L influence du taux de fibres de polypropylène sur les caractéristiques des bétons de sable

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1 L influence du taux de fibres de polypropylène sur les caractéristiques des bétons de sable MELAIS FZ *, ACHOURA D 1 Laboratoire Génie Civil, Université d Annaba, BP 12, 23 Annaba, Algérie RESUME : Les différents types de fibres sont exclusivement utilisés pour renforcer et améliorer certaines caractéristiques du béton frais et durci. Les fibres utilisées dans notre étude sont conçues et fabriquées à base de polypropylène et ayant fait l objet d un traitement particulier. L'étude expérimentale décrit l influence du taux de fibres de polypropylènes sur les propriétés physico- mécaniques des bétons de sable formulées à la base de la théorie de compacité optimale. Les résultats obtenus à partir de cette recherche montrent que l incorporation de fibres dans les bétons de sable n affecte pas de façon significative les caractéristiques du béton frais (maniabilité et densité). A l état durci l incorporation de ce type de fibres dans les bétons de sable est bénéfique pour l amélioration de la ductilité et de la résistance à la traction par flexion, les meilleurs résultats sont obtenus avec un taux de fibres de 6 g/1m 3. Mots clés : Béton de sable fibre de polypropylène maniabilité densité résistance mécanique. 1. Introduction : Les bétons de sable sont composés essentiellement de mélange en proportions convenables de sable (un ou plusieurs), de fines d ajout, de ciment et d eau. D autres additions peuvent être incorporées : adjuvants, fibres, gravillons, Nous appellerons fibre, tout matériau de forme élancée, dont le diamètre moyen est relativement petit, la plus part des fibres utilisées ont une longueur comprise entre 1 et 6 mm avec un élancement (rapport de la longueur sur le diamètre) de l ordre de 3 à 3. La forme de fibre est variable et contrôlée selon le comportement souhaité. Les performances mécaniques restent parmi les critères les plus utilisés pour le jugement de la qualité de ces bétons et pour leurs classifications, Plusieurs recherches ont été réalisées afin de réduire au maximum les inconvénients du béton de sable, d améliorer les performances mécaniques par : la correction de l étendue granulaire, le type et le dosage en fines d ajout, l addition des adjuvants, l addition des fibres, L objectif attendu de cette recherche est d effectuer une étude de caractérisation et du comportement mécanique des bétons de sable, cette recherche est basée sur l étude de l influence de taux de fibre de polypropylène sur le comportement physico-mécanique des bétons de sable. 2. Matériaux et procédure expérimentale 2.1. Matériaux Les sables Deux types de sable sont utilisés dans cette étude : sable fin siliceux de la région d Annaba et sable grossier de carrière de la région de Souk Ahras. Les caractéristiques physiques des sables d étude sont représentées dans le tableau 1et la composition granulométrique est représentée par figure 1. Tableau 1 : Les caractéristiques des sables Caractéristiques unité Sable de dune Sable de carrière Le module de finesse La masse volumique apparente g/cm La masse volumique absolue g/cm La porosité % la propreté (ES) % Rabat Maroc / Novembre 211 1

2 Le ciment et fines d ajout Figure 1. Courbes granulométriques des sables d étude Il s agit d un ciment portland composé CPJ-CEMII42,5 d origine de Hdjar-soud (Algérie) avec ajout de laitier granulé. Les fines d ajouts utilisés sont des fillers de laitier granulé obtenus par broyage au laboratoire du sous-produit de l industrie sidérurgique de haut fourneau d El- Hadjar. La composition chimique et les caractéristiques physiques sont représentées sur les tableaux 2 et 4. Tableau 2 : Composition chimique du ciment et des fines d ajout Matériaux Principaux constituants chimiques (%) CaO Al 2 O 3 SiO 2 Fe 2 O 3 MgO SO 3 P.A.F total Ciment laitier 39,2 8,98 38,9,85 9,59, Tableau 3 : Caractéristiques physiques du ciment et du laitier Caractéristiques unités ciment Laitier granulé Masse volumique apparente g/cm Masse volumique absolue g/cm Consistance normale % 29 - Début de prise H /min 2/ 34 - Finesse de mouture % Surface spécifique de Blaine cm²/g Résistance à la traction à 28jours MPa 7 - Résistance à la compression à 28jours MPa Les fibres Les fibres utilisées sont des fibres de polypropylène commercialisées par la société algérienne «GRANITEX», de longueur de12mm, de densité égale.9g/cm 3, d un point de fusion d environ 15, de module de Young de 3KN/mm 2 et d une aire de section égale 3 microns Les adjuvants L adjuvant utilisé est superplastifiant hautement réducteur d'eau fabriqué par la société Algérienne Granitex commercialisé sous l appellation MEDAPLAST SP 4, de forme liquide ; de couleur marron ; d un ph égal à 8,2, de densité 1,2 ±,1 et d une teneur en chlore< 1g/L. Rabat Maroc / Novembre 211 2

