Master : Matériaux en Génie Civil

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Département de Génie Civil

Master : Matériaux en Génie Civil

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

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Contenu de la matière

Chapitre 1 : Définitions et constituants du béton

Chapitre 2 : Ajouts minéraux

Chapitre 3 : Adjuvants chimiques

Chapitre 4 : Formulation du béton

Chapitre 5 : Propriétés du béton à l’état frais et durci

Chapitre 6 : Mise en œuvre du béton

Chapitre 7 : Contrôle et qualité du béton

Chapitre 8 : Progrès récents dans la technologie du béton

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Chapitre1 Définitions

et constituants du béton

1. Introduction :

Le béton est né du besoin d’avoir un matériau de construction bon marché, malléable au

moment de le mettre en place et résistant, fournit une grande liberté de création. La forme

la plus ancienne du béton remonte à 7000 ans avant Jésus Christ. Un matériau similaire

était connu des égyptiens et des Romains, mais l’essor réel du béton tel qu’on le connaît

aujourd’hui est dû à l’anglais Joseph Aspdin en 1824.

Le béton est un terme générique qui désigne un matériau de construction composite

fabriqué à partir de granulats (sable, gravillons, graves) agglomérés par un liant. Le liant

peut être « hydraulique » (car il fait prise par hydratation ; ce liant est couramment appelé

ciment) ; on obtient dans ce cas un béton de ciment. On peut aussi utiliser un autre liant

autre que le ciment comme le bitume, la résine, l’argile, etc., ce qui conduit à la fabrication

du béton bitumineux ou d’hydrocarboné ; du béton de résine ; du béton d’argile, etc.

Lorsque les granulats utilisés avec le liant hydraulique se réduisent à des sables, on parle

alors de mortier (en pratique, lorsque la granulométrie des agrégats est inférieure à 8 mm

on parle de mortier, au-delà on parle de béton). Le béton est un mélange de plusieurs

composants : ciment, eau, air, granulats et le plus souvent, adjuvants qui doivent constituer

un ensemble homogène. Les composants sont très différents en fonction de la nature

recherchée. La pâte de ciment, élément actif du béton enrobe les granulats. L’objectif est

de remplir les vides existants entre les grains.

Dans un béton, l’ordre des grandeurs des % des constituants en général :

Eau Air Ciment Granulats

Volume 14 à 22 1 à 6 7 à 14 60 à 78

Poids 6 à 9 … 9 à 18 70 à 85

2. Composants du béton :

Le béton est un mélange de :

- Pâte pure (ciment + eau + air) ;

- Granulats (sables, gravillons et plus rarement pierres cassées) ;

- Produits d’addition éventuels (adjuvants).

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Chapitre 1

. Définitions et constituants du béton

2.1 Ciment courant :

Le ciment est un produit sous forme d’une poudre minérale fine ayant la propriété de durcir

au contact de l’eau, c'est-à-dire qui s’hydrate à froid pour former des constituants hydratés

stables pratiquement insolubles, et qui, après durcissement, conserve sa résistance et sa

stabilité même sous l’eau. La dimension des grains de ciment est caractérisée par la valeur

de la finesse Blaine qui mesure la surface totale des grains contenus dans 1 gramme ; la

finesse Blaine des ciments est de l’ordre de 3500 à 4500 cm2/g. la dimension caractéristique

des grains de ciment est d’environ 30 à 50µ.

Un ciment Portland est fabriqué à partir du mélange de calcaire (80 à 85%) et d’argile (15

à 20%) suite à la découverte de John Smeaton, père du génie civil en Angleterre (il

découvrit qu’un calcaire impur (contenant de l’argile) était un meilleur ciment hydraulique

qu’un calcaire pur). C’est un produit complexe constitué essentiellement de silicate

tricalcique 3CaO,SiO2, de silicate bicalcique 2Cao,SiO2, d’aluminate tricalcique

3CaO,Al2O3 et de ferro-aluminate tétracalcique 4CaO,Al2O3,Fe2O3.

La fabrication se fait dans une cimenterie ; par voie sèche ; selon le processus suivant :

- Extraction de la matière première de la carrière ;

- Concassage ;

- Broyage ;

- Dosage et homogénéisation du mélange cru ;

- Préchauffage et précalcination de 800 à 1100°C ;

- Cuisson dans un four rotatif incliné à 1450°C, le produit sortant s’appelle clinker ;

- Broyage du clinker et le gypse (5%), le produit sortant s’appelle CPA (Ciment

Portland Artificiel) ;

- Broyage du clinker, du gypse (5%) et des ajouts minéraux, le produit sortant

s’appelle CPJ (Ciment Portland composé) ;

- Le produit fini sera alors expédié soit en sacs soit en vrac.

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Chapitre 1

• Définitions et constituants du béton

Dès que le ciment anhydre est mélangé avec de l’eau, au bout d’un certain temps, le

mélange change de viscosité et se raidit, on dit qu’il fait prise. La période qui suit la prise

s’appelle durcissement qui dure 28 jours et pendant laquelle, le ciment diminue de volume

et provoque des fissures (retraits).

2.1.1 Les types de ciments :

Ce sont des matériaux qui font l’objet de fabrications industrielles et de contrôles

garantissant leur conformité aux normes. La conformité est attestée par la marque « NF –

liants hydrauliques ». Les ciments les plus usuels font l’objet de la norme NF P 15-

301 « Liants hydrauliques CIMENTS COURANTS, composition, spécification, et critère

de conformité » ; ils sont subdivisés en cinq types selon la nature et la proportion des

constituants.

Ciment Portland CPA-CEM I

Ciments Portland composés CPJ-CEM II

Ciments de haut fourneau CHF-CEM III

Ciments pouzzolaniques CPZ-CEM IV

Ciments au laitier et aux cendres CLC-CEM V

2.1.2 Les classes de résistance :

Les ciments sont répartis en trois classes, 32.5 – 42.5 – 52.5, définies par la valeur

minimale de la résistance normale du ciment à 28 jours.

La résistance normale d’un ciment est la résistance mécanique à la compression mesurée

à 28 jours et exprimée en N/mm2.

(1N/mm2 = 1 MPa = 10 daN/cm2 = 10 bars)

Désignation

de la classe

Résistances à la compression

à 2 jours à 28 jours

Limite

inférieure

Limite

inférieure

Limite

supérieure

32.5

32.5R

≥10

≥13.5 ≥32.5 ≤52.5

42.5

42.5R

≥12.5

≥20 ≥42.5 ≤62.5

52.5

52.5R

≥20

≥30 ≥52.5 -

La classe R correspond à une résistance au jeune âge plus élevée que la classe normale

correspondante.

Exemple1 : Un ciment Portland de classe de résistance 42.5 ayant une résistance élevée au jeune

âge, est identifié par :

Ciment CPA-CEM I 42.5R

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Chapitre 1

• Définitions et constituants du béton

Exemple 2 : Un ciment Portland composé, de classe 32.5 ayant une résistance ordinaire au jeune

âge, est identifié par :

Ciment CPJ-CEM II 32.5

2.2 Granulats :

Les granulats pour bétons sont des grains minéraux classés en fillers, sablons, sables,

gravillons, graves ou ballasts, suivant leurs dimensions comprises entre 0 et 125 mm.

