L'influence de la substitution des granulats naturels par les déchets de brique sur le comportement mécanique du béton

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1 ACMA Mai, 12 Fès, Maroc. L'influence de la substitution des granulats naturels par les déchets de brique sur le comportement mécanique du béton Azzeddine LAHMADI, Leila ZEGHICHI, Zied BENGHAZI Département de génie civil et d hydraulique, Faculté de Technologie, Université de M sila, B.P. 166, Ichbilia, M sila 28, Algérie. Résumé Le remplacement des matières naturelles par les déchets industriels ou de démolition a permis à la fois la réduction des stocks grandissants des matières rejetées par l industrie, les chantiers de réparation et de rénovation ainsi l élaboration d autres matériaux moins coûteux et pourquoi pas plus résistants. La fabrication des briques génère une quantité non négligeable de briques de mauvaise qualité (1 à 3%) qui est rejetée, la démolition des anciens bâtiments et les catastrophes naturelles comme les séismes génèrent aussi des quantités immenses des déchets de briques, qui restent sans utilisation. Cette étude propose des débouchés intéressants aux déchets de briques : c est leur utilisation en guise de granulats fins (sable) ou grossiers pour le béton. Cette substitution permet d améliorer la résistance du béton, de protéger l environnement et de réduire le coût des matériaux de construction. Les résultats de cette étude montrent que la substitution partielle des granulats naturels par les déchets de briques est bénéfique. 1. Introduction Les granulats forment le squelette du béton, ils occupent les 7% de son volume conditionnant ainsi ses propriétés à L état frais et durci. Les granulats naturels obtenus par criblage parfois avec concassage sont satisfaisants (calcaire dur et silicocalcaire). Les roches éruptives ou sédimentaires concassées conviennent également (quartzites, granites, etc.) [1]. Le recours aux granulats recyclés, déchets de démolition (brique concassée) et les déchets industriels (laitier granulé ou cristallisé), permet de formuler des bétons moins couteux et présentant des propriétés améliorées [2, 3]. Les granulats de briques concassées issus de produits de démolition ou de construction présentent un intérêt particulier, ils sont largement utilisés en Inde et au Bangladesh pour la confection des bétons, les performances de ces derniers sont satisfaisants : la résistance en traction est plus élevée de 11% par rapport à celle d un béton ordinaire (à base de granulats naturels), la résistance à la compression est comparable à celle de ce dernier. Par contre le module d élasticité présente une diminution de % ; le retrait de dessiccation quant à lui, il est moins élevé [4,, 6]. La substitution des granulats naturels par les déchets de briques concassées permet de réduire la densité du béton en fonction de la porosité des briques ; pour les densités basses la résistance est affectée par contre elle est améliorée dans le cas des densités élevées, en comparaison avec un béton ordinaire [7]. Les bétons à base de granulats de briques concassées s avèrent beaucoup plus perméables que les bétons ordinaires. La forte porosité ouverte et l absorption d eau élevée des granulats de briques (surtout pour le sable) entrainent des rapports E/C importants, ce qui représente une menace pour la durabilité [8].

2 L utilisation des déchets de briques issus de démolition mérite plus d attention à cause de la présence des sulfates de calcium (plâtre) dans les débris, une limite de 1% de SO 3 dans ces derniers est admissible [7]. Le présent travail a pour but de contribuer à la valorisation des déchets de briques par leur utilisation en guise de granulats fins (sables) ou grossiers (graviers) pour la confection des bétons ; afin d améliorer ses caractéristiques, de protéger l environnement, réduire le coût des matériaux de construction et enfin résoudre le problème d approvisionnement en sable et graviers. Notre travail expérimental consiste à l étude de l influence de la : substitution partielle et totale (% ) du sable naturel par celui de déchets de briques (sable recyclé), substitution partielle et totale (% ) du gravier naturel par celui de déchets de briques (gravier recyclé), substitution partielle et totale ( ) du squelette granulaire naturel par celui des déchets de briques, sur le comportement mécanique du béton étudié. 2. Expérimentation 2.1. Matériaux Les matériaux utilisés pour effectuer cette étude sont : Le ciment : Un CPJ de résistance 42. a été utilisé provenant de la cimenterie de M sila, sa surface spécifique est de 34 cm 2 /g et sa masse volumique absolue est 3.1 g/cm 3. Le sable : C est un sable fin, d une fraction /3 provenant des abords de Oued Maiter (M sila). Les déchets de briques : Ce sont des déchets de briques provenant d un chantier à proximité du laboratoire, ils sont concassés et criblés en deux fractions 3/8 et 8/16, le reste est légèrement broyé. La pierre concassée : Provenant de la carrière COSIDER de (B.B.A) présentant deux fractions 3/8 et 8/16. L eau : L eau potable, exempte d impuretés. Les propriétés physiques des composants du béton sont illustrées dans le tableau 1 : Tableau 1 : Propriétés physiques des constitutions du béton Composants Propriétés Gravier Gravier Sable naturel Sable recyclé naturel recyclé Masse volumique absolue (kg/m 3 ) Masse volumique apparente (kg/m 3 ) Equivalent de sable (%) 7 84 Module de finesse Degré d absorbation (%) L analyse granulométrique des granulats est représentée sur la figure 1 :

