Granulats, Sols, Ciments Et Beton [PDF]

Zitiervorschau

l

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c: '"E

2

~ ë

On a toujours demandé que les matériaux du génie civil soient peu coûteux. Cependant, l'exigence de qualité, confortée par les moyens actuels de production et de contrôle, fait que l'on admet de moins en moins la médiocrité Q.U l'irrégularité de leurs performances.

'ë 200 Dmax (m en grammes et Dmax en mm). En extraire la fraction 0/5 mm par tamisage (et par lavage si nécessaire). Déterminer la proportion pondérale C de la fraction 0/5 mm sèche conte-

Q (.!J

de l'essai

.l.

(f)

47

or

_ fil

• Nettoyage

n en déduit l'équivalent de sable qui, par convention, est (figure 2. 10) :

du matériel,

A la fin de l'essai, le matériel est nettoyé immédiatement à l'eau courante. En cas d'utilisation de détersif, rincer très abondamment afin de ne pas' fausser un essai ultérieur qui utiliserait le même matériel.

• Cio 55 ifi cati 0 n des

501

s aprè s e ssul

=

VBS 0,1 : sol insensible à l'eau. VBS = 0,2 : apparition de la sensibilité à l'eau. VBS

= 1,5 : seuil distinguant les sols sablo-limoneux des sols sabloargileux.

VBS

= 2,5 : seuil distinguant les sols limoneux peu plastiques des sols limoneux de plasticité moyenne. =6 : seuil distinguant les sols limoneux des sols argileux. =8 : seuil distinguant les sols argileux des sols très argileux.

VBS VBS

Nota: cet essai, mené conformément à la norme NF P 94-068, est largement exploité et utilisé par différents auteurs dans le cadres des études liées aux travaux de terrassements et de génie civil.

2·4. Équivalent de sable (NF P 18-598) 2-4.1

But de l'essai

Cet essai, utilisé de manière courante pour évaluer la propreté des sables entrant dans la composition des bétons, l'est aussi pour les sols mais, dans ce cas, son importance est moindre, le paramètre le plus significatif étant la valeur de bleu du sol (cf. § 2.3.). L'essai consiste à séparer les particules fines contenues dans le sol des éléments sableux plus grossiers. Une procédure normalisée permet de déterminer un coefficient d'équivalent de sable qui quantifie la propreté de celui-ci. ~ o~ ~ Q

2-4.2

L'essai est effectué sur la fraction 0/5 mm du matériau à étudier. Le tamisage se fait par voie humide afin de ne pas perdre d'éléments fins.

III

«

J

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lil ~ i;: ;

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princ~&pede l'essai

. 2.10: Flg. Définition de l'équi•• ,,,.M,

I.,

SO

\1

1

hl h

2 1

On lave l'échantillon, selon un processus normalisé, et on laisse reposer le tout. Au bout de 20 minutes, on mesure les éléments suivants: - hauteur hl: sable propre + éléments fins, - hauteur h2 : sable propre seulement.

~

h2 ES=-l00 hl

. «,

Selon que la hauteur h2 est mesurée visuellement ou à l'aide d'un piston, on détermine ESV (équivalent de sable visuel) ou ES (équivalent de sable au piston). Les conditions opératoires ont une influence importante sur le résultat. Il convient donc de suivre celles-ci scrupuleusement. -r;'èssai'est effectué sur 120·g de grains secs. Il est.préférable d'utiliser un échantillon humide, ce qui évite de perdre les éléments fins du sol. Après détermination de la teneur en eau du sol w, on pèse un échantillon humide de masse égale à 120 (l + w) grammes (w étant le rapport du poids d'eau contenu dans l'échantillon (poids humide-poids sec) par rapport au poids sec de l'échantillon). 2-4.3 Produits utilisés La solution lavante utilisée permet de séparer les éléments fins argileux et en provoque la floculation. Celle-ci est préparée à partir d'une solution concentrée dont la composition est la suivante: _ 111 g de chlorure de calcium anhydre (à 1 g près), _ 480 g de glycérine à 99 % de glycérol de qualité pharmaceutique (à 5 g près), _ 12 à 13 g de solution aqueuse à 40 % en volume de formaldéhyde de qualité pharmaceutique. La solution concentrée est stockée en doses de 125 cm3 dans des flacons en polyéthylène. On peut trouver cette solution concentrée dans le commerce spécialisé. La solution lavante, utilisée dans l'essai, s'obtient en diluant une dose de 125 cm3 de solution concentrée dans 51 d'eau déminéralisée. Celle-ci se conserve pendant 2 à 4 semaines. 2-4.4