Selon un concept traditionnel, les granulats constituent le squelette du béton, doivent être

propres et chimiquement inertes vis-à-vis du ciment, de l’eau et de l’air. Ils doivent

répondre à certaines exigences de forme, de texture de surface, de résistance à la

compression, de résistance à l’abrasion, de porosité et de tenue au gel. Ceux, qui sont

généralement moins déformables que la matrice de ciment, s’opposent à la propagation

des microfissures. Ils améliorent ainsi la résistance du béton.

Le choix d’un granulat est donc un facteur important de la composition du béton, qui doit

toujours être étudiée en fonction des performances attendues, spécialement sur le plan de

la durabilité.

La granulométrie est l’étude de la taille des grains qui forment le granulat, elle consiste à

tamiser le granulat sur une série de tamis à mailles carrées, de dimensions d’ouverture

décroissantes et à peser le refus (reste non tamisé) sur chaque tamis.

La norme indique la terminologie usuelle des granulats selon leurs dimensions :

- Fillers D < 2 mm,

- Sables 1 < D < 6,3 mm,

- Gravillons 1 mm < D < 125 mm,

Il existe différents types de granulats :

2.2.1 Les granulats roulés :

Les granulats alluvionnaires (dits roulés) ont une forme arrondie due à l’érosion. Ces

granulats sont lavés pour éliminer les particules argileuses (nuisibles à la résistance du

béton) et criblés pour obtenir différentes classes de dimension.

2.2.2 Les granulats de carrières :

Les granulats de carrière sont obtenus par abattage et concassage, ce qui leur donne

des formes angulaires. Les granulats concassés présentent des caractéristiques qui

dépendent de l’origine de la roche, de la régularité du banc, du degré de concassage....

2.2.3 Les granulats artificiels :

Par exemple, il peut être intéressant d’utiliser des granulats très légers (bois, polystyrène

expansé). Très légers (20 à 100 kg/m3) ils permettent de réaliser des bétons de masse

volumique comprise entre 300 et 600 kg/m3 (la masse volumique d’un béton est d’environ

2500 kg/m3). On voit donc leur intérêt pour les bétons d’isolation, mais également pour

la réalisation d’éléments légers : Blocs coffrant, blocs de remplissage, dalles, ou

rechargements sur planchers peu résistants.

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• Chapitre 1

• Définitions et constituants du béton

2.3 Eau de gâchage :

L’eau de gâchage est une composante essentielle pour la fabrication du béton, doit être

propre et ne contient pas d’impuretés (sans matières en suspension au-delà de 2g/l ; sans

sels dissous au-delà de 15g/l), l’eau potable convient toujours. L’eau de mer n’est pas

autorisée, sauf justifications spéciales et accord du maître de l’œuvre (béton non armé),

les eaux très pures (eau distillée, eau de pluie etc…) ne sont pas autorisées. Toute eau de

qualité douteuse doit être soumise à une analyse.

Elle sert à :

- L’hydratation du liant et au mouillage des granulats (fonction chimique);

- La plasticité requise du béton pour sa mise en œuvre (fonction physique).

L’eau dans la pâte de ciment hydraté est contenue sous différentes formes, notamment

sous forme d’eau libre, adsorbée et liée.

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/m3

- béton lourd………………………entre 1800 et 2500 kg/m3

- béton léger………………………entre 500 et 1800 kg/m3

- béton extra léger………………...inférieure à 500 kg/m3

Selon la non gélivité (résistance au gel) :

- béton lourd …………………………entre 5 et 30 Mpa.

- béton léger ………………………….entre 1 et 20 Mpa.

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Chapitre2 Ajouts minéraux

1. Introduction :

On peut fabriquer des bétons en utilisant seulement du ciment Portland. Cependant

la substitution partielle d’une certaine quantité de ciment par un ou plusieurs ajouts

minéraux lorsqu’ils sont disponibles à des prix compétitifs peut être avantageuse,

non seulement du point de vue économique, mais aussi du point de vue rhéologique

et parfois du point de vue résistance et durabilité.

La plupart des ajouts minéraux ont en commun de contenir une forme de silice

vitreuse réactive qui, en présence d’eau, peut se combiner à la température libérée

par l’hydratation du C2S et du C3S avec la chaux pour former un silicate de calcium

hydraté du même type que celui qui est formé durant l’hydratation du ciment

Portland. On peut écrire donc une pouzzolanique de la façon simple suivante :

Pouzzolane + chaux + eau Silicate de calcium hydraté

Il faut noter qu’à la température de la pièce, cette réaction est généralement lente et

peut se développer sur plusieurs semaines. Cependant plus la pouzzolane est fine et

vitreuse, plus sa réaction avec la chaux est rapide.

L’hydratation du ciment Portland libère une grande quantité de chaux par suite de la

réaction d’hydratation du C2S et du C3S (30 % de la masse anhydre du ciment). Cette

chaux contribue à la chute de résistance de la pâte de ciment hydratée. Elle peut même

être responsable des problèmes de durabilité puisqu’elle peut être assez facilement

lessivée par de l’eau.

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Chapitre 2 . Ajouts minéraux

Le seul aspect positif de la présence de chaux dans un béton est qu’elle maintient un

pH élevé qui favorise la stabilité de la couche de l’oxyde de fer que l’on retrouve sur

les armatures d'acier.

L’hydratation du ciment Portland libère une grande quantité de chaux par suite de

la réaction d’hydratation du C2S et du C3S (30 % de la masse anhydre du ciment).

Cette chaux contribue à la chute de résistance de la pâte de ciment hydratée. Elle peut

même être responsable des problèmes de durabilité puisqu’elle peut être assez

facilement lessivée par l’eau, ce lessivage augmente alors la porosité de la pâte de

ciment.

Quand on fabrique des bétons, si on utilise 20 à 30% de pouzzolane, théoriquement,

on pourrait faire réagir toute la chaux produite par l’hydratation du ciment portland

pour la transformer en C-S-H. Cependant, les conditions dans lesquelles on utilise le

béton sont très différentes de cette situation idéale et la réaction pouzzolanique n’est

jamais complète.

Ces matériaux étant des sous-produits industriels, leurs compositions chimiques sont

en général moins bien définies que celle du ciment Portland.

2. Classification des ajouts minéraux :

Selon la norme [ENV 2006] paragraphe 3.1.5, les ajouts minéraux dans le ciment

sont classés en actifs et inertes. On distingue quatre classes d’ajouts minéraux :

2.1 Les ajouts minéraux actifs :

2.1.1 La pouzzolane :

Les pouzzolanes sont des matériaux, naturels ou artificiels, capables de réagir en

présence d’eau avec l’hydroxyde de chaux pour donner naissance à des composés

nouveaux, stables, peu solubles dans l’eau et possédants des propriétés liantes.