3 9 8 7 Sable Pierre concassée 3/8 Sable recyclé Pierre concassée 8/16 Tamisat (%) Refus (%) Diamètre (mm) Figure 1 : Courbes granulométriques des granulats. Les déchets de briques concassées (gravier recyclé) présentent la même analyse granulométrique que le gravier naturel Formulation du béton La méthode utilisée pour la formulation du béton étudié est celle de Dreux Gorisse [9] (Affaissement = 8 cm, résistance désirée = 28 MPa). Les proportions des différents constituants sont : ciment : kg/m 3, sable : 611 kg/m 3, pierre concassée 3/8 : 228 kg/m 3, pierre concassée 8/16 : 924 kg/m 3, eau : 213 kg/m 3, E/C =.3. Plusieurs mélanges sont préparés. La substitution des granulats naturels par ceux de déchets de briques est faite de : % et. Le tableau 2 présente ces mélanges : Tableau 2 : Mélanges préparés Composants Sable naturel Sable recyclé Pierre concassée Gravier recyclé Béton témoin Mélange 1 Mélange 2 Mélange 3 Mélange 4 Mélange Mélange 6 Mélange 7 Mélange 8 7% 2.3. Préparation des éprouvettes % 7% % Les éprouvettes utilisées dans cette étude sont de différentes géométries, elles ont été moulées selon le test effectué. Des éprouvettes cubiques de cm, confectionnées pour effectuer les essais de compression, et de cm confectionnées pour l essai de traction par fendage. Elles sont conservées en milieu humide ( ± 2 C).

4 3. Résultats et discutions 3.1. Consistance des bétons L affaissement est mesuré pour les différents mélanges du béton préparés, le tableau 3 résume la quantité d eau ajoutée pour avoir l affaissement désiré (8 cm : la même ouvrabilité). Tableau 3 : Quantités d eau ajoutée Mélanges M 1 M 2 M 3 M 4 M M 6 M 7 M 8 Quantité d eau ajoutée (l/m 3 ) E/C A partir des résultats obtenus, l affaissement diminue en substituant les granulats naturels par les déchets de briques soit sous forme d un sable ou d un gravier. Pour avoir la même consistance, les granulats de briques demandent une quantité supplémentaire d eau de gâchage, ce qui peut être lié aux facteurs suivants : La forme des grains de brique présentant des angles vifs, et leur texture alvéolaire, demandant ainsi une grande quantité d eau pour mouiller leur grande surface. Le taux d absorption élevé des grains de brique et leur forte porosité ouverte. L utilisation du sable recyclé exige une quantité d eau plus importante que le gravier recyclé à cause de la présence des fines Masse volumique des bétons Les masses volumiques à l état frais et durci des mélanges préparés sont indiquées sur le tableau 4 : Mélanges ρ (kg/m 3 ) État frais ρ (kg/m 3 ) État durci Béton témoin Tableau 4 : Masse volumique des bétons préparés M 1 M 2 M 3 M 4 M M 6 M 7 M Les bétons à base des déchets de briques présentent des masses volumiques réduites, en particulier si la substitution est faite sur les granulats fins et grossiers, cette diminution est estimée à 1,88% par rapport à un béton ordinaire (à base des granulats naturels) Résistance mécanique à la compression La résistance mécanique en compression est estimée à 3 jours, 7 jours, 28 jours et 4 jours de durcissement en milieu humide. Les résultats obtenus sont illustrés sur la figure 2 :