Équipement

utilisé

Ce matériel est décrit de manière très précise dans la norme NF P 18-598. Les éléments principaux sont indiqués cidessous et représentés sur la figure 2.11 : 1. éprouvettes en plexiglas avec deux traits repères, et leur bouchon, 2. entonnoir pour introduction du sable, 3. bonbonne de 5 1 pour la solution lavante avec son bouchon, le siphon et tube souple de 1,5 m, 4. tube laveur métallique plongeant, 5. machine agitatrice, 6. réglet métallique pour la mesure des hauteurs de sable et floculat, 7. piston taré à masse coulissante de 1 kg pour la mesure de ES.

Fig.l.ll : Matériel pOlir essai d'équivalent de sable

51

\

1

3 · PARAMETRES D'ETAT: TENEUR EN EAU DU SOL, COMPACTAGE, PORTANCE 3-1. Contexte La teneur en eau d'un sol est le paramètre d'état fondamental de son comportement. Il est nécessaire de pouvoir situer la teneur en eau wn du sol à l'état naturel par rapport, soit aux limites d' Atterberg wl et wp, en exprimant l'indice de consistance Je = (wl- wp) / Ip (cf, 2e partie § 2.2), soit à la teneur en eau optimale pour laquelle le sol est correctement compacté. La caractérisation des conditions optimales à mettre en œuvre pour réaliser un bon compactage, et en particulier la définition de la teneur en eau correspondante nécessite une simulation de laboratoire qui permette de définir les conditions opératoires du compactage en place. Simultanément, on étudie l'influence de la teneur en eau sur la portance du matériau après compactage.

G z e,o

~

Deux essais permettent de définir ces conditions:

o•

- l'essai Proctor pour optimiser les conditions du compactage,

.6. En déduire la teneur en eau w= lV :

T: W :

.=JYd:

- l'essai C.B.R.

l

La teneur en eau étant le paramètre essentiel du sol pour ce qui concerne la recherche des conditions optimales de mise en œuvre, nous rappelons ci-dessous sa détermination.

j

o

"

(Wd-D

100

teneur en eau (exprimé en %), poids de la tare, poids de l'échantillon humide, y compris la tare, poids de l' éc~antillon sec, y comp~is la tare.

Nota: Le passage à l'étuve peut être remplacé par un passage au four à micro-ondes qui a l'avantage de ne nécessiter que quelques minutes de chauffe. Ceci nécessite toutefois un étalonnage du temps de chauffe en comparant sur une série d'échantillons les résultats obtenus par les deux méthodes. Le séchage est terminé quand la masse du matériau séché ne varie plus lorsque le temps de chauffe augmente. Le temps de chauffe augmente avec la masse de l'échantillon. Y veiller dans la mise au point de celui-ci. Pour quelques dizaines de grammes 10 à 12 minutes de chauffe sont en général suffisantes.

