Influence de la nature des copeaux de bois sur les caractéristiques physiques et mécaniques des bétons à base de copeaux de bois. 1 Influence de la nature des copeaux de bois sur les caractéristiques physiques et mécaniques des bétons à base de copeaux de bois. KHELIFI Walid 1, BELOUETTAR Redjem 2 1,2 Laboratoire de génie civil, Université BADJI Mokhtar PB 12,ANNABA 23 ALGERIE. 1 (walidodo_288@hotmail.fr), 2 (belouettar@univannaba.org). RÉSUMÉ. Les déchets industriels posent actuellement des problèmes difficiles à résoudre. La valorisation des matériaux locaux est devenue, actuellement, une solution nécessaire aux problèmes économiques des pays. C est dans cette perspective que s ouvre la réflexion sur la formulation d un nouveau béton utilisant des ressources abondantes et présentant des caractéristiques soit comparables aux bétons usuels, soit répondant à des exigences mal assurées par ces deniers. Cette étude consiste à incorporer des déchets industriels dans un béton ordinaire. Les déchets envisagés sont des copeaux de bois provenant de la transformation du bois. Les résultats montrent qu il est possible d obtenir des béton à base des copeaux de bois présentant des propriétés mécaniques intéressantes. Selon la quantité de bois, il est possible d obtenir des bétons de structure ou d isolation. Notons, enfin, qu une tentative de traitement des copeaux de bois n a pas amélioré considérablement les caractéristiques du béton étudié, notamment la résistance mécanique en compression et en traction par flexion. Mais on peut dire que les copeaux de bois traités présentent des résistances mécaniques acceptables par rapport à celles des copeaux non traités parce que le traitement des copeaux rend la structure du matériau plus homogène et améliore l adhérence boismatrice cimentaire. MOTSCLÉS : Béton, copeaux de bois, maniabilité, résistance mécanique. ABSTRACT. The Chet industry currently facing difficult problems to solve. Enhancement of local materials has become now a necessary solution to the economic problems of the country. It is in this perspective that opens the debate on the formulation of a new concrete using abundant resources and is comparable with characteristics common to concrete or meet the requirements provided by these funds badly. This study is to incorporate industrial waste in concrete. Wastes are considered wood chips from timber processing. The results show that it is possible to obtain concrete base of wood chips with interesting mechanical properties. Depending on the amount of wood, it is possible to obtain structural concrete or insulation. Note, finally, an attempt to processing wood chips did not improve significantly the characteristics of the concrete studied, including the strength in compression and tensile bending. But we can say that wood chips are treated acceptable mechanical strength compared to untreated chips because the chip processing makes the material more homogeneous structure and improves grip woodcement matrix. KEY WORDS: Concrete, wood chips, workability, mechanical resistance.
XX e Rencontres Universitaires de Génie Civil. Chambéry, 6 au 8 juin 212. 2 1. Introduction : La valorisation des matériaux locaux, peu ou pas exploités, dans la construction est devenue actuellement une solution nécessaire aux problèmes économiques des pays, notamment des pays en voie de développement. La réutilisation des différents déchets, qui constituent une gêne environnemental, a fait également l objet de nombreux travaux [Valo des déchets, BTP, MEL 7]. Parmi ces travaux, on trouve des déchets de bois incorporés dans des matrices cimentaires [BOU 7, BED 7, GOT 7]. Ces derniers ont fait l objet de nombreux travaux et de nombreuses applications en raison des qualités thermiques et acoustiques ainsi que le caractère renouvelable des ressources utilisées. L idée d introduire des déchets de bois dans un béton ordinaire afin d améliorer ses performances thermiques tout en préservant ses qualités mécaniques était donc séduisante. 2. Généralités sur les déchets 2.1. Définition des déchets Un déchet est tout résidu d un processus de production, de transformation ou d utilisation, toute substance, matériau, produit ou plus généralement tout bien, meuble abandonné ou que son détenteur destine à l abandon. Autrement dit, tout élément qui est abandonné est un déchet. Ce n est pas pour autant que cet élément est inutilisable, en l état ou après modification. Seuls les déchets qualifiés d ultimes sont réellement inutilisables et doivent être stockés pour éviter des pollutions de l environnement [Jen 4]. 2.2. Les copeaux de bois (déchets de bois) Les copeaux de bois désignent l'ensemble des résidus produits par le sciage de bois. Les copeaux sont produits au cours d'opérations d'usinage effectuées sur la matière première (bois). Les copeaux résultants d'une manufacture peuvent être ainsi récupérés et valorisés pour le domaine de la construction. [DJOU 7] Figure 1 : les copeaux de bois.
