TECHNOLOGIE DES BÉTONS Fait par: SAFI Brahim
PROGRAMME Chapitre 1 : Généralité sur les bétons Définition, constituants, classifications des bétons Chapitre 2: Caractéristiques principales du béton Etat frais Etat durci Chapitre 3: Méthodes de formulation des bétons G. Dreux et autres. Chapitre 4: Durabilité des bétons Chapitre 5: Bétons spéciaux BHP Bétons autoplaçants
1. Définition: Le béton est un matériau composite aggloméré constitué de granulats durs de diverses dimensions collées entre eux par un liant. Dans les bétons ordinaires, les granulats sont des grains de pierre, sable, gravier, cailloux et le liant est un ciment, généralement un ciment portland. Si le type de liant utilisé n'est pas un ciment, on parle alors, selon le liant utilisé, de béton de résine, de béton d'hydrocarboné, de béton d'argile, etc.
Dans un béton, l ordre des grandeurs des % des constituants sont en générale: 2. Constituants du béton Le béton comprend les constituants essentiels: le liant (ciment, ) les granulats l eau. Adjuvants : Et éventuellement des adjuvants qui permettent d améliorer certaines caractéristiques soit du béton frais, soit béton durci.
1. Ciment : Le ciment est un liant hydraulique qui est une fois de, mélangé avec l'eau donne des produits avec une résistance mécanique et chimiquement stables même dans l'eau. Le ciment Portland, le plus répondu parmi les liants hydrauliques, est un mélange de gypse et clinker. Le clinker est un produit obtenu par cuisson vers 1450 d un mélange approprié de calcaire et d'argile. Le durcissement du ciment dure +/- 28 jours. Pendant ce durcissement, le ciment diminue de volume et provoque des fissures (retraits).
Différents type de ciments : Ciments Portland (CEM I) : obtenu par dosage précis de chaux, silice, alumine et fer. Utilisé pour maçonner (mortier) et pour les bétons courants. Ciments Portland composé (CEM II) : ajout de cendres pouzzolaniques ou autres dans la composition. S emploie pour mortier de maçonnerie devant être étanche à l eau (murs de caves, murs de fondations, quais, ). Ciments de haut fourneau (CEM III) : ajout de laitier de haut fourneau (oxydes métalliques). Résistent encore mieux aux corrosions chimiques. S utilisent pour des ouvrages en contact avec des acides ou de l eau de mer. Ciments pouzzolanique et composés (CEM IV et CEM V). Les ciments sont classés suivant leur résistance mécanique à 28 jours (en N/mm²). 3 classes existent : 32,5 ; 42,5 et 52,5
Dans un béton, - plus la quantité de ciment est grande, plus sa résistance augmente. - plus la quantité de ciment est grande, plus le béton peut se décoffrer rapidement. - plus la quantité de ciment est grande, plus il y aura des retraits dans le béton. 2. Granulats : Les granulats (gravillon et sable) forment le squelette du béton. Les granulats doivent être chimiquement stables lors du contact avec les autres constituants. Pour obtenir un béton avec de bonnes caractéristiques, le choix de l'agrégat s'avère alors très important. La nature, la forme et la granularité des granulats influencent fortement les propriétés des bétons à l état frais et durci.
Nature : Les granulats peuvent être classifiés en fonction de leurs compositions minéralogiques. Généralement, les granulats issus de quartzite, calcite ou basalte sont utilisés pour confectionner du béton. Forme : La forme des granulats dépend de la procédure de fabrication : les granulats roulés sont dragués du lit de rivière et les granulats concassés sont élaborés à partir des roches exploitées en carrière. Généralement, les surfaces lisses des granulats roulés favorisent la maniabilité du béton à l état frais au détriment de la résistance mécanique à l état durci. Granularité : La granularité des granulats concerne la distribution dimensionnelle des grains. Normalement, la courbe granulométrique des granulats doit être continue en sorte que les petits grains puissent bien remplir les vides créés par les grains ayant une taille plus grande. Par ailleurs, un rapport optimal de Gravillon/Sable permet d obtenir une meilleure compacité des granulats.
3. Eau : L'eau constitue le liant pour le ciment : elle est donc une composante essentielle pour la formation de chaque matériau cimentaire. Elle intervient dans toutes les propriétés du béton. L'eau a essentiellement deux fonctions : une fonction physique, qui confère au béton frais les propriétés rhéologiques d'un liquide (permettant donc son écoulement et le moulage), Et une fonction chimique en tant que liant de la poudre de ciment. Elle sert aussi à mouiller les agrégats, et donc à assurer un bon lien avec la pâte de ciment. En général toutes les eaux potables peuvent être utilisées pour la production du béton ; l'eau de mer, même si elle est agressive vis-à-vis du ciment durci, peut être utilisée pour la fabrication d'un béton non armé. L'eau dans la pâte de ciment hydraté est contenue sous différentes formes, notamment sous forme d'eau libre, adsorbée et liée.
4. Les ajouts : Pour obtenir certaines caractéristiques ou simplement pour des raisons économiques, lors de la fabrication du ciment, il est possible de substituer où d'intégrer une partie des constituants. D'après la norme NFP 18 508 on à deux types d'additions : Type I (addition quasiment inerte) Type II (pouzzolanes et additions à caractère hydraulique latent). Les différents types d ajouts Les ajouts minéraux sont classés en actifs et inertes (voir le diagramme); les premiers sont chimiquement actifs et entre en réaction avec l'oxyde de calcium en forment des hydroxydes de calcium. Le diagramme récapitulatif des ajouts minéraux :
1. Ajouts minéraux actifs: Les ajouts minéraux actifs, les plus utilisés actuellement dans le béton sont ; la pouzzolane et le laitier : La pouzzolane: une pouzzolane est un matériau naturel où artificiel, siliceuse non hydraulique par elle-même, mais à des températures ordinaires peuvent se combiner avec la chaux en présence d'eau, pour donner naissance à des composés peu solubles dotés de propriétés des ciments. L'activité pouzzolanique c est la réaction chimique en solution entre la silice provenant de la dissolution d'une poudre siliceuse et d'hydroxyde de calcium Ca(OH) 2 produit par l'hydratation du ciment ; cette réaction donne du silicate de calcium hydrate (C S H) qui précipite et donne une résistance supplémentaire au béton. La réactivité des pouzzolanes dépend de nombreux facteurs : La composition chimique et minéralogique et la surface spécifique (SSB).