3-3. Essai Proctor1

:

compactage des sols (~fP94·093) 3-3.1 Principe de l'essai

de la portance du sol.

u

de l'échantillon:

D- (Wd-1)

(Californian Bearing Ratio) pour optimiser les paramètres

~ u ~ o

w

(W-

!rd] ~ 18

J Q

J


ression et à la traction du ciment utilisé au jour considéré (cf. § 5-4)~

...

l ~

, 135

iz,

l 5-8.2 Retrait plastique

ou premier

retrait

On sait que la réaction d'hydratation s'accompagne d'une réduction de volume LiV, appelée contraction Le Chatelier, qui représente environ 10 % du volume initial d'eau et de ciment anhydre se combinant au COurs de la réaction (cf. § 4-4.3). Tant que la prise n'a pas eu lieu, c'est-à-dire tant que les grains de ciment en cours d'hydratation et en suspension dans l'eau ont la possibilité de sc déplacer les uns par rapport aux. autres, on peut considérer que cette contraction s'applique au volume total de lit pâte. courbe de la figure 5.16 représente la progression de la contraction Le Chatelier dans les 4 premières heures de l'hydratation (c'est le début de la courbe représentée sur la figure 4.18).

La...·

Pour le ciment ayant servi à l'essai.Ie début de prise se produit aux environs de 2 h 30 min. A cet instant, pour l'essai considéré, la contraction est de l'ordre de 5 mmê/g soit environ 7 % de la contraction luée ici à 70 mm3/g. Dans ces conditions, avant la prise, LIV1V = 0,07

x

10 %

finale éva-

= 7 %0

ce qui correspondrait (si la pâte restait totalement mation linéique importante:

déformable)

à une défor-

1 LlV -=-·-=23%0. L 3 V ' LlL

t'

Dès que la prise commence, les grains de ciment sont reliés entre eux par des hydrates (cf. figure 4.11) et la pâte commence à se rigidifier. Cette rigidification s'oppose aux déformations voulues par la contraction Le Chatelier. C'est pourquoi la pâte durcie ne connaîtra jamais le retrait linéique de 3,3 % qui devrait correspondre à la contraction volumique de 10%.

[ ,i

,.

e t gonflements

• Retrait

o

3

2

r

• • •

w

~

, o

•

éprouvette origine.

•

• ~~ : :(

5.16: 1 Con trac/ion U Fig. Chaulitr dans les premiires heures de /'hfdra/a/ion

~ 138

Vin le, (mm3/g)

j

1

1

à différents

1

• 1

i 1

•

•1

J

e

4 x 4 x 16, par rapport

,1

à sa longueur

to pris

d'une

~

,

pour

, w

" •,

,

•

l

dans la norme NF P 15-433. à 20°C

•, , o

l

est maintenue

,

...- .

1

.,

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..

,

"

... - ~ ,

, ~

1

o

"

L'

se _

Leciment étu-

nécessaire

- Une salle dont la température dité relative à 50 % ± 5 %.

f"ig. 5.18: Re/roil tndogtnt el retrai,IOlal d'iproll,·tIIn dt Tarpon Ele.0.27

l

de longueur

à un temps

1

o

.1,1

o

• Équipement Il est décrit

t, la variation

luta\~p~vellle~ co~se~~e~

" ,

., temps

retrai

M(% 0)

-o.s

de l'essai

On compare,

a

-5

•,

• Principe

que provoque

est appelé

~.,.. :~.:::.

de l'essai

Il s'agit d'évaluer le retrait, ou le gonflement, dié sur des éprouvettes de mortier normal.

•

Ce retrait

Le gonflement observé après la prise est dû à la constitution d'hydrates massifs comme la portlandite, Ca(OHlz, dont la croissance fait pression sur l'ensemble de la structure et en provoque la dilatation. Ce gonflement s'oppose en partie au retrait et est lié à la quantité de chaux libre non hydratée restant après le début de la prise. Si cette quantité est faible, le gonflement pourra être négligeable.

