Chapitre 03 Béton Léger [PDF]

Zitiervorschau

Université de Blida1

Mr.Yahiaoui

Département de génie civil Master 02 Génie Civil Option : matériaux de génie civil

Module : BETONS INNOVANTS 2

Chapitre 02 : GRANULAT LEGERS ET BETON LEGER I.1. Définition : Le béton léger (ou allégé) est un béton de ciment avec une masse volumique à sec inférieure à celle d'un béton normal. Ce béton peut contenir un pourcentage volumique important de granulats légers et rendu cellulaire par aération ou moussage. Les bétons légers se répartissent selon leur composition en quatre groupes: • Le béton de construction léger (à structure compacte) • Le béton caverneux (sans composants fins) • Le béton léger poreux (béton mousse) • Le béton aéré NB : Béton caverneux : Un béton ne contient pas de sable ;de gros granulats dont les particules sont recouvertes par un film de pâte de ciment d'une épaisseur de 1 à 3 mm. Béton aéré : Béton contenant environ 5 % d'air occlus sous forme de petites bulles exp: utilisation d'un entraîneur d'air.

1

Dans chacun des trois cas la réduction de la densité du béton est réalisée par une augmentation des vides d'air dans le béton. •

Matériaux naturels ou artificiels de:

•

Béton léger :

•

Donc une grande différences entre ces béton et béton ordinaire du point de vue:

•

Fabrication, utilisation et propriétés.

∫ app < 1000kg/m3.

∫ = 400 à 1800 kg/m3.

II. Nature des granulats : II.1. Granulats légers : II.1.1. Granulats légers d’origine volcanique : Sont obtenu par simple concassage et criblage des roches volcaniques. Les plus utilisés sont : a – La ponce : Formé par brusque refroidissement des roches en fusion. Sont des grains arrondis. Ф max = 10 à 20mm ; de couleur grisâtre. ∫ = 500 à 800 kg/m3. Elle est fiable et utilisé pour béton léger de structure. Très utilisé en Allemagne et Italie comme granulat pour bloc. 2

b – La pouzzolane : Provient de cristallisation de magma volcanique refroidi lentement. Couleur rouge-brun ou noir.

∫ = 700 à 900 kg/m3.

Matière première naturelle

Classification des matières premières pour la fabrication des granulats légers.

Elaboration

Origine

Matière première

Produit fini

Prod en France en T (1979)

Sans traitement thermique

volcanique

Ponces pouzzolanes Tufs volcaniques cinérites

Pouces pouzzolanes Tufs volcaniques cinérites

___ 650 000 ___ ___

Production mondiale 19 500Mt de cendras

sédimentaire

Calcaire poreux Dialomites Tufs calcaires

dialomites

22 000

Production mondiale 1 954 Mt

volcanique

perlites

altération

vermiculite

Sédimentaire à épimétamorphique

Argiles

Perlite expansée Vermiculite exfoliée Argile expansée Schistes expansés Ardoise expansée

Avec traitement thermique

Schistes

Matières premières artificielles

ardoise

Sans traitement thermique Démolition

Décombres, cendres de foyer.

Avec traitement Cendres volca thermique Sans produits Laitier expansé industriels Verre expansé

Décombres, …………

607 Mt 35 000 0 35 000

___ G–B 400 000 T/An 375 000

3

II.1.2. Granulats légers produit industriellement : Argile – schiste ou ardoise expansés. Schistes et ardoises sont des roches silico-alumineuses de composition chimique similaire à celle de l’argile, mais elles ont une structure rocheuse et un aspect feuilleté. Argile et schiste Le schiste argileux sédimentaire roche formée d'argile ayant sédimenté au fond d'une eau calme. Le schiste métamorphique provient d'une argile qui sous l'action de la pression et de la température. •

Procédés de traitement

Voie semi -sèche : Consiste à réduire la matière première en poudre sèche, puis la transformer en granulats grâce à l’adjonction d’eau. Voie humide : Matière est transformée en pâte plastique, découpée en petits cylindres, arrondis dans des tambours. Ensuite, la cuisson dans des fours. Exemple : fabrication de l’argile expansée (billes d'argile) :

Argile type

SiO2

AL2O3

R2O3

CaO

Na2O+K2O

15-20

15-20

5-10

1-5

1-5

4

Extraction Stockage Cuisson à 1200°C

Criblage et trie

Repartition en classes

Couleur brunâtre à

granulometriques

rouge

II.2. Granulats artificiels par traitement de sous-produits industriels : •

Laitier : un sous-produit de fabrication de fonte.