Les normes françaises donnent les définitions suivantes des pouzzolanes entrant dans

la fabrication des ciments :

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Chapitre 2 . Ajouts minéraux

Pouzzolane naturelle :

Est un produit d’origine volcanique essentiellement composé de silice, d’alumine et

d’oxyde de fer ayant naturellement des propriétés pouzzolaniques. Elle peut être

d’origine volcanique : verre volcanique, ponce, rhyolite, tufs, zéolite ou d’origine

sédimentaire : terre à diatomées, diatomites.

Pouzzolane artificielle :

C’est une matière essentiellement composée de silice, d’alumine et d’oxyde de fer

ayant subi un traitement thermique pour lui assurer des propriétés pouzzolaniques.

Les roches traitées thermiquement : argiles, schistes, latérite, bauxite et moler.

Le professeur Massaza classe les pouzzolanes en trois catégories :

- Les constituants actifs : phase vitreuse plus au moins altérée, opale, terre de

diatomées, zéolites cristallisées.

- Les constituants inertes : phase cristallisée autre que les zéolites.

- Les constituants nocifs : substances organiques et argiles gonflantes.

Propriétés et caractéristiques des pouzzolanes :

Les pouzzolanes sont des roches " acides " ayant des teneurs élevées en silice et en

alumine (Entre 70 et 80% pour les deux composants ensemble), puis en fer, en alcalins,

en magnésie et en chaux.

Les pouzzolanes naturelles d’origine sédimentaire ont des teneurs en silice encore plus

élevées. (Cas des squelettes siliceux de micro-organismes).

Les quantités de chaux sont limitées, ce qui explique par ailleurs, la capacité des

pouzzolanes à fixer la chaux.

Les pouzzolanes sont formées surtout d’éléments vitreux. Elles sont plus au moins

réactives. La réactivité est l’aspect chimique de fixation de la chaux.

L’activité pouzzolanique s’explique par une attaque lente de la silice et de l’alumine

des pouzzolanes par l’hydroxyde de chaux (portlandite).

Des tests chimiques basés sur la quantité de chaux absorbée ou sur la vitesse de

fixation ne suffisent pas pour déterminer la réactivité pouzzolanique.

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Chapitre 2 . Ajouts minéraux

D’autre part, la connaissance séparée des propriétés de chacun des constituants ne permet

pas de prévoir le comportement des mélanges. Seuls les résultats des essais de l’évolution

des résistances mécaniques dans le temps permettent de conclure.

Tous les matériaux appelés « pouzzolanes » ne possèdent pas forcément cette propriété.

On peut dans certains cas, activer les pouzzolanes par certains procédés :

-Ajouts de produits chimiques.

- Broyage à une finesse plus élevée.

-Traitement thermique.

En plus de ces caractéristiques, on cite les propriétés suivantes :

Propriétés hydrauliques : La pouzzolane réagit avec l’eau, en présence d’une

quantité suffisante de chaux, pour former des hydrates stables, peu solubles et

résistants à long terme.

Propriétés physiques de remplissage : En plus de leur effet pouzzolanique, elles

jouent un rôle de remplissage des pores des produits hydratés et de correcteurs

granulaires, ce qui améliore la compacité et diminue la perméabilité.

2.1.2 Le laitier de haut fourneau :

Le laitier de haut fourneau, ou le laitier broyé comme il voudrait peut- être mieux

l’appeler est un sous-produit de la fabrication de la fonte brusquement refroidi par

aspersion d’eau, c’est un matériau hydraulique lorsqu’il est activé. Il se présente sous

forme de nodules dont la composition chimique comporte de l’oxyde de calcium dans

des proportions de l’ordre de 40 à 50 %, de la silice entre 25 à 35%, de l’alumine entre

12 à 30% ainsi que la magnésie et d’autres oxydes en très faibles quantités, tous ces

éléments étant pratiquement les mêmes que ceux du clinker.

D'un point de vue chimique (tableau II.1), les laitiers ont une composition relativement

constante à laquelle le métallurgiste porte une certaine attention puisque tout écart par

rapport à cette composition chimique optimale se traduit par une augmentation des coûts

énergétiques assez importants et donc à des coûts de production plus élevés pour la

fabrication de la fonte. Le laitier est fondu à une densité beaucoup plus faible (de l’ordre

de 2.8) que celle de la fonte (qui est supérieure à 7.0) de telle sorte que le laitier fondu

flotte au – dessus de la fonte fondue au bas du haut fourneau si bien que l’on peut

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Chapitre 2 . Ajouts minéraux

peut soutirer ces deux liquides séparément.

OXYDES Laitier français Laitier nord U S A Laitier algérien

% SiO2 29 à 36 33 à 42 38 à 42

% AI2O3 13 à 19 10 à 16 8 à 12

% CaO 40 à 43 36 à 45 48 à 52

% Fe2O3 4 0.3 à 20 2.0

% MgO 6 3 à 12 4.7

Tableau II.1 : Composition chimique type de laitiers de haut fourneau.

Le laitier peut être mélangé avec du ciment après avoir été séparé ou après avoir été broyé

avec le clinker. Le laitier retient moins bien l’eau de gâchage que le ciment Portland et

craint donc d’avantage la dessiccation. Par contre il résiste normalement mieux à l’action

destructrice des sulfates, à la dissolution de chaux par les eaux pures ainsi que par celles

contenant du gaz carbonique.

La réactivité du laitier peut être augmentée de trois façons :

- Broyage poussé.

-Chaleur (étuvage, autoclavage).

-Produits chimiques (la chaux, la soude (Na OH) ou des sels de soude, le sulfate de

calcium (gypse).

2.1.3 La fumée de silice :

La fumée de silice est un sous-produit de la fabrication du silicium, de différents alliages

de Ferro silicium ou de zircone. Le silicium et les alliages de silicium sont produits dans

des fours à arc électrique où le quartz est réduit en présence de charbon (et de fer pour la

production de Ferro silicium). Durant la réduction de la silice dans l’arc électrique, un

composé gazeux, SiO se forme et s’échappe vers la partie supérieure du four, il se

refroidit, se condense et s’oxyde sous forme de particules ultrafines de silice SiO2. Ces

particules ont été récupérées dans un système de dépoussiérage.

D’un point de vue chimique, la fumée de silice est essentiellement composée de silice

(Tableau II.2).

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Chapitre 2 . Ajouts minéraux

La teneur en SiO2 de la fumée de silice varie selon le type d’alliage produit. Plus la teneur

en silicium de l’alliage est élevée plus la teneur en SiO2 de la fumée de silice est élevée.

Les fumées de silice produites durant la fabrication de silicium métal contiennent en

général plus de 90% de SiO2. La fumée de silice produite lors de la fabrication d’un alliage

Fe –Si à 75% à une teneur en silice généralement supérieure à 85%.

Du point de vue structural, la fumée de silice est essentiellement composée de silice

vitreuse. Du point de vue morphologique, les particules de fumée de silice se présentent

sous forme de sphères ayant des diamètres compris entre 0.03 µ m et 0.3 µ m (le diamètre

moyen habituel se situant en dessous de 0.1 µ m), de telle sorte que la dimension moyenne

des sphères de fumée de silice est 100 fois plus faible que celle d’une particule de ciment

avec un diamètre moyen de l’ordre de 1/ 10 de micron.

