Influence des additions minérales sur les propriétés à l état durci des bétons ordinaires à base de matériaux locaux

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1 Influence des additions minérales sur les propriétés à l état durci des bétons ordinaires à base de matériaux locaux Z. Rahmouni 1, M.Belouadah 2, N.Tebbal 3 1 Université de M sila, Algérie, rahmouniz@yahoo.fr 2 Université de M sila, Algérie, sara_belw@yahoo.fr 3 Université de M sila, Algérie, tebbalnadia@yahoo.fr RÉSUMÉ. Le béton est composé d'un mélange de deux constituants essentiels : le granulat et la pâte. Le granulat se compose de sable et de gravier ou de pierre concassée. La pâte se compose de liants (ciment portland avec ou sans ajouts cimentaires), d eau et d air. La pâte, agissant comme une colle, durcit et forme une masse qui, du fait de la réaction chimique du ciment et de l'eau (hydratation), prend la consistance de la roche, pour former ce qu on appelle le béton. Les adjuvants et les additions servent à amélioré certaines caractéristiques du béton frais ou durci. Pour notre cas pratique, nous avons opté pour un ajout cimentaire bien distinct en l'occurrence la poudre de marbre qui est une matière première locale, recyclée, disponible, n'est pas chère et facile à broyer Le but de notre travail est de donner une valeur ajoutée aux poudres minérales (poudre de marbre) dans des bétons de qualité. Plusieurs paramètres sont pris en considération dans cette étude, à savoir : L effet des fillers. L effet de l adjuvant et le rapport E/C, pour aboutir à la confection d un béton à base de matériaux locaux caractérisé par une bonne résistance, une porosité minimale et une durabilité acceptable. MOTS-CLÉS. Bétons ordinaires, fillers poudre de marbre, adjuvant, porosité, résistance mécanique. ABSTRACT. Concrete is composed of a mixture of two essential components: the aggregate and the dough. The aggregate consists of sand and gravel or crushed stone and mostly mineral additives. The paste consists of binders (Portland cement with or without SCMs), water and air. The paste, acting as a glue, hardens and forms a mass which, because of the chemical reaction of cement and water (hydration), takes on the consistency of the rock to form the so-called concrete. For our case study, we opted for a supplementary cementing material distinct in this case the marble powder, which is a local raw material, recycled, available, is inexpensive and easy to grind. The aim of our work is to give value to mineral powders (powdered marble) in quality concrete. This approach is based on the material properties and its effect on the properties of hardened concrete strength porosity, several parameters are considered, namely: The effect of filler, the effect of adjuvant and w/c, leading to the production of concrete local materials characterized by good strength, porosity and minimum acceptable durability. KEYS WORDS. Ordinary concretes, marble powder fillers, adjuvant, Strength, porosity, durability.

2 XXX e Rencontres AUGC-IBPSA Chambéry, Savoie, 6 au 8 juin Introduction La formulation des bétons qui, pendant très longtemps, a reposé sur une simple association ternaire ciment, eau et granulats, s est progressivement compliquée au point qu un béton actuel comporte de façon courante cinq constituants: ciment, eau, granulats, additions minérales et adjuvants. Cet accroissement du nombre de constituants est, d un point de vue pratique, très avantageux car il conduit, généralement, à l amélioration très significative des performances mécaniques, physiques et durabilités des bétons. L incorporation des additions minérales est maintenant une technique importante en améliorant les propriétés du béton telle que la fluidité, la résistance, la durabilité, etc. ces additions minérales affectent de manière significative la rhéologie des matériaux cimentaires à l état frais, qui est directement relié avec le développement de la résistance, la durabilité des matériaux durcis. Néanmoins, pour profiter pleinement de ces avantages et ainsi choisir la meilleure solution permettant d optimiser la formulation, il est nécessaire de connaître les caractéristiques de ces nouveaux composants (additions minérales et adjuvants) et leurs actions sur les propriétés des bétons. Cette partie est consacrée à la formulation, du béton témoin (sans poudre de marbre) et autres bétons à base de différents dosages en poudre de marbre, et la caractérisation des bétons que se soit à l'état frais ou durci. Tous les bétons sont formulés sans utilisation d'adjuvant. Cette étude s inscrit dans cette optique et porte sur l influence du taux de substitution et de la nature des additions minérales sur la porosité, les résistances mécaniques des bétons à l état durci à différentes échéances. L'addition minérale utilisée est la poudre de marbre naturelle qui se trouve en quantités considérables dans l'ouest algérien et qu'il faut nécessairement valoriser. Pour cela nous avons confectionné trois bétons à base de marbre (5, 7.5 et 10 %). Les résultats obtenus seront exploités pour proposer des abaques et des méthodes de mise en œuvre pour l utilisation des matériaux locaux en tenant compte de l environnement local. 2. Matériaux utilisés 2.1. Ciment Le ciment utilisé pour la confection des bétons est un CPJ CEM II Il a une surface spécifique Blaine de 4120 cm²/g et une densité de 3,1 g/cm3. Les compositions chimique et minéralogique du ciment sont données aux tableaux 1et 2.