• Objectif

• .1

Le retrait qui se produit el se manifeste que pour des'

H

6 heures

5

4

à de tels es

senté Sur la figure 5.18 un fo résultat, tel qu'il est observé

l,

f

5-8.4 Mesure du retrait sur éprouvettes de mortier (NFP 15-433)

o

SiI' on procède

i

(DL = 0,50), on constate qu des éprouvettes de mortier Tl

J

• Gonflement

C'est cette déformation avant prise qu'on appelle "retrait plastique" ou premier retrait. Elle est délicate à mesurer car il faut opérer sur un matériau non rigide; il n'y a pas d'essai normalisé permettant de J'évaluer. Ce retrait linéique est celui que connaît la pâte en l'absence de tout échange avec l'extérieur. Si dans le même temps il y a départ d'eau par évaporation,le retrait s'en trouvera augmenté du fait de l'augmentation des tensions capillaires (cf. figure 4.5).

,1

1

"1

On sait (cf. § 4-4.5) que l'hydratation du ciment s'accompagne, du fait de la contraction Le Chatelier, de la création d'un fin réseau de pores capillaires à l'intérieur de la pâte de ciment hydratée. Dans un premier temps ces capillaires sont saturés en eau. Mais lorsque la consommation d'cau pour l'hydratation du ciment provoque leur assèchement, cela aboutit à la formation de ménisques. On s'accorde à expliquer le retrait par les forces de traction (capillaires ou autres) qui se développent de ce fait à l'intérieur des capillaires les plus fins (cf. § 1-5.1). Le départ d'eau par évaporation a les mêmes conséquences.

quer un poids pratiquement puissent être validées.

i.III" 11~t . .\

5-8.3 Mécanismes des retraits après prise

il reste à pratique à la me: trémité des plots ne servan d'un gel silicone pour empê l'étanchéité de l'ensemble: terminée,

à pouvoir procéder

"•

~

,

w•

~

± 2 °C et l'humi-

139

~

, a

(

--

• 142

phénomènes internes l'extérieur .

au maté

Il est aussi appelé retrait d'ouse provoqué par un assèchement i' pour l 'hydratation, la quantité d les plus petits capillaires de la p capillaires y induisant des contn Pour les éprouvettes de rapport asséchés puisque, au delà de Ell

ur l'hydratation (cf. § 4-4.2); c'est la raison pour laquelle, pour de tels ~pporls EIL, le retrait endogène est négligeable. Ceretrait est dit encore retrait d'hydratation,

,"Séchage

'" s autres éprouvettes ont été conservées

à 20°C ± 1°C dans l'eau ou dans

l'air(HR =65 % ± 5 %). Pourcelles qui ont été conservées dans l'air, on obscrl'l'Ve eurla figure 5.l9.des pertes de poids non négligeables qui correspondent

î un départ d'eau par évaporation. La perte de poids des éprouvettes THP est la plus faible, de l'ordre de 1.5 % (courbe n" 2 ) : ces éprouvettes sont les 1ll0insdosées en eau. Les éprouvettes 4 x 4 x 16 et 7 x 7 x 28 de mortier normalont des perles d'cau comparables (de l'ordre de 3 %), mais les éprouvelles7 x 7 x 28 (courbe nO7) mettent plus de temps à sécher que les éprouvettes4 x 4 x 16 (courbe n" 5): l'eau a plus de chemin à faire pour atteindre lasurface d'évaporation quand la dimension des éprouvettes augmente. .qué par des

,nscrvtes dans J'ail

-..

iant (C,)

Leséprouvettes conservées dans l'eau gagnent au contraire du poids (courbes 3aet 6a de la figure 5.19), signe que l'eau tend à occuper les vides de la pâte: ceux occasionnés par l'air occlus à la mise en place et les vides produits par la contraction Le Chatelier au fur et à mesure de l'hydratation. Lorsque les éprouvettes entreposées dans l'eau en sont sorties pour être exposées à l'air (ici entre 105 et llOjours après leur immersion) elles perdent à leur tour du poids, mais plus faiblement que les éprouvettes de même nature qui sèchent depuis leur démoulage; c'est qu'une partie de l'eau a étéconsommée par "hydratation, il y en a donc moins susceptible de s'évaporer (c'est particulièrement net pour le mortier THP - courbe 3b - qui nerendra qu'un peu plus de la moitié de l'eau absorbée); et d'autre part, ledépart d'eau est freiné du fait que l'hydratation diminue la porosité de l'éprouvette et donc augmente son imperméabilité (cf. § 4-4.4).