Laitier enfourné à

Déversé sur une

Jets d’eau sous

Expansion du

1400-1500°C

aire

pression

laitier

Refroidissement et apparition d’une roche artificielle de couleur grise, de structure cellulaire 3

∫ = 600 à 900 kg/m .

Classe granulaire 0/3 ; 3/10 ;

Concassage et criblage

10/15 où 10/20 5

Composition chimique

SiO

2

Al O

CaO

MgO

FeO

MnO

SO

13-19

40-48

6

4

2

0.50

29-36 •

2

3

3

Cendres volantes :

✓ Résidu de la combustion du charbon pulvérisé utilisé dans les centrales thermiques. ✓ Elles sont collectées dans des électro-filtres et cuits à 1200 – 1300°C. ✓ Poudre gris noirâtre de ф= 1 à 200 ✓ Produits silico-alumineux SiO2 = 48% ; Al2O3 = 32%. ✓ ∫ = 650 à 680 kg/m3

Fe2O3 = 8%.

✓ Surtout fabriqué en Angleterre, URSS et USA. L’utilisation des cendres volantes dans le béton permet d’atteindre plusieurs objectifs : ✓ Réduire la quantité de ciment utilisée et donc diminuer les coûts ✓ Réduire la chaleur d’hydratation ✓ Améliorer la maniabilité du béton ✓ Améliorer l’acquisition des performances mécaniques à long terme ✓ Améliorer la durabilité III. Caractéristique des granulats légers : 1. Masse volumique : ∫app < 1000 kg/M3. ∫app diminue avec le diamètre des granulats et varie avec la teneur en eau des granulats. Exemple :

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Argile expansée 0/3

600 – 750 kg/M3

3/10

400 – 500 kg/M3

10/20

350 – 450 kg/M3

2.Aspect et couleur : ✓ Couleur du rouge au brun à l’intérieur et du brun foncé au noir à l’intérieur. ✓ Forme arrondie. ✓ Enveloppe extérieure dure ✓ Cœur poreux. 3.Absorption de l’eau : •

Agrégat léger ont une structure alvéolaire qui absorbent l’eau rapidement

•

Ils peuvent absorber 10% de leur masse en quelques minutes et 15% en 48H.

•

La progression est linéaire entre 1 min et 8 jours En fonction du temps

I=

𝑀1−𝑀 𝑎𝑥𝑑

I: le coefficient d’absorption en mm M: Poids sec M1: Poids après d’immersion dans l’eau a:section de l’éprouvette exposé à l’eau en mm² d: densité de l’eau en g/mm3

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Figure : Absorption d’eau par capillarité. 4. Composition chimique : Agrégat léger sont polluants. On doit éviter pollution pendant stockage. Teneur en :

SO3 < 1% Béton normal. SO3 < 0.3% Béton précontraint.

IV. Confection du béton léger : ✓ Fabrication pose des granulats légers ✓ Granulats fragiles

stocké avec précautions.

✓ On doit connaitre le % d’humidité des granulats. ✓ On doit les humidifier pour éviter dessiccation de pots. ✓ Un surdosage de 50kg de ciment est préconisé. ✓ Augmenter le temps de malaxage. ✓ Vibration peut donner ségrégation

Vibrer moins et utiliser des adjuvants.