3 Influence des additions minérales sur les propriétés des bétons à l état durci 3 Tableau 1. La composition chimique du CPJ42, 5 Oxyde SiO 2 Al 2 O 3 CaO Fe 2 O 3 MgO SO 3 Na 2 O Teneur (%) Tableau 2. Les caractéristiques minéralogiques du ciment CPJ 42.5 C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF Eléments 3CaOSiO 2 2CaOSiO 2 3CaAl 2 O 3 4CaOAl 2 O 3 Fe 2 O 3 Teneur% Les granulats Le sable utilisé est un sable d origine éolienne provenant de l oued (Maîtar) près de la ville de Boussaâda. Les graviers utilisés pour le béton, sont obtenus par concassage des roches de la carrière COSIDER située à 25 km de M sila en allant vers B.B.A. La réparation granulaire des granulats, établie selon la norme NF P18-560, est présentée par des courbes de la figure1. Les propriétés physiques du granulat utilisé sont regroupées dans le tableau 3 Tableau 3. Les caractéristiques des granulats Caractéristiques Unité Sable Gravillon Gravier Masse volumique Kg /m apparente Masse volumique Kg /m absolue d/d - 0/5 3/8 8/15 Module de finesse Equivalent de sable %

4 XXX e Rencontres AUGC-IBPSA Chambéry, Savoie, 6 au 8 juin Figure 1. La courbe granulométrique 2.3. Le super plastifiant Le MEDAFLOW RE25 est un super plastifiant haut réducteur d eau, il est conçu à base de polymère de synthèse et son utilisation dans le béton permet l obtention d un rapport E/C très bas. Ses caractéristiques sont regroupées dans le Tableau 4 Tableau 4. Caractéristique du super plastifiant MEDAFLOW RE 25 Teneur en Extrait Forme Couleur PH Densité chlore sec liquide ocre clair ±0.01 < 1g/l 25% 2.4. Les fillers Les caractéristiques physiques et chimiques de la poudre de marbre utilisée sont représentées dans les tableaux 5 et 6. Tableau 5. Les caractéristiques physiques du marbre Caractéristique Poudre <80µm Nature pétrographique Calcaire microcristallin structure couleur Mv kg/m 3 Surface spécifique cm 2 /g Microcristalline blanche

5 Influence des additions minérales sur les propriétés des bétons à l état durci 5 Tableau 6. La composition chimique de la Poudre de marbre Oxyde SiO 2 Ca0 MgO Fe 2 O 3 Al 2 O 3 Na 2 O 3 K 2 O So 3 Perte au feu L eau de gâchage L eau de gâchage utilisé est une eau de robinet. 3. Étude expérimentale La méthode utilisée pour la formulation des bétons est celle de DREUX. Nous avons opté à une substitution d'une partie de ciment par une autre de poudre de marbre selon les dosages suivants : Béton témoin (sans poudre du marbre) Béton à 5% de la poudre de marbre _ 80µm Béton à 7.5% de la poudre de marbre _ 80µm Béton à 10% de la poudre de marbre _ 80µm Tableau 7. Composition du béton avec adjuvant, et du béton avec ajout Béton Ciment kg/m 3 Eau kg/m 3 Composition du béton Sable G 3/8 G 8/16 - kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 Fluidité E/C BT BF5% BF7.5% BF10% %BF5% %BF7.5% %BF10%

6 XXX e Rencontres AUGC-IBPSA Chambéry, Savoie, 6 au 8 juin Performance mécanique Des éprouvettes 10x10x10 cm 3 sont conservées dans l'eau à une température de 20 à 23 C jusqu'à 28 jours. Des essais d écrasement ont été réalisés aux âges (7, 28 et 90j. La résistance est calculée selon la formule : Rc = Fc / S [1] 3.2. Performances de durabilité La porosité est un facteur qui influence plusieurs caractéristiques de matériaux à base de ciment. Elle régit notamment la résistance et la perméabilité, facteurs primordiaux dans l évaluation de la durabilité. L objectif est de déterminer le pourcentage du volume des pores internes sur l interconnexion des pores. La méthode utilisée est celle de la norme (ASTMC642). Son avantage réside dans sa simplicité et le peu de moyens nécessaires à son utilisation. 4. Discutions des résultats 4.1. La fluidité en fonction de type de béton Les résultats de la variation de type du béton en fonction du rapport E/C sont illustrés graphiquement sur la figure 2. On remarque que le rapport E/C des bétons de fillers est presque stable dans les trois types de béton avec de poudre de marbre par rapport au béton témoin. Le rapport E/C diminue en fonction de pourcentage de l adjuvant utilisé. Figure 2. La fluidité du béton adjuvanté à 2% avec de poudre de marbre La résistance à la compression A partir des résultats obtenus, on remarque une grande perturbation dans la