Composés Silicium (grise) Ferro silicium (grise) Blanche

% SiO2 93.7 87.3 90.0

% AL2 O3 0.6 1.0 1.0

% CaO 0.2 0.4 0.1

% Fe2O3 0.3 4.4 2.9 % MgO 0.2 0.3 0.2

% Na2O 0.2 0.2 0.9 % K2O 0.5 0.6 1.3

% Perte au feu 2.9 0.6 1.2

Tableau II.2 Composition chimique type de certaines fumées de silice.

Les caractéristiques très particulières de la fumée de silice en font une pouzzolane très

réactive à cause de sa très forte teneur en silice, de son état amorphe et de son extrême

finesse. Les effets bénéfiques de la fumée de silice sur la microstructure et les propriétés

mécaniques du béton sont dus essentiellement à la rapidité à laquelle la réaction

pouzzolanique se développe et à l'effet physique particulier aux particules de fumée de

silice qui est connu sous le nom d’effet filler. Ces deux effets entraînent à la fois une forte

augmentation de la compacité et une amélioration des résistances mécaniques du fait de

la réaction pouzzolanique des fumées de silice. Ajoutons cependant que la fumée de silice

est un matériau peu économique. La fumée de silice est aussi appelée micro silice ou

fumée de silice condensée, mais le terme fumée de silice est le plus généralement utilisé.

La densité de la fumée de silice est généralement de 2.2, mais aussi un peu plus élevée

lorsque la teneur en silice est plus faible. Elle est moins dense que le ciment Portland dont

la densité est 3,1.

Ce produit se présence sous la forme d’une poudre ultra fine de couleur claire ou grise.

Lorsque

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Chapitre 2 . Ajouts minéraux

Lorsque l’on considère les propriétés du béton aux fumées de silice, il importe de garder

à l’esprit qu’on utilise ces dernières de deux manières différentes :

Comme substitue du ciment, pour réduire les quantités de ciment utilisées, en général

pour des raisons d'économie Comme ajout, pour améliorer les propriétés du béton, aussi

bien à l’état frais qu’à l’état durci.

2.1.4 Les cendres volantes :

Les cendres volantes sont des particules très fines récupérées par les systèmes de

dépoussiérages des gaz des chaudières des centrales thermiques. Les cendres volantes

peuvent avoir différentes compositions chimiques et différentes compositions de phase

parce que celles – ci sont reliées exclusivement au type d’impuretés qui sont contenues

dans le charbon que l’on brûle dans la centrale thermique. Des charbons provenant de la

même source et utilisés dans la même centrale thermique produisent des cendres volantes

très semblables.

Cependant, comme on peut le voir dans le tableau II.3. La composition chimique des

cendres volantes qui proviennent de différentes usines peut varier beaucoup. Les

particules de cendres volantes peuvent avoir des formes très différentes les unes des

autres. Elles peuvent avoir une forme sphérique, avec une distribution granulométrique

semblable à celle du ciment Portland, elles peuvent contenir des sphères creuses et même

dans certains cas, elles peuvent contenir seulement des particules angulaires.

Les cendres volantes se divisent en trois catégories :

Les cendres silico- alumineuses (cendre de houille) Les cendres sulfo calciques (cendre de

lignite). Des cendres non typifiées de composition irrégulière ou de propriétés assez

incertaines.

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Chapitre 2 . Ajouts minéraux

Composés Classe F Classe F Classe C Sulfo-

calcique Sulfo-

calcique

SiO2 59.4 47.4 36.2 24.0 13.5

AI2O3 22.4 21.3 17.4 18.5 5.5

Fe2O3 8.9 6.2 6.4 17.0 3.5

CaO 2.6 16.6 26.5 24.0 56

MgO 1.3 4.7 6.6 1.0 1.8

Na2O 2.2 0.4 2.2 0.8 .....

SO3 2.4 1.5 2.8 8.0 15.1

Perte au feu 2.0 1.5 0.6 ….. …..

SiO2+AL2O3+Fe2O3 90.7 74.9 60 59.5 22.5

Chaux libre …… … ….. …… 28.0

Tableau II.3 Composition chimique type de certaines cendres volantes d’après Aitcin.

La plupart des particules ont un diamètre compris entre 1µ m et 100µm, leur surface

spécifique Blaine se situe généralement entre 250 et 600 m2/kg. La grande surface

spécifique des cendres volantes signifie que le matériau réagit facilement avec

l’hydroxyde de calcium.

D’une façon générale, l’introduction des cendres volantes dans le béton diminue la

porosité et la perméabilité. Elle diminue la sensibilité du béton aux eaux agressives,

en fixant progressivement la chaux. La cendre volante permet au béton de conserver

sa compacité et de rester imperméable.

Il est reconnu que l’emploi des ciments aux cendres volantes entraîne une diminution

du retrait hydraulique et thermique du béton.

En plus des propriétés décrites, lorsqu’elles sont utilisées comme une fraction liante, les

cendres volantes jouent également d’autres rôles dans le béton tels que l’amélioration de

l’ouvrabilité, la diminution de la proportion d’eau pour le béton frais et l’imperméabilité

des surfaces.

2.2 Principaux ajouts minéraux inertes:

Selon certains chercheurs, les particules de clinker de dimension supérieure à 60 µ m

ne subissent pas une hydratation complète même au cours du durcissement à long terme,

pour cette même raison les particules de clinker de telle dimension pourraient être

remplacées par celles de matériaux inertes (N F P 18- 305)

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Chapitre 2 . Ajouts minéraux

En outre, les particules les plus fines d’un ajout inerte servent à remplir les pores de la

p â t e de ciment, ils jouent le rôle de micro agrégats.

Ce sont des matériaux quasiment inertes, organiques naturels ou synthétiques

spécialement sélectionnés qui, par leur composition granulométrique améliorent les

propriétés physiques du ciment Portland (ouvrabilité, pouvoir de rétention d’eau, …).

Parmi ces additifs on distingue les fillers calcaires et la poussière.

2.2.1 Fillers calcaires:

Les produits désignés dans le commerce comme fillers sont des poudres fines à

granulométrie contrôlée, dont les plus gros grains ne dépassent pas 80 microns obtenus

par broyage ou par pulvérisation de certaines roches (calcaires, basalte, bentonite,

cendres volantes ……). Les fillers se différencient les uns des autres par :

leur origine, leurs compositions chimiques et minéralogiques, leurs défauts

de structure, les impuretés qui’ ils contiennent.

leur finesse, la forme des grains.

leur dureté, leur porosité.

Un filler est dit calcaire s’il contient au moins 90% de carbonate de calcium. Dans les

autres cas, le filler est désigné par le nom de sa roche d’origine.

Les différents résultats montrent que les fillers calcaires ajoutés à un CPA Peuvent jouer

plusieurs rôles :

Un rôle de remplissage en substitution du ciment dans les éléments fins de

la courbe granulométrique (bétons ouvrables retenant mieux l’eau).

Un rôle rhéologique par leur pouvoir fluidifiant sur la pâte interstitielle.