3 2.2. Procédure expérimentale La caractérisation mécanique est obtenue en exploitant les mesures de résistance flexion et en compression sur des éprouvettes 4x4x16 cm 3 conformes à la norme NF et NF EN196. La préparation des éprouvettes est réalisée selon la norme NF P Le malaxage est réalisé à l aide d une bétonnière dont la durée de malaxage totale est de 3 minutes. La vibration a été réalisée sur une table vibrante à amplitude de vibration réglable. La durée de vibration est secondes. Après 24 heures de conservation en salle humide, les éprouvettes sont conservées en humidité saturante (température ambiante, Humidité=1%). 3. Formulation des bétons de sable fibré : L approche théorique de SABLOCRETE ajustée expérimentalement est utilisée pour la formulation des mélanges des bétons de sable cette recherche. Le tableau 4 rassemble la composition de ces mélanges. Tableau 4 : formulation des bétons de sable fibré Bétons dosages en constituants (Kg/m 3 ) De Ciment Eau Sable de Sable de Filler SP fibre E/C E/(C+F) sable dune carrière BS T BS F BS F BS F BS F BS T: béton de sable témoin BS F 1 : béton de sable fibrés avec 2g/m 3 BS F 2 : béton de sable fibrés avec 6g/m 3 BS F 3 : béton de sable fibrés avec 1g/m 3 BS F 4 : béton de sable fibrés avec 14g/m 3 4. Résultats et discussion a. L influence de taux de fibre sur l ouvrabilité et la compacité du béton frais Figure 2 : Variation de la maniabilité des bétons selon le taux de fibrage Rabat Maroc / Novembre 211 3

4 La maniabilité caractérisée par l affaissement n est pas affectée considérablement par l ajout et l augmentation du taux de fibres. Une légère différence a été constatée comme il est présenté aux niveaux de la figure 2. Figure 3 : Variation de la densité des bétons selon le taux de fibrage Par l ajout des fibres au béton de sable et par comparaison avec le béton témoin, on peut remarquer que la densité la plus importante est obtenue avec les taux de fibres 2 et 14g/m 3 (BSF1, BSF 4) donne aussi une valeur supérieure à celle de BST. 2,25 2,5 1,75 1,25 1,5 2,75,25,5 1 b. L influence de taux des fibres sur la densité et la résistance mécanique des bétons à l état durci 2,23 2,17 2,27 2,21 2,3 2,25 2,15 2,7 2,1 2,19 2,1 1,75 2 1,5 1,25,75 1,5 BST BSF BSF BSF BSF, BST BSF 1 BSF 2 BSF 3 BSF 4 La densité des bétons durcis humide La densité des bétons durcis sec Figure 4: Influence de taux de fibre sur les densités des bétons de sable fibrés Une légère variation des densités a été enregistrée pour les différents dosages en fibres donc l effet du taux de fibres sur les densités à l état humide et sec est négligeable. Résistace à la compéssion 4 3 (Mpa) 2 1 jours 2 jours14 jours28jours Age d'écrasement BST BSF1 BSF2 BSF3 BSF4 Résistance à 12, 1, 8, 6, 4, 2,, traction (Mp ) jours 2 jours 7 jours 28 Age d'écrasement jours BST BSF 1 BSF 2 BSF 3 BSF 4 Figure 5 : Influence de taux de fibre sur la résistance à la compression el la traction par flexion des bétons de sable fibré. Rabat Maroc / Novembre 211 4

5 Les meilleurs résultats obtenus en compression et en traction par flexion sont ceux avec des taux de fibre de 6 g/m 3. On peu conclure que la formulation optimale des bétons de sable fibré est celle avec 6 g/m 3. c. Le mode de rupture et ductilité des bétons de sable fibrés Béton témoin BSF avec 2 g/m 3 BSF avec 6 g/m 3 BSF avec 1 g/m 3 BSF avec 12 g/m 3 La comparaison du mode de rupture du béton de sable témoin et celui des bétons de sable fibrés illustrée par les photos montre clairement et sans doute que ces derniers possèdent un caractère ductile lors de la rupture, cela veut dire que l éprouvette reste, après la rupture, attachée par les fibres de polypropylène et aucun éclat n a été observé. Cela présente un avantage majeur pour la stabilité des éléments porteurs et des structures en béton de sable. 5. Conclusion : Cette étude a mis en évidence le rôle et l influence du taux de fibrage sur les caractéristiques des bétons de sable. L incorporation des fibres dans les bétons de sable est bénéfique pour l amélioration de la ductilité de ces matériaux. Les résultats obtenus montrent que cette incorporation n affecte pas les caractéristiques des bétons frais. L étude montre que les résistances mécaniques sont influencées par la nature des granulats. L incorporation des fibres de polypropylène dans la composition des bétons de sable n influe pas sur la résistance à la compression. Le renforcement du béton de sable avec un taux de 6g/m 3 améliore la résistance à la traction par flexion. Références bibliographique [1] : SABLOCRETE «béton de sable : caractéristiques et pratiques d utilisation» presses de l école nationale des ponts et chaussées (France) 23pp, [2] ACHOURA Djamel «contribution a l étude de la formulation et de la caractérisation des béton de sable à base de laitiers de hauts fourneaux d EL-HADJAR», thèse de doctorat de Génie civil, 175P, 25. [3] BEN AMARA Dalila «formulation et comportement d un béton de sable de la région de Beskra renforce de fibre métallique» thèse de magister de génie civil, université de Annaba, 22. [4] Fiche technique CD3 constituant du béton ; fibre pour béton et mortier CIME béton (centre d information sur les ciments et ces applications) [5].J. Beaudoin «Béton renforcé de fibres» juillet 1982 [6] Machine Hsiea, Chijen Tua, P.S. Songb, Mechanical properties of polypropylene hybrid fiber-reinforced concrete, Materials Science and Engineering A 494 (28) Rabat Maroc / Novembre 211 5