U [IIIJ

III :

'.;r-rnJbft++ ~~.••L

\1.•.

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"-1"'-' -.1 1 1

~I

1 1

•

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•

1

o

112

L

140

168

Fig. 5.J?: Variation d~ la masse des iprowve/ltS ln/onction 196jotl~ 1 du temps

143

, Ï z

~ ~

•

az,

_ CEM IV : ciment pouzzolanique

6 · CLASSIFICATION DES CIMENTS Nota:

Le fascicule de documentation

~ CEM V : ci ment composé

P 15-010 rassemble les règles et

les critères d'utilisation des différentes catégories de ciment en fonction de l'ouvrage. et de son environnement. donne également pour chaque produit les utilisations recommandées et les précautions à prendre.

.1

Les ciments constitués de clinker et des constituants énumérés au § 1-1.3 sont classés. en fonction de leur composition, en cinq types principaux par les normes NF P 15-301 et EN 197-1. Ils sont notés CEM et numérotés de 1 à 5 en chiffres romains dans leur notation européenne (l'ancienne notation française est indiquée entre parenthèses) : (CPA dans l'ancienne

- CEM Il : ciment Portland

composé

(CPJ),

- CEM III : ciment de haut fourneau

(CHF),

Clm.j'"

Ci_I~Plt(·'1~·ctllletft";'!}~-~~,. 4..,Onie'nC"'(. i;_' -', blut rOUl"lleh '. • pounollnlque

de

Port-Portlaod

'~-;'"at-i:~i_..,,_~t:f.:~t, " ,~vr:1'.j,

Ilod..,~~m~ CEMI

Cllnke.r (K,

~-,-:

CEM 1 CEM 1 CEM 1 CEM 1 CEM 1 CEM 1 CEM IIJA II/B II/fA 11I/6 [II/C IV/A IV/B

2:95'*1 ;!;30'lI2:6's%1 S94't, S19~

,.•,

"Laitier' (S) • PollZZOtanes

total

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notation

21

;!;1's'I> 12:20% 1 >5% S64'1> S14'11 S19'k

française),

CllPeDt-l.~~ COlPpostlJ"7 .h-' •

CEM 1 CEM VIA VIB

1

de

~ Q

"•

;;


80%.

,'1

volumique

d'apparition

Trois conditions sont simultanément nécessaires à J'alcali réaction: -Ia présence d'un granulat potentiellement réactif, _ une concentration élevée en éléments alcalins dans la solution interstitielle,

Vv;AI-G

• Masse

du phénomène

L'alcali-réaction est un ensemble de réactions chimiques pouvant se produire entre certaines formes de silices, de silicates ou de carbonates appartenant aux granulats et les éléments alcalins (sodium, potassium) en solutions dans lapâte liante. Ces éléments alcalins peuvent provenir du ciment utilisé, de l'cau de gâchage, des adjuvants, âes additions minérales et des granulais composant le béton; ils peuvent aussi provenirde l'extérieur: eaux salines ou sels fondants.

Si l'une de ces conditions réaction .