Influence de la nature des copeaux de bois sur les caractéristiques physiques et mécaniques des bétons à base de copeaux de bois. 3 Figure 2 : structure en terre crue. Figure3: des panneaux de particules. 3. Méthodologie expérimentale 3.1. Les granulats : Granulats locaux 3.1.1. Caractéristique des granulats Caractéristiques Sable roulé Gravillon concassé Gravier concassé Unités Masse volumique apparente. Masse volumique absolue. Module de finesse. Equivalent de sable. d/d 138 25 2,37 84,72 /5 139 255 3/8 136 255 8/16 Kg/m 3 Kg/m 3 (%) Tableau 1. Caractéristique des granulats. 3.1.2. Courbe granulométrique 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Sable G 3/8 G 8/16 Figure 4. Les courbes granulométriques des granulats.
XX e Rencontres Universitaires de Génie Civil. Chambéry, 6 au 8 juin 212. 4 3.1.3. Le Ciment Le ciment utilisés dans cette étude est un ciment portland composé de classe CPJ 42,5 fabrique par la cimenterie de HDJAR ESSOUD wilaya de SKIKDA, avec une composition chimique donnée dans le tableau suivant : Ca Al 2 3 SiO 2 Fe 2 O 3 MgO Na 2 O K 2 O Cl SO 3 P.A.F 58,59 6,58 24,92 3,65 1,21,8,85, 2,17 1,7 Types des bétons Tableau 2 : Composition chimique du ciment. 3.2. Formulation de béton Dosages des constituants (Kg/m 3 ) Ciment Eau E/C Sable Gravier 3/8 Gravier 8/16 Fibre % de fibre BO 36 2,55 632,7 251 896 % BN 1 36 2,55 619,85 245,88 878 35,59 2% BN 2 36 2,55 67,21 24,97 86,16 71,18 4% BN 3 36 2,55 594,56 235,95 842,24 16,77 6% BN 4 36 2,55 581,91 23,93 824,31 142,36 8% BT 1 36 2,55 619,85 245,88 878 35,59 2% BT 2 36 2,55 67,21 24,97 86,16 71,18 4% BT 3 36 2,55 594,56 235,95 842,24 16,77 6% BT 4 36 2,55 581,91 23,93 824,31 142,36 8% Tableau 3 : Formulation du béton. B : béton ordinaire (témoin) BN 1 ; BN 2 ; BN 3 ; BN 4 béton avec des copeaux de bois non traités. BT 1 ; BT 2 ; BT 3 ; BT 4 béton avec des copeaux de bois traités. 3.3. Les copeaux de bois Les copeaux de bois utilisés proviennent des déchets de la menuiserie, plus particulièrement des déchets résultant des travaux défonçage et de rabotage. Ils présentent un aspect de forme irrégulière, avec une limite granulométrique supérieure voisine de 8 mm et une limite granulométrique inférieure voisine,1 mm. Toutes ces caractéristiques ont aucune importance relative en raison du manque de rigidité et de la géométrie des copeaux.
Influence de la nature des copeaux de bois sur les caractéristiques physiques et mécaniques des bétons à base de copeaux de bois. 5 3.3.1. Copeaux de bois non traités D abord, nous avons immergé les copeaux de bois dans l eau jusqu à leur saturation, ensuite les ajoutés dans le mélange. Figure 5. Copeaux de bois après mouillage. 3.3.2. Traitement des copeaux de bois Afin de rechercher quelques améliorations sur certaines caractéristiques des composites étudiées, notamment la sensibilité à l eau et les variations dimensionnelles élevées, nous avons pensé à traiter les copeaux de bois avant de les incorporer dans le béton. Le traitement est un enrobage superficiel au ciment choisi à partir de la littérature. [Ledh 97] Les copeaux sont enrobés donc par un liant au ciment (ciment+eau) et laissés séchés plus de 14 jours avant leur utilisation. Figure 6. Copeaux de bois traités par un liant de ciment. 4. L influence des copeaux de bois sur les propriétés des bétons 4.1. Sur l ouvrabilité L ouvrabilité du béton est déterminée à l aide de l essai d affaissement au cône d Abrams selon la norme NF P 18 451. Types du béton BO BN 1 BN 2 BN 3 BN 4 A.C (cm) 7,5 4,5 3 2 1,5 Types du béton BO BT 1 BT 2 BT 3 BT 4 A.C (cm) 7,5 6 5 4,5 3 Tableau 4. Maniabilité des bétons avec copeaux de bois non traités.