Un rôle chimique et physique conduisant à l’accélération de l’hydratation

du C3S et du C3A et à la formation de carbo aluminates : germes de

cristallisation et points d’ancrage des hydrates.

Un rôle physique en permettant un arrangement initial différent ce qui

réduit l’épaisseur entre la pâte et le granulat.

2.2.2 La poussière:

La poussière est une matière à particules fines, récupérée à la sortie du four, lors

Page 17: Master : Matériaux en Génie Civil

17

Chapitre 2 . Ajouts minéraux

de son passage avec la fumée, sa finesse est comprise entre 7000 et 9000 cm 2/ g. le ciment

composé avec la poussière a des caractéristiques mécaniques et une résistance au gel-

dégel comparable à celle du ciment sans ajouts. Le temps de prise, le fluage et le retrait

augmente avec l’augmentation du pourcentage d’ajout.

3. L’intérêt de l’utilisation des ajouts minéraux dans le génie civil :

Intérêt du point de vue économique :

L’introduction des ajouts dans la confection du ciment présente un facteur

bénéfique car la consommation en clinker baisse en fonction des taux d’ajouts. En effet,

le clinker étant obtenu par transformation de la crue (argile + calcaire) nécessite une

dépense d’énergie très importante pouvant être réduite par l’introduction de cet ajout.

La réaction pouzzolanique étant à base de produits de faible coût et la durabilité est

garantie puisque les romains utilisent déjà ce mécanisme chimique dans leurs ciments

pour la confection d’ouvrages qui ont fait leur preuve depuis de nombreux siècles.

Des sous-produits industriels tels que les cendres volantes et fumées de silice

condensées sont de plus en plus utilisées dans les pays industrialisés parce qu’ils sont

des déchets d’usine. Contrairement aux pouzzolanes naturelles, il n’est pas nécessaire de

les pulvériser ou de les soumettre à un traitement thermique avant de s’en servir.

Plusieurs pays comme la Chine, la Grèce, l’Italie, l’inde et le Mexique, utilisent encore

des millions de tonnes de pouzzolanes naturelles pour fabriquer des ciments Portland

composés. Pour des raisons d’épargne d’énergie, il y a tout lieu de croire que l’utilisation

de ces matériaux se poursuivra et se développera de plus en plus.

Intérêt du point de vue technique :

L’intérêt technique des ajouts réside en premier lieu dans le fait qu’ils permettent

l’obtention d’un ciment dont les performances sont aussi bonnes que celles d’un CPA

(ciment Portland) de même classe de résistance. Parfois la chute de résistance à court

terme limite l e u r utilisation en préfabrication. En second lieu, les ciments composés

(CPA + ajouts) présentent souvent l’avantage sur le CPA, d’une meilleure résistance aux

agressions chimiques. Le remplissage des vides est lui- même aussi responsable de la

durabilité du mortier ou béton obtenu.

Page 18: Master : Matériaux en Génie Civil

18

Chapitre 2 . Ajouts minéraux

En effet, les actions chimiques sont réduites quand la portlandite est moins

abondante, soit qu'elle est diluée (ciment au laitier), soit qu’elle est consommée (ciment

à la cendre ou à la pouzzolane naturelle). La réduction de la teneur en clinker

s’accompagne par ailleurs d’une réduction proportionnelle du taux de C3A du mélange

et par conséquent du risque de dégradation sulfatique.

Les ciments composés seront toujours recommandés chaque fois que les bétons

seront exposés aux agents agressifs (ouvrages à la mer ou bien exposés aux produits

chimiques).

Certains avantages techniques que présente l’utilisation des pouzzolanes dans le

béton ne peuvent pas être atteints lorsqu’un CPA est utilisé seul. Parmi ces avantages,

mentionnons une plus grande ouvrabilité, une maniabilité accrue, une meilleure

étanchéité à l’eau (l’ajout rend le béton plus compact), une réduction de la chaleur

d’hydratation et des risques de fissuration sous l’effet de l’action thermique et une plus

grande durabilité au milieu sulfaté ou acide.

4. L’utilisation des ajouts en Algérie :

L’industrie cimentaire est d’importance primordiale pour l’Algérie comme tous pays

en voie de développement. Cependant, parmi les moyens efficaces qui existent pour

augmenter la production du ciment est celui d’utiliser des ajouts qui sont très peu

coûteux et disponibles en grandes quantités en Algérie, comme le laitier d’El – Hadjar, le

calcaire et la pouzzolane naturelle de Béni – Saf. Le (tableau II.4) donne une idée sur les

ajouts utilisés dans les cimenteries algériennes .

Cimenterie Ajouts utilisés

Ain Touta Laitier + calcaire

Ain El Kebira Laitier + pouzzolane Hamma Bouziane Laitier + calcaire H’djar Essaoud Laitier

Tebessa Laitier

Meftah Tuf / Calcaire

Raiss Hamidou Poussière Sour EL Ghozlane Calcaire/Tuf

Chlef Calcaire

Béni Saf Pouzzolane Zahana

Saida

Tableau II.4.

Utilisation des ajouts

dans les cimenteries

algériennes.

Page 19: Master : Matériaux en Génie Civil

19

Chapitre3 Adjuvants chimiques

1. Introduction:

D’après certaines recherches, l’existence des adjuvants date de l’époque

romaine. Les adjuvants à cette époque auraient été du jaune d’œuf ou du sang ajoutés

aux bétons de chaux et de pouzzolanes.

Entre les années 1875 et 1890, on ajoute au ciment portland du gypse ou du chlorure

de calcium pour régulariser la prise.

En 1888, CANDLOT montra que l’addition du chlorure de calcium (CaCl2)

permettait d’accélérer ou retarder la prise du ciment.

A côté des accélérateurs, des hydrofuges pour l’étanchéité des réservoirs ont été

utilisés. L’ajout de la chaux grasse en 1895 par CANDLOT (France) pour améliorer

la plasticité et en 1906 aux USA pour la construction de réservoirs.

C’est également au début du siècle qu’on essaya du silicate de soude pour améliorer

l’imperméabilité.

En 1909 le sucre a été utilisé comme retardataire de prise.

La commercialisation d’adjuvants permettant d’améliorer certaines qualités du béton

débuta en 1910 (hydrofuges – accélérateurs de prise).

En 1929, RENGADE découvrit que la poudre de zinc (ZnO) agit comme un

retardateur puissant sur le ciment.

Les plastifiants furent commercialisés en 1935.

Les entraîneurs d’air apparaissent en 1939 aux USA puis en 1947 en Europe.

C’est après 1960 que les adjuvants se sont développés et que des recherches sont

effectuées un peu partout dans le monde, plus particulièrement au Japon depuis 1970.

Page 20: Master : Matériaux en Génie Civil

20

Chapitre 3 . Adjuvants chimiques

Définition :

On appelle adjuvant, tout ingrédient autre que le ciment, les granulats et l’eau, que

l’on ajoute au mélange.

Ce sont le plus souvent des polymères de synthèse au poids moléculaire assez élevé

(20000 – 30000).

