1.3. Sources de matières premières entrant dans la fabrication du ciment portland (Association Canadienne du Ciment Portland (ACCP))

Transcription

1 Figure 1.2 Sources de matières premières entrant dans la fabrication du ciment portland (Association Canadienne du Ciment Portland (ACCP)) Figure 1.3 Four rotatif d une cimenterie moderne (ACCP) On fabrique différents types de ciment portland, ayant des caractéristiques physiques et chimiques distinctes qui répondent à des besoins bien précis : Type 10, ciment portland normal (figure 1.1). Le ciment portland normal est le ciment à tout faire. Il convient à tous les usages où l'on n'a pas besoin des propriétés des autres ciments. On l'utilise pour construire des pavages et des trottoirs, des ponts, des édifices en béton armé. Type 20, ciment portland modéré. Il dégage une moins forte chaleur d'hydratation (réaction chimique au contact de l'eau), et son hydratation est plus lente que celle du type 10, en raison de sa mouture plus grosse. Son utilisation diminue l'élévation excessive de température dans les éléments massifs ou lorsque le béton est mis en place par temps chaud. Type 30, ciment portland à haute résistance initiale. Il permet d'obtenir de hautes performances en moins de temps que les autres ciments (sa mouture est plus fine que celle du type 10). On l'utilise quand il faut faire le décoffrage le plus tôt possible. Par temps froid, son utilisation permet de réduire la période de cure (temps de mûrissement, de durcissement). Le mélange Le béton est un matériau incombustible; il est composé de ciment, de granulats (sable, gravier, pierres concassées) et d'eau. La plupart du temps, il comprendra aussi des adjuvants (additifs); nous en parlerons plus loin. La réaction chimique (hydratation) qui se produit entre le ciment et l'eau fait durcir la pâte, jusqu'à ce qu'elle prenne la consistance de la pierre. 1.3

2 Chapitre 1 Le béton Les granulats sont ajoutés au mélange; ils sont liés par la pâte et donnent une résistance au béton, que le ciment seul n'a pas. Ils constituent une proportion de 60 % à 75 % du mélange. Les granulats se divisent en deux groupes : les fins et les gros. Les granulats fins comprennent les sables naturels ou manufacturés, dont le diamètre peut atteindre 5 mm; tandis que les gros granulats auront habituellement des diamètres de 10 mm, 14 mm ou 20 mm. Les granulats, qu ils soient gros ou petits, doivent être présents dans une proportion adéquate pour obtenir un mélange de béton économique. Il est aisé de concevoir que, si les proportions sont exactes, les petits granulats occuperont l'espace laissé par les gros et que la pâte de ciment occupera celui laissé par les petits granulats, formant ainsi un bon béton (figures 1.4 et 1.5). Figure 1.4 Taille des granulats et vides (ACCP) Figure 1.5 Vue en coupe (ACCP) Coupe d'un morceau de béton durci. La pâte enrobe complètement chaque particule et comble tous les espaces entre les granulats. Propreté des granulats et de l eau Les granulats doivent être propres de façon à obtenir une bonne adhésion entre la pâte et ceux-ci. Ils devront être aussi résistants que la pâte, une fois celle-ci durcie. Il est recommandé d'utiliser une eau potable, parce qu'il a été prouvé en laboratoire que l'utilisation d'une eau malpropre diminue les qualités du béton. Mélanges typiques La pâte de ciment occupe généralement de 25 % à 40 % du volume total du mélange. Comme le montre la figure 1.6, le volume absolu du ciment se situe habituellement entre 7 % et 15 %, et celui de l'eau, entre 14 % et 21 %. Dans les bétons à air entraîné, la quantité d'air peut atteindre 8 % du volume du béton. On dira qu'un béton est «riche» s'il contient beaucoup de ciment et qu il est «pauvre» ou «maigre» s'il en contient peu. On ne peut ajouter indéfiniment du ciment, en pensant augmenter sa résistance à la compression. 1.4