XX e Rencontres Universitaires de Génie Civil. Chambéry, 6 au 8 juin 212. 6 On remarque que l affaissement des bétons diminue avec l augmentation du taux de fibres dans le béton : ceci est du essentiellement au fait que les fibres de bois absorbent une quantité d eau de gâchage ce qui influe évidement sur l ouvrabilité des mélanges. L affaissement au cône diminue de 7 cm à moins de 2 cm, ce qui donne aussi une diminution de l affaissement au cône de plus de 5 % : cette chute doit être prise en compte lors des mises en œuvre de ce type de bétons. Dans le deuxième cas (traité) on a l influence du taux des copeaux de bois traités sur l ouvrabilité des bétons : on remarque toujours une chute de la plasticité de 7 cm à 3 cm, ces valeurs sont faibles par rapport aux échantillons contenant des copeaux non traités. Ceci est du au fait que la pate de ciment qui enrobe le copeau diminue son absorption en eau. 4.2. Sur la densité La densité est estimée à partir de la détermination de la masse volumique des mélanges de béton. Elle est définie par la masse d une quantité de béton rapporté à son volume après vibration pour le béton frais et après 28 jours de durcissement pour le béton durci. La densité des bétons diminue avec l augmentation du taux des copeaux de bois : on observe des chutes de densité de 2.58 à 1.3 g/cm 3 pour les bétons frais et de 2.49 à 1.32 g/cm 3 pour les bétons durcis. Alors, les copeaux de bois allègent le béton (figure 7). 3 2 1 BO BN1 BN2 BN3 BN4 densité a l'etat frais densité a l'eta durci Figure 7: changement de la densité des bétons avec copeaux de bois non traités. A travers les valeurs du figure 8, on remarque que les densités des bétons diminuent aussi avec l ajout des copeaux dans la composition et les valeurs varient de 2.49 à 1.79 g/cm 3 pour les bétons durcis : les copeaux de bois allègent le béton.
Influence de la nature des copeaux de bois sur les caractéristiques physiques et mécaniques des bétons à base de copeaux de bois. 7 3 2 1 densité a l'état frais densité a l'état durci BO BT1 BT2 BT3 BT4 Figure 8: changement de la densité des bétons avec copeaux de bois traités. 4.3. Sur la capacité d absorption d eau Comme le montrent la figure 9, les bétons absorbent de l eau et les valeurs varient dans de larges limites entre 4.32 à 1.47 pour le BT4. Cette large augmentation est du à l absorption en eau des copeaux de bois et au caractère poreux de la structure du matériau. Cependant, l augmentation de W est très significative pour la série BN que pour la série BT : le ciment enveloppe le copeau et réduit son absorption en eau. 2 15 1 5 W (%) Figure 9: changement de la capacité d absorption d eau des bétons. 4.4. Sur la résistance à la compression L essai de compression est réalisé à différentes échéances (7,14, et 28) jours. Les résultats obtenus de la résistance des bétons à la compression sont regroupés dans les figures (1,11 et 12). La résistance mécanique des éprouvettes préparées nous orientent mieux sur le caractère mécanique du matériau : les Resistances mécaniques pour la série BN diminuent d une façon importante par rapport aux échantillons de type BT. A 7 jours, les valeurs varient de 21.7 à 1.8 MPa pour les BN et de 21.7 à 1.2 MPa pour les BT, alors qu à 14 jours, ces valeurs varient de 27.6 à 2.9 MPa pour les BN et de 27,6 à 12.4 MPa pour les BT. A 28 jours de durcissement, on remarque des chutes de contrainte de 36.5 à 4.2 MPa pour la série BN et de 36.5 à 21.93 MPa pour les BT où la pate de ciment
XX e Rencontres Universitaires de Génie Civil. Chambéry, 6 au 8 juin 212. 8 joue un double rôle : elle enveloppe le copeau de bois et participe à l accroissement des résistances mécaniques par son pouvoir de liaison. Les copeaux de bois traités ou non n améliorent pas les résistances mécaniques du béton (figures 1, 11 et 12). 3 2 1 Rc (MPA) Figure 1. L effet des copeaux de bois sur la résistance à la compression à 7 jours. 4 2 Rc (Mpa) Figure 11. L effet des copeaux de bois sur la résistance à la compression à 14 jours. 4 2 Rc (MPA) Figure 12. L effet des copeaux de bois sur la résistance àla compression à28 jours. 4.5. Sur la résistance à la traction par flexion L essai de traction par flexion est réalisé à différentes échéances (7,14, et 28) jours. Les résultats obtenus de la résistance des bétons à la traction par flexion sont rassemblés dans les figures (13,14 et 15). Les résistances mécaniques à la traction par flexion diminuent de presque la moitié voir plus pour les deux formules BN et BT aux différents âges (7, 14, et 28 jours), (figure 13, 14 et 15).