Les adjuvants de béton sont des produits chimiques solubles dans l’eau qui modifient

principalement :

Les solubilités

Les vitesses de dissolution

L’hydratation des divers constituants d’un liant hydraulique

Mode d’action :

Leur action est différente d’un adjuvant à un autre en contact des grains de ciment.

D’une manière générale, les adjuvants enrobent le grain de ciment pendant

l’hydratation pour augmenter une charge négative sur la surface de la particule de

ciment.

1.1 Fonctions :

Les adjuvants possèdent une fonction principale et une fonction secondaire :

Fonction principale:

Chaque adjuvant est défini par une fonction principale unique. Elle est caractérisée

par la ou les modifications majeures qu’elle apporte aux propriétés du béton à l’état

frais ou durci.

Cette fonction peut varier selon le dosage de l’adjuvant et les matériaux utilisés.

Fonctions secondaires:

En plus de sa fonction principale, un adjuvant peut avoir une ou plusieurs fonctions

secondaires (ex : plastifiant–retardataire, retardataire–plastifiant–réducteur d’eau).

Un adjuvant n’est pas palliatif. Il n’a ni pour effet ni pour mission de faire un bon

béton à partir d’un mauvais dosage, d’une mauvaise composition ou d’une mise en

œuvre déf ec tu euse . « Ce n’est pas un produit miracle »

Page 21: Master : Matériaux en Génie Civil

21

Chapitre 3 . Adjuvants chimiques

Bien au contraire il peut avoir des effets secondaires néfastes au béton.

On peut classer les adjuvants selon leur fonction dans les catégories suivantes :

les superplastifiants

les retardateurs

les accélérateurs

les hydrofuges

On peut également citer d’autres adjuvants tels que :

les produits de cure

les entraîneurs d’air

2. Les retardateurs :

Les adjuvants retardateurs sont souvent des mélanges de :

Lignosulfonates : Ce sont des sous-produits de la cellulose obtenus par

un procédé au bisulfite dans le traitement du bois. Leur taux élevé en sucre

(xylose) est la raison de l’effet retardateur.

Gluconate de sodium : retardateur très actif CH2 0H (CH0H)4 C00 Na

Gluconate de Calcium

Acide citrique

Le borax

Les sucres (glucose, saccharose….)

2.1 Mode d’action :

Les retardateurs peuvent agir en diminuant la vitesse d’hydratation de certains

constituants anhydrides des ciments.

En se précipitant autour des grains de ciment ou en formant avec la chaux des

précipités enrobant certaines parties des grains anhydrides (CaSO4). Il y a donc une

formation d’une enveloppe plus ou moins imperméable et d’épaisseur variable.

Le retard va dépendre alors :

de l’épaisseur de l’enveloppe

Page 22: Master : Matériaux en Génie Civil

22

Chapitre 3 . Adjuvants chimiques

de son imperméabilité

de sa composition (de l’enveloppe crée par l’adjuvant)

du pH du milieu

L’action va dépendre surtout de la teneur en C3A et C3S, des alcalins et des sulfates

dans le ciment.

2.1.2 Domaine d’utilisation :

Les retardateurs sont utilisés :

par temps chaud

en cas de transport du béton sur de longues distances

en cas de bétonnage partiel (reprise de bétonnage)

3. Les accélérateurs :

On distingue 2 sortes d’accélérateurs :

les accélérateurs de prise

les accélérateurs de durcissement

3.1 L’accélérateur de prise:

C’est un adjuvant dont la fonction principale est d’accélérer le début et la fin de prise

du ciment.

Mais en contrepartie, l’accélération recherchée peut entraîner une résistance

mécanique moins élevée que le témoin.

Mode d’action :

Les adjuvants chimiques sont des produits solubles dans l’eau et le plus souvent

d’origine minérale : acide ou base forte et leurs sels.

Ils agissent en modifiant sélectivement la solubilité et la vitesse d’hydratation des

liants constituant anhydrides.

Certains accélérateurs sont plus efficaces avec un ciment portland qu’avec un ciment

en forte teneur en constituants secondaires (CPJ)

Produits de base :

Les produits de base sont classés en 2 catégories

Page 23: Master : Matériaux en Génie Civil

23

Chapitre 3 . Adjuvants chimiques

Adjuvants chlorés :

Exemples:

Chlorure de calcium

Chlorure de sodium

Mélanges de chlorure

A noter que l’utilisation des adjuvants chlorés dépassant 1g par litre de concentration

sont fortement déconseillés pour les bétons armés : le chlore est un agent corrosif.

Adjuvants non chlorés:

Exemples:

Aluminate de soude, de potasse

Silicate de soude, de potasse

Nitrate de calcium

Le silicate de soude est un adjuvant très accélérateur (Na2 Si03). Il est surtout utilisé

dans les projections de béton.

C’est un raidisseur qui épaissit les interstices aqueux en accroissant le seuil de

cisaillement de la pâte de ciment ; ce qui nous donne dès les premières minutes (voire

des secondes) une formation de gel de silice.

C’est également un bon hydrofuge.

3.2 Les accélérateurs de durcissement :

Ces adjuvants ont la fonction principale d’accélérer le développement des résistances

initiales du béton

Dans certains cas, ces résistances mécaniques peuvent être ultérieurement moins élevées

que le témoin (ex : le silicate de soude pour les bétons projetés).

L’utilisation d’un superplastifiant, haut réducteur d’eau permet d’obtenir des temps de

prise plus rapides et un durcissement accéléré.

Page 24: Master : Matériaux en Génie Civil

24

Chapitre 3 . Adjuvants chimiques

4. Les superplastifiants :

Définition :

Selon la norme NA774, un superplastifiant est un adjuvant qui, introduit dans un

béton, un mortier ou coulis, a pour fonction principale de provoquer un accroissement

important de l’ouvrabilité du mélange.

Mode d’action :

L’action d’un superplastifiant passe nécessairement par son adsorption sur les

particules de ciment.

En se fixant sur les grains de ciment, elle modifie la nature des charges électriques.

Les grains de ciment ont alors tendance à s’éloigner les uns des autres du fait qu’ils

ont tous la même charge et s’entoure d’un film d’eau très mince.

Ainsi on obtient un grain de fluidité, puisque les grains de ciment sont mieux

dispersés. L’eau existante sert alors de fluidifier le béton.

Dans certains cas, l’ajout du superplastifiant est directement additionné dans la toupie

du camion afin d’éviter une perte de fluidité pendant le trajet.

Le superplastifiant est ajouté dans le béton puis malaxé pendant 3 minutes dans la

toupie à vitesse maximum.

Il suffit de reconnaître que les adjuvants en général et les superplastifiants en

particulier, s’ils sont bien utilisés, sont des constituants essentiels pour des bétons

durables.

Il est possible enfin de confectionner des bétons imperméables et résistants aux agents

chimiques grâce aux adjuvants et un rapport E/C très bas (≤ 0.35).

Bien sûr, il ne faut pas aussi négliger le temps de mûrissement d’un béton. Cette étape

est aussi importante que la confection du béton lui–même.

Nous verrons plus loin les moyens et les méthodes utilisés pour la protection des bétons

frais.