3 Figure 1.6 Proportion des matériaux (ACCP) Figure 1.7 Mesure de la résistance en MPa 1 MPa : 1 méga Pascal le poids de l eau divisé par le poids du ciment. Ainsi un mélange qui contient 168 kg d eau et 336 kg de ciment a un rapport eau/ciment de 0.5 : 168/336 = 0.5. Si l on réduit la quantité d eau à 135 kg, on aura un rapport eau/ciment de 0.4. La figure 1.9 donne les résistances en compression du béton à différents âges ayant différents rapports eau/ciment. On remarquera que les résistances augmentent au fur et à mesure que le rapport eau/ciment diminue et que l âge du béton augmente. Ainsi, moins on utilise d'eau, en respectant toutefois le minimum requis, plus la qualité du béton s'accroît, à condition qu'il puisse être mis en place et consolidé (compacté) convenablement. Figure 1.9 Résistance du béton en fonction du rapport eau/ciment et de l âge (ACCP) méga = MPa = 1 million de Pascal 1 Pa = 1 Pascal = 1 N/m = 1 Newton par mètre carré 1 MPa est aussi égal à 1 million de Newton par mètre carré Figure 1.8 Mesure de la résistance en lb/po 2 Facteur de conversion du MPa en livres/pouce carré 1 MPa = lb/po 2 MPa lb/po La résistance est mesurée en MPa (mégapascal) (figure 1.7). L équivalence en mesure impériale peut rendre la compréhension plus facile : la résistance en compression est alors mesurée en livres par pouce carré (figure 1.8). La résistance à la compression du béton est surtout fonction du rapport eau/ciment et des conditions de cure. Le rapport eau/ciment est établi ainsi : 1.5

4 Chapitre 1 Le béton On a longtemps préparé le béton en se servant de la formule de volume : 1 portion de ciment, 2 de sable, 4 de pierres concassées. La méthode actuelle des masses (poids) est plus précise et permet de tenir compte de l'humidité des matériaux. La figure 1.10 fournit deux exemples de mélange : l un utilisant la méthode des masses et l'autre, celle des volumes. Les recherches font que le béton est un matériau en continuelle évolution, voici quelques exemples de bétons disponibles sur le marché : isolant, léger, lourd, haute performance (150 MPa.), etc. Figure 1.10 Mélanges de béton (Ciment Québec) Le poids du béton La masse volumique du béton varie en fonction de la densité relative des granulats, des quantités d'air entraîné, du contenu en eau et ciment (figure 1.11). Le béton qu'on utilise généralement pour les pavages, les bâtiments et les autres structures a une masse volumique moyenne de kg/m 3. Le poids équivalent en mesure impériale est de 150 lb/pi 3 ou de lb/v 3. Lors de la fabrication des coffrages, le facteur le plus important à considérer est le poids du béton. Celui-ci exerce une pression sur les parois à la manière d'une colonne d'eau (figure 1.12). La pression sera donc plus forte au bas du coffrage : il doit résister au poids de tout le béton additionné en hauteur. 1.6

5 Figure 1.11 Masse volumique moyenne du béton frais kg/m 3 (ACCP) Figure 1.12 Pression du béton sur les parois Les adjuvants Les adjuvants sont les ingrédients autres que le ciment portland, l eau et les granulats (sable, pierre concassée) que l on ajoute au mélange immédiatement avant ou pendant le malaxage. Pour donner certaines qualités au béton, des adjuvants seront ajoutés à celui-ci. Par exemple, on ajoute presque toujours un agent entraîneur d'air : il s'agit d'un liquide. Cet agent entraîneur d'air provoque la formation d'une multitude de bulles d'air microscopiques, à la manière d'un liquide à vaisselle ou d'une eau gazeuse (figure 1.13). La raison principale de son emploi est l'amélioration de la durabilité du béton exposé à l'humidité et aux cycles de gel et de dégel (expansion et rétraction). En effet, l'expansion du volume d'eau provoquée par le gel est absorbée par les bulles d'air du béton; ces dernières fournissent à l'eau des chambres d'expansion et contribuent ainsi à dissiper les forces de pression (figure 1.14). Figure 1.13 Vue en coupe (ACCP) Vue en coupe au microscope d'un échantillon poli de béton à air entraîné. 1.7