Influence de la nature des copeaux de bois sur les caractéristiques physiques et mécaniques des bétons à base de copeaux de bois. 9 A 7 jours de durcissement, les résistances mécaniques à la traction par flexion varient de 8.8 à.97 MPa pour la série BN et de 8.8 à 3.5 MPa pour la série BT. A 14 jours de durcissement, les résistances mécaniques à la traction par flexion varient de 9.95 à 2.44 MPa pour la série BN et de 9.95 à 4.4 MPa pour la série BT, alors qu à 28 jours de durcissement, les résistances mécaniques à la traction par flexion varient de 11.18 à 3.86 MPa pour la série BN et de 11.18 à 5.2 MPa pour la série BT. Ces résistances restent acceptables pour ce type de béton. 1 Rt (MPA) Figure 13. L effet des copeaux de bois sur la résistance à la traction à 7 jours. 2 1 Rt (MPA) Figure 14.L effet des copeaux de bois sur la résistance à la traction à 14 jours. 2 Rt(MPA) Figure 15. L effet des copeaux de bois sur la résistance à la traction à 28 jours. 5. Conclusion Dans notre recherche nous avons l influence du dosage des copeaux de bois sur les caractéristiques du béton frais et durci. Pour fixer les constituants, nous avons utilisés la méthode de Dreux Gorisse. La Caractérisation des matières première nous a aidé à une meilleur formulation des bétons d études.
XX e Rencontres Universitaires de Génie Civil. Chambéry, 6 au 8 juin 212. 1 L affaissement des bétons diminue avec l augmentation du taux de fibres dans le béton. La densité des bétons diminue avec l augmentation du taux es copeaux de bois. Les résistances mécaniques pour la série BN diminue d une façon importante par rapport aux échantillons de type BT. Les copeaux de bois traités ou non n améliorent par les résistances mécaniques de béton. La résistance mécanique à la traction par flexion diminuent de presque la moitié voir plus pour les deux formules BN et BT aux différents âges. Ces résistances restent acceptables pour ce type de béton. 6. Bibliographie [DJOU 7] DJOUDI A., KHENFER M/M.., BALI A., DEBICHI G., "L'utilisation des biomatériaux dans la construction, une alternative pour la protection de l'environnement". Séminaire national de génie civil, Annaba 2 et 21 Novembre, 27. [MEL 7] MELBOUCI B., BOUDJEMIA F., "Durabilité des matériaux recyclés de démolition" Séminaire national de génie civil, Annaba 2 et 21 Novembre, 27. [Jen 4] Jennifer L., Pehanich, Blankenhom P. R. & Silsbee M.R. 24, Wood fibber surface treatment level effects on select mechanical properties of wood fibercement composite, Cement and concrete research, 34, 5965. [BTP] Le BTP et les déchets de chantier www.novethic.fr/.../déchets chantier [Ledh 97] Ledhem A. 1997, Contribution à l étude d un béton de bois. Mise au point d un procédé de minimisation des variations dimensionnelles d un composite ArgileCimentBois, Ph.D. Thesis, INSA of Lyon, France. [BOU 7] BOUABDALLAH M/A., BOUABDALLAH A., ABDELHADI H., HAMOU K., BENTOITI M., "Comportement du béton léger à base de granulats et des fibres de bois". Séminaire national de génie civil, Annaba 2b et 21 Novembre, 27. [BED. 7] BEDERINA M., HADJOUDJA M., MAKHLOUFI Z., "Valorisation des déchets de concassage et de menuiserie de bois pour la formulation d'un béton de sable léger". Séminaire national de génie civil, Annaba 2 et 21 Novembre, 27. [GOT 7] GOTEICHA M., KHENFER NUM., BEDERINA M., "Caractérisation des bétons de sable à base de copeaux de bois traité". Séminaire national de génie civil, Annaba 2 et 21 Novembre, 27. www.syctom [Valo des déchets] Valorisation des déchets Catégories de déchets paris.fr/.../déchet/catégorie.