Page 25: Master : Matériaux en Génie Civil

25

Chapitre 3 . Adjuvants chimiques

4.1 Classification :

Les plastifiants -réducteurs d’eau :

Ce sont essentiellement des adjuvants fabriqués à base de lignosulfonates modifiés et

éventuellement certains gluconates.

Leur addition dans le béton réduit considérablement la teneur en eau (10%) pour une

ouvrabilité identique à celle d’un béton non adjuvanté.

Les superplastifiants -haut réducteur d’eau :

Leurs actions sont plus importantes sur les bétons que celles des plastifiants-

réducteurs d’eau. Ils permettent, à teneur égale en eau, d’augmenter

considérablement l’ouvrabilité des bétons. On ne pourrait obtenir les mêmes effets

avec les plastifiants – réducteur d’eau même en augmentant considérablement ces

dosages en raison des effets secondaires : retard de prise, excès d’air occlus...

Parmi les superplastifiants - haut réducteur d’eau les plus connus on citera :

Les polynaphtalènes sulfonés (PNS)

Avec une chaîne moléculaire environ de 2000, les polynaphtalènes sulfonés (PNS)

peuvent donner une réduction d’eau jusqu’à 25%.

Les sulfonates de mélamine (MS)

Les polymères carboxyliques d’éther (PCE)

Ce sont les adjuvants de la nouvelle génération.

Avec leur molécule de longues chaînes latérales et un poids moléculaire élevé

(n ≥ 40000), les polycarboxyliques d’éther arrivent à réduire l’eau d’environ 30%.

Leur particularité est le maintien de l’ouvrabilité durant de longues heures (selon le

dosage et le type de ciment utilisé) sans avoir un effet retardataire.

Le mode d’action est différent d’un superplastifiant à un autre.

Les molécules des superplastifiants viennent se fixer par adsorption à la surface du

ciment. Elles peuvent agir soit:

Par formation d’une couche lubrifiante isolant ces grains de ciment les uns

des autres (ex : les mélamines sulfonées)

Page 26: Master : Matériaux en Génie Civil

26

Chapitre 3 . Adjuvants chimiques

En créant des forces de répulsions suffisantes pour empêcher le contact entre

les grains (ex : les polynaphtalènes sulfonés)

En réduisant la tension superficielle de l’eau par rapport au

ciment (ex : les lignosulfonates de Ca ou Na modifiés)

Par le nouveau mécanisme d’action successif : la première agit

immédiatement et la seconde au fur et à mesure que la basicité du mélange

augmente. Ce qui explique le prolongement de l’ouvrabilité sans effet

retardateur

(ex: le polycarboxylique d’éther).

4.2 Autres superplastifiants :

Les bétons auto–nivelant (BAN) les bétons auto–plaçants (BAP) :

Il existe des adjuvants superplastifiants haut réducteurs d’eau conçus spécialement

pour ce genre de bétons.

En plus de leurs actions principale et secondaire, ils augmentent la viscosité du béton

afin d’éviter toute ségrégation.

Les bétons coulés dans l’eau :

Un béton coulé dans l’eau ne doit pas "lessiver".

Pour éviter ce problème on fait recours à un superplastifiant additionné à un

épaississant (éther cellulose).

Le rôle de ce dernier est de modifier la viscosité du béton afin d’éviter tout effet de

lessivage.

4.3 Influence sur le moment d’addition de superplastifiant dans le béton :

L’addition du superplastifiant ne doit jamais se faire sur un béton sec (c’est-à-dire

avant l’ajout de l’eau). Il sera absorbé par les agrégats et le sable d’où son inefficacité

avec le ciment.

Le superplastifiant est plus efficace lorsqu’il est ajouté après l’humidification du

béton (environ 75% de l’eau de gâchage) ou fractionné dans le cas d’un E/C très bas :

1/3 dans l’eau de gâchage

Page 27: Master : Matériaux en Génie Civil

27

Chapitre 3 . Adjuvants chimiques

2/3 vers la fin du malaxage

Le temps optimal d’addition du superplastifiant dans le béton est 2 minutes après le

mélange eau–ciment-agrégats.

A ce moment, le superplastifiant reste suffisamment disponible pour jouer son rôle

de dispersant du C3S et C2S, et ce qui explique l’augmentation de la fluidité.

4.4 Incompatibilité superplastifiant – ciment :

Ces phénomènes d’incompatibilité ciment- super plastifiant sont dus à une interaction

entre le superplastifiant et le sulfate de calcium (gypse-CaSO4- 2H2O) contenu dans

le ciment, en empêchant ce dernier de débloquer l’hydratation du C3A en formant une

coquille d’etringite.

Ce problème d’incompatibilité se présente surtout dans les bétons à faible E/C (BHP).

Dans tel cas on remarque une perte de fluidité (affaissement) rapide.

Cependant, cette incompatibilité est très rarement remarquée dans les bétons avec un

E/C > 0,5.

5. Les hydrofuges :

Ce sont des produits qui améliorent l’étanchéité des bétons et protègent de

l’humidité, en arrêtant l’absorption capillaire.

On distingue deux sortes d’hydrofuges :

Les hydrofuges de masse :

Ces produits peuvent se présenter sous forme de liquide ou poudre.

Ils sont introduits directement dans la bétonnière (pendant le malaxage) ou dilués

dans l’eau de gâchage, s’il s’agit d’une poudre.

Ils sont constitués de particules très fines qui, en se gonflant viennent comblées les

pores se trouvant dans le béton.

Ces produits ne sont efficaces que si le béton, est bien compact et homogène.

Les hydrofuges ne doivent pas s’employer systématiquement dans la masse du béton

mais plutôt dans les enduits de revêtement.

Page 28: Master : Matériaux en Génie Civil

28

Chapitre 3 . Adjuvants chimiques

Les hydrofuges de surface :

Ces hydrofuges s’appliquent sur le béton durci directement : à la brosse, pinceau ou

aussi pulvérisés.

Ils sont constitués à base de résine acrylique, vinylique ou silicone. Certains produits

sont aussi à base de bitume.

6. Les entraineurs d’air :

Leur rôle est de créer dans le béton des bulles d’air microscopiques. Le diamètre de

ces bulles varie entre 10 et 200µ.

L’air entraîné dans le béton a été remarqué accidentellement pour la première fois

aux USA vers les années 1938.

Il a été constaté que des tronçons de routes en béton contenant des bulles d’air

résistaient mieux au gel que les autres tronçons.

C’est en 1939 qu’apparurent les premiers produits entraîneurs d’air aux Etats Unis

et après la seconde guerre mondiale en Europe.

Ces adjuvants sont surtout utilisés pour améliorer la tenue du béton durci au gel et

au cycle gel- dégel.

Les bulles d’air doivent être nombreuses, suffisamment petites (60 et 100µ) et

réparties uniformément dans la masse, pour pouvoir, plus tard, servir de «barrage»

dans le réseau des canalicules. Elles pourront éventuellement recueillir l’eau et la

glace remontant par capillarité. L’air occlus permet aussi:

D’améliorer la maniabilité du béton

De diminuer le ressuage

Mais il est important de souligner que l’addition d’un entraîneur d’air dans le

béton, diminue les résistances mécaniques de béton.