7 Influence des additions minérales sur les propriétés des bétons à l état durci 7 résistance [une augmentation de la résistance à la compression pour le 0BF7.5% et une diminution de résistance pour le 0BF10%]. Cette variation se stabilise et devient presque la même pour tout les bétons à partir de 14 ème jours. On remarque aussi que le 0BF10 n atteint pas la résistance souhaitée. Dans les 7 premiers jours la résistance à la compression atteint presque 70% de la résistance a 28 jours du béton témoin. Le résultat obtenu indique que la formulation (2%BF7.5%) donne la meilleure résistance à la compression, alors que la formulation (0BF5%) donne une résistance plus forte que les bétons avec des pourcentages de 7.5% et 10%. Le béton avec (2%BF5%) se stabilise mieux que les formulations (2%BF7.5%) et (2%BF10%). Les trois types de béton atteignent une résistance plus élevée par rapport au béton témoin. L adjuvant utilisé est un accélérateur de durcissement où la résistance à 28 jours du béton (témoin) peut être atteinte dès la première semaine, ce qui permet pratiquement de faire un décoffrage précoce, c est un avantage très importe de cet adjuvant. Figure 3. L effet du filler sur la résistance mécanique du béton adjuvanté à 2%.

8 XXX e Rencontres AUGC-IBPSA Chambéry, Savoie, 6 au 8 juin L essai de la porosité Figure 4a. L effet de la porosité en fonction de l âge du béton non adjuvanté. Figure 4b. L effet de la porosité en fonction de l âge du béton adjuvanté. Les résultats présentés sur les figures 4a et 4b, montrent la variation de la porosité en fonction de temps (paramètre dosage en marbre). On remarque que la porosité du BT et les bétons de fillers de marbre diminue en fonction de l âge. Par exemple La porosité du BT à diminuer de 47.74% à 28j par rapport à 14j, alors que la porosité du 0BF5% à diminuer de 43.37% à 28j par rapport à 14j. - La porosité du 0BF7.5% diminue de 26.45% à 28j par rapport à 14j.

9 Influence des additions minérales sur les propriétés des bétons à l état durci 9 - La porosité du 0BF10% diminue de 24.23% à 28j par rapport à 14j. La figure 4b montre aussi que, la porosité de 2%d adjuvant avec 5% de filler de marbre diminue de 47.65% à 28j par rapport à 14j. Alors que pour le 2%BF7.5% on remarque une diminution de porosité de à 28j par rapport à 14j. La porosité de 2%BF10% diminue de 41.52% à 28j. Dans le béton avec adjuvant la diminution de la porosité est remarquable dans tous les types de béton. 5. Conclusion Les résultats obtenus dans cette étude nous ont permis d aboutir aux conclusions suivantes : On peut dire que la porosité diminue en fonction de l augmentation du pourcentage de fillers et diminue aussi en fonction de l augmentation du pourcentage d adjuvant (super-plastifiant) qui ne dépasse pas 4% de la masse de ciment. La formulation (0BF5%) donne un béton de bonne résistance que les autres formulations qui subisse une augmentation puis une diminution de résistance avant de se stabiliser à la résistance souhaitée. La résistance du béton à la traction par flexion de la formulation (0BF10%) est plus faible par rapport aux autres formulations. L adjuvant utilisé réduit la porosité du béton, cette réduction est engendrée par une augmentation de la résistance. L utilisation de filler de marbre et de l adjuvant réduit la quantité de l eau de gâchage et améliore l ouvrabilité du béton. 6. Référence bibliographique [BAR 99] Baron J. et J.P. Olivier " les bétons : bases et données pour leur formulations Edition, Eyrolles- Paris [BAR 92] Jacques BARON, Jean-Pierre OLLIVIER, «Introduction à la durabilité du béton», la durabilité des bétons, Presses de l école nationale des Ponts et chaussées, ISBN Paris [DUV 92] R. Duval «La durabilité des bétons vis à vis des eaux agressives»-la durabilité Des bétons, Presse de l école nationale de ponts chaussés, 1992, ISBN/ [GEO 92] George DREUX, Jean FESTA, «Nouveau guide du béton et ses constituants», Edition Eyrolles, Huitième édition, ISNB , Paris 1992.

10 XXX e Rencontres AUGC-IBPSA Chambéry, Savoie, 6 au 8 juin [TAR 03] S. Targan, A. Olgun, Y. Erdogan and V. Sevinc «Influence on natural pozzolan, colematite ore waste, bottom ash and fly ash on the properties of Portland cement " Cement and Concrete Research, Vol 33, pp