5 Rc (MPa) % % Jours a : Substitution du sable (S) Rc (MPa) % % Jours b : Substitution du gravier (G) Rc (MPa) % Jours c : Substitution du squelette granulaire (SG) Figure 2 : L évolution de la résistance à la compression des mélanges préparés. Les résultats obtenus montrent que la substitution partielle des gros granulats par les déchets de briques soit à % ou à est bénéfique, les résistances sont comparables à celles d un béton ordinaire. La texture et la forme irrégulière des granulats étant la cause. La substitution des granulats fins affecte, la résistance en compression une fois le taux de remplacement dépasse %, le degré d absorption élevé du sable recyclé et l augmentation du rapport E/C sont la cause. Il faut noter ici qu une substitution de % à ajuster la granulométrie du sable naturel utilisé qui est un sable fin par l augmentation de son module de finesse et par suite l accroissement de sa compacité. Les résistances mécaniques sont inférieures à celles du béton ordinaire dans le cas de la substitution des granulats fins est grossiers par les granulats recyclés pour les différents âges de durcissement. Ce qui peut s expliquer par l augmentation du rapport E/C et par suite la porosité du béton Résistance à la traction La résistance est estimée à 28 jours de durcissement. Les résultats obtenus sont indiqués à la figure Rt (MPa) 1 Rt (MPa) 1 % % % Substitution % Substitution a : Substitution du gravier (G) b : Substitution du squelette granulaire (SG) Figure 3 : Résistance à la traction à 28 jours de durcissement.

6 L utilisation des granulats grossiers recyclés améliore la résistance à la traction, en comparaison avec celle d un béton ordinaire. La texture et la forme des granulats de brique concassée favorisent l adhérence entre les granulats et la matrice cimentaire. 4. Conclusion À partir de cette étude expérimentale qui a traité la valorisation des déchets de briques pour la confection des bétons, il apparaît que : Pour une ouvrabilité (consistance) similaire, les bétons à base des granulats recyclés (briques concassées) exigent une quantité supplémentaire d eau de gâchage. La densité des bétons à base des granulats recyclés est inférieure à celle des bétons ordinaires, d où la possibilité de les utiliser pour la réalisation des bétons légers. La résistance en compression des bétons à base des granulats de briques grossiers (pour une substitution de % à ) est comparable à celle des bétons ordinaires, même une substitution totale n affecte pas la résistance. En cas de la substitution des granulats fins, la résistance est inférieure à celle des bétons ordinaires ; mais elle reste acceptable surtout pour une substitution de %. Le replacement du squelette granulaire naturel (sable et gravier) par les déchets de briques est à éviter, une chute de résistance estimée à est signalée. La résistance en traction est améliorée par l utilisation des granulats de déchets de briques grossiers pour les différents taux de substitution. Références [1] G. Chanvillard (eds.). Le matériau béton : connaissances générales, ALÉAS Éditeurs, [2] L. Zeghichi and B. Mezghiche, The effect of replacement of naturals aggregates by slage products on the strength of concrete. Word Journal of Engineering No. 3(1) (6) [3] A.K. Padmini, K. Ramamurthy and M.S. Mathevs, Behavior of concrete with lowstrength bricks lightweight coase aggregate, Mag. Concr. Res. No. 3(6) (1) [4] A.A. Akhiaruzzaman and A. Hasnat, Properties of concrete using crushed brich as aggregate, Concrete International: Design and Construction No. (2) (1983) 863. [] Z. Guemmadi, H. Houari and B. Toumi, Performance of concrete made with crushed bricks as coarse aggregate, The 6 th International Conference on Concrete Technology for Developing countries, Jordan, Amman (2) [6] M.H. Husain, M.S. Abdul Hafidh and K.H. Mustafa, The use of crushed pretreated with cement syrup as coarse aggregated for concrete, The 6 th International Conference on Concrete Technology for Developing countries, Jordan, Amman (2) [7] F.M. Léa, The chemistry of cement and concrete, Third Edition, [8] F. Debied et S. Kenai, Évaluation de la durabilité des bétons recycles à base de granulats de brique cuites concassées, Le 1 er Congrès International sur la Technologie et la Durabilité des Bétons, Algérie, Alger (4). [9] R. Daupin, R. Lanchon et J.C. SaintAvoman (eds.), GranulatsSols, Ciments et Bétons, Edition Casteilla,.