Le pourcentage d’air occlus dans le béton ne doit pas dépasser 6%.

L’adjuvant est introduit directement dans la bétonnière pendant le malaxage du

béton.

En général ces adjuvants sont composés à base de :

Sels de résines de bois

Lignosulfonates

Tensio–actifs

Huiles minérales ou végétales

Page 29: Master : Matériaux en Génie Civil

29

Chapitre4 Formulation du béton

1. Introduction :

La formulation d’un béton consiste à déterminer les quantités et les qualités des

composants d’un béton afin que celui-ci réponde à des exigences spécifiques à l’état

frais et à l’état durci.

Les méthodes de composition se subdivisent en deux types :

Les méthodes à « granularité continue », si la courbe sur le graphique

granulométrique s’élevant d’une façon continue ; autrement dit du plus petit

grain de ciment de dimension dc ≈ 6.3µm au plus gros grain D des

graviers.

Toutes les grosseurs intermédiaires sont représentées.

Exemple : béton constitué d’un sable 0/5 mm et deux graviers 5/20 mm et 20/50 mm.

Les méthodes à « granularité discontinue », lorsque la courbe granulométrique

correspondante présente un palier qui équivaut à un manque d’élément

intermédiaire.

Exemple : béton constitué d’un sable 0/5 mm et d’un gravier 20/50.

La granularité continue permet d’obtenir des bétons plus plastiques et de bonne

ouvrabilité ; Par contre la granularité discontinue conduit à des bétons présentant en

général, des résistances en compression un peu supérieures mais au détriment de

l’ouvrabilité ; il semble toutefois que la plupart des bétons actuellement utilisés sont à

granularité continue.

2. Méthodes à granulométrie continue :

2.1 Méthode de Bolomey :

Par une formule appropriée, on trace une courbe granulométrique de référence et d’où

on s’efforce de réaliser avec des granulats dont on dispose une composition granulaire

totale (ciment compris), dont la courbe soit aussi proche que possible de la courbe de

référence théorique.

La formule de base est la suivante : 𝑃 = 𝐴 + (100 − 𝐴)√𝑑 𝐷⁄

Page 30: Master : Matériaux en Génie Civil

30

Chapitre 4 . Formulation du béton

P : est le pourcentage de grains passant à la passoire de diamètre

D : est le diamètre des plus gros grains.

A : dépendra de

- la consistance souhaité de béton

- la provenance des granulats.

Elle varie de 6 à 16, étant d’autant plus élevée que le dosage en ciment est plus fort.

Cette méthode aboutit théoriquement tout au moins à une granularité continue.

2.2 Méthode de Faury :

Il s’agit de courbes expérimentales qui tiennent compte de certaines conditions de mise

en œuvre (dimension du coffrage, consistance ; type de granulat). La courbe est formée

de deux segments de droite se coupant à l’abscisse (D/2 ;Y), l’axe des abscisses est

exprimé en √𝑑5

avec, pour ordonnée Y (axe des ordonnées = le passant au tamis (0 à

100%) 𝑌 = 𝐴 + 17√𝐷5

(𝐵

𝑅

𝐷−0.75

) ; où

A : constante, traduisant la maniabilité du béton.

B : constante traduisant l’importance du serrage du béton.

D : plus grande dimension de tamis.

R : rayon hydraulique du moule.

Les points extrêmes sont (X=6.5µm ;Y=0) et (X=D ;Y=100)

2.3 Méthode d’Abrams :

C’est une règle de mélange basée sur l’obtention d’un certain module de finesse global

pour le mélange de granulats à partir de la connaissance des modules de finesse des

granulats à employer.

Le module de finesse du mélange est choisi de manière que les vides dans ce mélange

soient en principe, réduits au minimum ; les modules optimaux pour béton de granulat

roulés, déterminés expérimentalement par Abrams, sont indiqués dans le tableau (VI).

Dosage en ciment

kg/m3

Dimension maximale D des granulats.

10 15 20 25 30 40 60

275

300

350

400

4.05

4.20

4.30

4.40

4.45

4.60

4.70

4.80

4.85

5.00

5.10

5.20

5.25

5.40

5.50

5.60

5.60

5.65

5.73

5.80

5.80

5.85

5.88

5.90

6.00

6.20

6.30

6.40

Tableau (VI) : Valeurs optimales d’après ABRAMS du module de finesse des compositions

granulaire des bétons courants

Page 31: Master : Matériaux en Génie Civil

31

Chapitre 4 . Formulation du béton

La règle de mélange d’ABRAMS, permet de de calculer les pourcentages relatifs des

granulats de module de finesse Mf1 et Mf2, choisi pour obtenir un module de finesse Mf

choisi pour le mélange.

3. Méthodes à granulométrie discontinue :

3.1 Méthode de Vallette :

Vallette a mis au point une méthode essentiellement expérimentale. Mais qui nécessite

cependant un certain nombre de calcul préparatoire dans les cas les plus courants, on

partira en général de deux granulats (béton binaire) : un sable 0/5mm et un graviers

présentant le plus souvent une certaine discontinuité avec le sable. On calcul d’abord le

dosage de sable et ciment devant donner en principe le mortier plein à minimum de

ciment, ce dosage s’obtient en mesurant les vides du sable mouillé et ou calculant le

dosage en ciment permettant de remplir le volume des vides du sable par un volume

égale de pâte pure de ciment. On ajoute ensuite le maximum de gravier mouillé

compatible avec une ouvrabilité permettant un moulage correct et une mise en œuvre

facile dans les conditions du chantier.

On obtient alors le béton plein à minimum de sable et le moins dosé (en ciment). Les

dosages en ciment auxquels on aboutit ainsi sont presque toujours très nettement au-

dessous des dosages nécessaires pour obtenir les résistances souhaitées et la plasticité

nécessaire l’étanchéité ou autres qualités pour déterminer la composition du béton de

dosage en ciment suffisant pour la résistance à obtenir ou fixe à priori dans certains cas

ou on évalue par un calcul approprié, le volume de pâte pure compensatrice à substituer

à un égal volume plein mouillé de sable.

3.2 Méthode de Joisel :

S’inspirant comme Faury de la théorie de Caquot mais en la généralisant, A.Joisel

propose de considérer que la loi de granulation conduisant à la compacité maximale est

fonction de m√ d , m dépendant de la compacité avec laquelle se serre un granulat de

dimension uniforme selon les moyens de serrage, m peut alors varier de 3 à 10.Comme

dans la théorie de Faury , on aboutit donc en principe à une granularité continue sauf,

bien entendu, si les granulats dont on dispose en pratique présentent une discontinuité.

Comme pour les méthodes de Faury et Valette, le dosage en ciment déterminé par cette

méthode est le dosage minimal correspondant théoriquement sur le plan

granulométrique, à la compacité maximale, ce dosage est en général nettement inférieur

(150 à 200Kg/m3) au dosage nécessaire ou exigé (250 à 400Kg/m3dans la plupart des

cas). Une correction doit être apportée dans ce sens.

4. Méthodes à granulométrie continue et discontinue :

4.1 Méthode de Dreux (Utilisation d’abaques) :