Introduction aux Technologies du Béton (Concrete Technology)

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Fabien Favreau
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1 Introduction aux Technologies du Béton (Concrete Technology)

2 Quelques définitions Un béton Granulats + colle = béton si > 4 mm mortier si < 4 mm Pâte de ciment = eau + ciment Mortier = eau + ciment + sable Béton = eau + ciment + sable + granulats

3 La vie d un béton MALAXAGE 0 à 3-5hrs Fluide ouvrable PRISE 3-5hrs à 28+j durcissement Vie en service durabilité

4 Développement de la résistance x2 x2 peu continuer d'augmenter pendant des années si l'eau est disponible 1 jour 3 jour 28 jours temps de décoffrage temps de référence pour les résistances

5 Constituants: air (vides) eau adjuvants (éventuel) ciment pâte de ciment colle sable granulats gravier, roches concassées squelette

7 2 niveaux de microstructure pâte de ciment squelette granulaire ~60-70% vol. colle ~40-30% vol. pâte de ciment Au départ Grains de ciment ~30-50% vol. L'eau ~70-50% vol.

8 Hydratation transformation de pâte fluide en solide rigide Grain de ciment eau hydrates

9 Rôle de l eau Anhydres + eau hydrates L'eau est combinée dans les hydrates L'hydratation continue seulement s'il y a de l'eau disponible.

10 Hydratation Augmentation de volume solide 1 vol. ciment ~ 2 vols hydrate La quantité d'eau ajoutée, relative au ciment est exprimée en rapport e/c en poids Si e/c = 0.5, quel est le volume de ciment dans le mélange de départ? (la densité de ciment ~ 3 g/cm 3 ) Quel est le volume de solide après hydratation?

11 La pâte de ciment Rapport e/c e/c bas ex. 0.3 Vol. ciment ~ 50% e/c moyen ex Vol. ciment ~ 40% e/c élevé ex. 0.6 Vol. ciment ~ 35% La quantité d eau ajoutée contrôle l espacement des grains de ciment

12 Un béton est composé de: un squelette, les granulats une colle, les pâtes de ciment la liaison (l interface) entre les deux Sa qualité dépend de la qualité de tous les trois.

13 Les granulats: Les granulats sont nettement moins chers que le ciment (~5x) Mais on ne peut pas faire une pâte de ciment dans une large section sans qu elle se fissure Les granulats limitent la longueur des fissures: plus de fissures, mais plus fines et plus courtes

14 Squelette granulaire On veut minimiser la quantité de pâte du ciment: plus économique moins de phase dans laquelle l eau peut pénétrer moins de chaleur dégagée moins de retrait mais la pâte de ciment doit remplir les espaces entre les granulats: et fluidifier le béton pendant le malaxage et la mise en place

15 Empilement plus efficace avec une distribution des tailles: Les petits peuvent remplir les espaces entre les grands (connu pars les romains )

18 La taille maximum des granulats est déterminée par la taille de la pièce de béton Le diamètre maximum doit être moins de un cinquième de la taille de la pièce Ex. mur du 150 mm, taille max ~30 mm

21 La forme des granulats granulats roulés forme sphériques aplatis / allongés cubiques aplatis / allongés angularité état de surface arrondis lisses anguleux rugueux besoin en eau ouvrabilité aptitude au compactage croissant décroissant

22 2 niveaux de microstructure pâte de ciment squelette granulaire ~60-70% vol. colle ~40-30% vol. pâte de ciment Au départ Grains de ciment ~30-50% vol. L'eau ~70-50% vol.

23 résistance ~90 MPa béton haute résistance La résistance mécanique et la plupart des autres propriétés sont gouvernées (en 1er dégré) par la quantité d eau ajoutée ~40 MPa béton normal ~10 MPa mauvais béton eau/ciment

24 La pâte de ciment doit remplir les espaces entre les granulats Granulats ~70% (60-80) Quand le e/c, il faut augmenter «le dosage en ciment» pour garder le même volume de pâte qui donne la fluidité du béton Pâte du ciment ~ 30% eau ciment Normalement les formulations de béton sont exprimées en poids pour faire 1m 3

25 Sortes de beton utilisé en Swiss Most used in buildings ~60% of market

26 Ouvrabilité Capacité à remplir les formes à se compacter fluidité La présence des granulats empêche l utilisation de la plupart des équipements conçus pour caractériser la rhéologie des autres fluides Besoin de tests robustes qui peuvent être utilisés sur les chantiers

27 Slump test (essai d affaissement) 10 cm s 30 cm 20 cm s [mm] Classe selon SN EN consistance 10 à 40 S1 ferme 50 à 90 S2 plastique 100 à 150 S3 molle 160 à 210 S4 très molle Essai pas recommandé pour s 220 mm (fluide)

29 What is wrong with this picture!

30 Essai de compactabilité (Walz) [mm] Indice de serrage : c = (400 ± 2) mm (400 ± 2) mm s c [-] Classe selon SN EN consistance 1.45 à 1.26 C1 ferme 1.25 à 1.11 C2 plastique 1.10 à 1.04 C3 molle Essai pas recommandé pour c 1.46 (raide) et 1.03 (très molle/fluide)

31 Essai d étalement (à la table à chocs) 15 x d Etalement : d 1 + d f = 2 2 [mm] f [mm] Classe selon SN EN consistance 350 à 410 F2 plastique 420 à 480 F3 molle 490 à 550 F4 très molle 560 à 620 F5 fluide Essai pas recommandé pour f 340 mm (raide/ferme) et 630 mm (très fluide -> SCC)

32 Essai Slump-Flow (pour bétons autoplaçants / SCC) SF Source: Guide pratique Holcim Etalement : [mm] SF [mm] Classe selon SN EN Remarque 550 à 650 SF1 Risque de désaération insuffisante 660 à 750 SF2 760 à 850 SF3 Risque de ségrégation

33 Quelle consistance pour quel moyen de mise en place Utilisation conseillée: bleu foncé / utilisation possible: bleu moyen (source: Guide pratique Holcim)

34 À éviter pour un bon béton: Ressuage - (bleeding) Emergence d une couche d eau en surface

35 À éviter pour un bon béton: Ressuage - (bleeding) Emergence d une couche d eau en surface

36 bleeding

37 ségrégation

38 Le ressuage et la ségrégation peuvent être évités avec une bonne formulation du béton: bonne granulométrie du squelette granulats bon dosage en ciment bon rapport e/c

39 La prise Pâte fluide Solide rigide La transition n est pas franche la définition de la prise est un peu arbitraire

40 Le test classique: Aiguille «Vicat» F Résistance à la pénétration (psi) Initial set Final set Temps (min). 420

41 La prise Avec des méthodes plus précises, il semble que la prise corresponde au point de formation d un squelette solide continu.

42 Un peu de pratique!

43 EPFL Learning Centre Images Alain Herzog include=view_album.php&file=index&name=galler y&op=modload&set_albumname=albup82

44 Alain Herzog

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54 Résumé / questions 1. Quelle est la différence entre le béton et le mortier? 2. Pourquoi met-on des granulats dans le béton? 3. Pourquoi utilise-t-on des granulats de tailles différentes? 4. Pourquoi utilise-t-on des mélanges continus des granulats? 5. Quelle est l importance du rapport eau / ciment? 6. Quel processus amène le durcissement du béton? 7. Qu est-ce que la prise? Comment la mesurer? 8. Si le rapport e/c diminue, comment faut-il changer le dosage en ciment? 9. Quels paramètres de formulation influence le «slump» du béton? 10.Quel est le moyen le plus utilisé pour compacter le béton?

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