✓ Difficile à pomper. ✓ De préférence mélanger granulats légers avec une partie de l’eau (1/2). Les Principes de dosage 8

Le principe de dosage d'un béton repose sur des concepts fondamentaux reliés au comportement du béton à l'état frais et durci. L'étude de la formulation va permettre : ✓ Comprendre les mécanismes du comportement interne du béton ✓ Concevoir un béton léger durable. Malaxage : L’ordre d’introduction dans le malaxeur peut être optimisé en pré-mélangeant le granulat léger avec 2/3 de l’eau de gâchage et en ajoutant ensuite le ciment et le reste de l’eau. La durée de malaxage minimale recommandée pour un béton léger compact est de 90 secondes après l’adjonction de tous les composants. En cas d’utilisation d’agents, moussants la durée de malaxage augmente jusqu’à 180–200 secondes. V. Propriété du béton léger : ✓ Rc plus faible mais progression à jeune âge (< 7 jrs) est plus rapide. ✓

𝑓𝑐28

✓

𝑓𝑐28

𝑓𝑐7 𝑓𝑐7

= 1.2 à 1.25 béton léger ( 0.83 – 0.80 ). = 1.4 à 1.5

béton ordinaire.

✓ Permet mise en précontrainte ✓ Rc est plus faible (de 10 à 20%) que BO. ✓ R cisaillement est de 80 – 90% de celle du BO. ✓ E < 2.5 x 103 MPa c'est-à-dire •

< E BO = 30 à 50 103 MPa.

La description des propriétés des bétons sera davantage axée sur les éléments suivants:

1. La faible masse volumique, 2. La durabilité, 3. La rhéologie à l'état frais (Viscosité, seuil de cisaillement,) 4. Les propriétés mécaniques (résistance à la compression, module d'élasticité, etc.). 9

•

Le principe de dosage fait référence à quatre facteurs :

1. La qualité de la pâte de ciment hydraté, 2. La qualité des granulats, 3. La rhéologie recherchée, 4. Les propriétés mécaniques •

Propriété du béton léger

1. Coefficient de poisson est similaire c = 0.15 2. Retrait est supérieur (10 à 80%). 3. Déformation de granulats légers est supérieur (15 à 50%). 4. Résistance au feu excellente si béton sec. Mais médiocre si humidité > 8% en volume. 5. Gain de poids considérable (min 25%). ✓ Utilisation d’un sol à faible portance. ✓ Ouvrage d’art de grande portée. ✓ Diminution d’armature. ✓ Moins de coûts de manutention et transport et Montage facile. 6. Meilleure isolation thermique. 7. 10 cm béton cellulaire = 20 cm béton léger = 60 cm béton plein. 8. Meilleure isolation phonique. VI. Inconvénients : Prix : Le prix des granulats silico-calcaire soit double

Transport et cuisson

Mais : Coût final 10 à 20% plus faible (ponts allégés, ext…) VII. Développement et perspectives d’avenir : Fabrication :

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Pays

Quantité

Unité

URSS

10 millions

Mᵌ

USA

05 millions

Mᵌ

GB

05 millions

Mᵌ

Allemagne

01 millions

Mᵌ

France

01 millions

Mᵌ

VIII. Classification des bétons légers Masse Conductivité volumique thermique 3

R28 (MPa)

(kg/m )

(w/m°c)

Classe I

800

0.3

1.5 - 5

Classe II

800 - 1200

0.6

5

Classe III Classe IV

1000 1400 1400 1800

0.8

10-20

Classe V

1500 1800

20

>30

Utilisation

L’isolation pur, non porteur. EX: forme de pente. Bloc et murs banchés fortement sollicités Murs banchés ou préfabriqués + blocs à maçonner Béton léger de structure avec sable de rivière et argile expansée. Béton armé ou précontraint. (Granulats avec ∫ >550Kg/M3)

3

∫s : Masse volumique sèche (kg/m ) λu : Conductivité thermique en w/m°c. R28 : Rc à 28 jours (MPa).

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Réalisation : •

2 tours de 60 étages – Chicago.

•

Couverture en voile mince de 15cm de l’aérodrome de kenedy – NY.

•

Immeubles de 30 à 50 étages à Melbourne et Sydney.

Couvertures des stades en poutre de 23 cm en consoles en précontrainte en GB Conclusion : Béton léger bon pour préfabrication et immeuble de grands hauteurs. Mais il faut former des ouvriers ( malaxage, mise en œuvre,….)

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