Le laitier du haut fourneau: Le laitier est un sous produit de la fabrication de la fonte en haut fourneau. Parmi ces caractéristiques, sa position dans le système ternaire CaO-SiO 2 -- Al 2 O 3. Le laitier vitreux possède une structure riche en énergie, c'est un liquide surfondu qui conserve ; du fait de la trempe, une énergie de cristallisation non dissipée qui va lui permettre d'être hydraulique Les fumées de silice : Elles ne sont pas généralement utilisées en tant qu'ajout, mais plutôt avec des dosages appropriés aux besoins. C'est un produit très efficace pour la fabrication de bétons à très haute performance.
2. Les Ajouts inertes : Sont des roches carbonates tel que ; le calcaire, la craie et la dolomite. Ils sont largement utilisés en tant qu'ajouts naturels inertes au ciment. On cité l un des ajouts inertes, utilisés dans le béton comme ; le calcaire. Le calcaire: Le calcaire est une roche sédimentaire, provenant essentiellement de dépôt des organismes au fond des mers. les calcaires se trouve sous les formes suivantes : marbre, calcaires dures, craie, dolomite etc. Les additions calcaires sont des produits secs finement divisés, obtenus par broyage et ou sélection,. le calcaire rentre dans la norme en NFP18 508 calcaires». sous le nom «additions
5. Les adjuvants : II s'agit de produits en faible dosage ajoutés au béton afin d'améliorer certaines qualités. En principe, l'effet produit par un adjuvant peut être obtenu en modifiant la composition du béton : la justification pour l'emploi d'un adjuvant est l'avantage qu'il apporte par rapport aux autres solutions. Par conséquence, même si ils ne sont pas indispensables, ils s'avèrent nécessaires pour obtenir le meilleur béton possible. On distingue essentiellement les adjuvants accélérateurs ou retardateurs de prise, les adjuvants réducteurs d'eau (plastifiant) et hauts réducteurs d'eau (super plastifiant ou fluidifiant). Le dosage en adjuvants n'excède pas 5% de la masse du ciment.
Parmi, Les adjuvants les plus courant sont : Retardateurs/accélérateurs de prise : Les retardateurs de prise sont des molécules organiques qui empêchent la nucléation du CSH. On peut dans la même catégorie introduire les retardateurs/accélérateurs de prise qui rend plus lent ou rapide le développement des caractéristiques mécaniques. Plastifiants : Les plastifiants (ou fluidifiants) sont les adjuvants les plus utilisés dans la production du béton. Ils ont la propriété de rendre plus facile la maniabilité du béton, et donc, à maniabilité égale, de réduire fortement la quantité d'eau de gâchage et d'augmenter donc la résistance du béton (en diminuent le rapport e/c). Un plastifiant réduit le rapport eau/ciment de l'ordre du 5% ; lorsqu'il est nécessaire d'obtenir des réductions du rapport e/c de l'ordre de 20-40% on parle d'adjuvant super-plastifiant.
Entraîneurs d'air : Ils sont à base de molécules tensioactives qui permettent la formation, au moment du malaxage, d'un réseau uniforme de petites bulles d'air qui subsistent dans le béton durci. Ceci permet l'amélioration de la résistance au gel du béton. Les hydrofuges : Les adjuvants imperméabilisants sont des produits repoussant l'eau et qui protègent le béton de la pénétration de l'eau pour des pressions très basses (comme c'est le cas lors de pluies). Les fluidifiants : Les fluidifiants sont des macromolécules de composition organique de synthèse et ont une propriété dispersante. Ils améliorent la fluidité tout en réduisant la quantité d eau Les super plastifiants : sont des adjuvants à haut pouvoir de réduction d'eau. Ils ont pour rôle de maintenir une maniabilité donnée tout en diminuant la quantité d'eau dans le béton. Ils permettent ainsi d'obtenir un béton plus résistant en raison de la réduction de l'eau. A titre indicatif, les super plastifiants permettent de réduire la teneur en eau de 25 à 35% tout en gardant une même maniabilité.
Mode d action (mécanisme d action): Ils agissent de deux manières : En s'adsorbant sur les particules de ciment, ils réduisent les forces d'attraction inter granulaires par la diminution des forces de Van der Waal ou la diminution de l'énergie superficielle du minéral. En créant des forces de répulsion : encombrement stérique des molécules ou répulsion électrostatique. En effet, ces molécules sont généralement de charge négative.
3. Classification des bétons Le béton est classé selon : La résistance mécanique : - béton ordinaire..inférieure à 50 Mpa. - béton à haute performance entre50 et 80 Mpa. - béton à très haut performance...entre 80 et 150 Mpa. - béton exceptionnel...supérieure à 150 Mpa. La masse volumique : - béton extra lourd..supérieur à 2500 kg/m 3 - béton lourd entre 1800 et 2500 kg/m 3 - béton léger entre 500 et 1800 kg/m 3 - béton extra léger...inférieure à 500 kg/m 3 Selon la non gélivité (résistance au gel) : - béton lourd entre 5 et 30 Mpa. - béton léger.entre 1 et 20 Mpa.