe
plusieurs types de retrait:
·
Le
retrait avant prise dû essentiellement à la
perte prématurée d'une partie de l'eau de gâchage par évaporation et dont
l'amplitude est de 2 à 4 mm/m pour les bétons.
2.1.4 Résistance à la compression
Les résistances
mécaniques des ciments sont déterminées par les essais sur mortier dit
"normal", à 28 jours d'âges en traction et en compression des
éprouvettes 4 x 4 x
2.1.5 Dosage du ciment et taille des granulats.
Le dosage minimum du ciment selon le diamètre maximal des granulats (D). La formule est donnée par les règles BAEL, DTU 21 est : où : k = 550 dans les cas usuels et k = 700 pour les ouvrages exposés à des conditions agressives et sévères ou pour le béton précontraint.
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