8-3.3 Prévention

n'est pas remplie

il n'y a pas de risque d'alcali-

du risque

Le fascicule de documentation P 18-542 associé à la norme expérimentale P18-594 indique les moyens de classer un granulai donné vis-à-vis de l'alcali-réaction en le considérant: -soit comme NOl! Réactif(NR), - soit comme Potentiellement Réaclif(PR), - soit comme Potentiellement Réactif à effet de Pessimuïn (PRP). Si des essais ont montré que les granulais doivent être classés PR et que le béton peut être soumis à une humidité élevée (cas des fondations par exemple), il convient d'utiliser une composition de béton telle que la totalité des ( éléments alcalins actifs» (ceux présents dans la solution interstitielle) soit lirnitée. La mesure de cette quantité d'éléments alcalins actifs se fait suivant les recommandations du LCPC (Recommandations pour la prévention des désordres dus à l' aleal i-réacuon. LCPC, Paris, 1994). Même lorsque le taux 1imi te préccn isé par le Lepe n'est pas dépassé. il est possible que la concentration en éléments alcalins augmente au cours du temps s'il y a des apports extérieurs du fait de l'ambiance dans laquelle est conservé le béton; auquel cas la seule solution consiste à utiliser des granulais non réactifs. Le Laux d'éléments alcalins actifs en solution peut être diminué grâce à l'intervention de certaines additions minérales (fumées de silice, cendres volantes, etc.). La norme P18-454 décrit les moyens d'évaluer la réactivité d'une formule de béton vis-à-vis de l'alcali-réaction.

,. 191

az

,.

:t:t (a) Excès de "Gros"

Hg. 9.3.' IIifiuenr:t de fa composition. :fanulomifrique 1 . . S/lr a compacIII d UIImélange de deux

cfassesdegrains

(b) Dosage optimal

De part et d'autre de la valeur optimale du dosage, il existe un intervalle lequel une variation du dosage L1Vc n'entraîne que de faibles variations consistance. Si on admet des dosages pour lesquels l'affaissement peut teindre que 90 % de la valeur maximale hmax, on obtient une définition large du dosage optimum de ciment:

(c) Excès de "l'ctit~"

~ Porosité minimale; La quamiré, d'cau pour combl.cr ~ctle porosité CSIminimisée

Il existe des zones où der>gros éléments pocrraiem reml'Iaccrtb; plus fins. ce qui difllinuerait la porosité de ces zones CIdOficdu mélange

L----------------------

J permcttant

Dans cel exemple les « petits» peuvent représenter lesfines (ciment et fillcrs) et les « gros» l'ensemble des granulats (sable et gravillons). 11doit donc exister un dosage optimum en fines permettant d'atteindre, pour un squelette granulaire donné, Laporosité minimale. De la même manière, si on suppose que les « petits» représentent le sable et les « gros» le gravillon, il doit exister un rapport Vgl Vs du volume de gravillon sur le volume de sable aboutissant à une porosité minimale. Pour ces dosages en fines, sables et gravillons, le volume d'cau permettant de réaliser des bétons de structure sera donc minimal.

v"

/O. 100

150

VC(III11))

-

e

du volume optimum de fines:

200

Dans les exemples qui suivent on supposera que les matériaux utilisés ont les caractéristiques suivantes.

z

14 mrn et x

Évaluation

sur les matériaux

,

en compte

Elles sont indiquées dans le tableau 8.5. La résistance caractéristique de ce béton devra être d'au moins 25 MPa. ce qui correspond à une résistance moyenne de l'ordre de 29 MPa qui sera donc respectée ici. Compte tenu de la classe d'exposition, le dosage en liant équivalent pour une graoularité du béton de 20 mm est de 280 kg/ml. Ici, D = 14 mm. Le tableau 8.4 nous indique qu'il faut augmenter ce dosage d'environ 7,5 %. D'où: L,q = C + kA" 280 x 1,075 = 300 kg/ml.

du volume d'air occlus:

~ ~

VE 193 J Vv=-=-= 12 Vm 2h 2 x 8

= 2,20 kgf!.

,

e

215

~ z

,

Le volume

de pâte dans le « béton de base»

sera donc:

• Récapitulation

VPâte= VFo+ Ve+ Vv~ 3391/m3 La compacité

, :';;':, Ciment '-,.~;,,..:CEMI

de celte pâte est:

e = VFO1 Vl'llre = 124 1 339 ~ 0,366 D'où la résistance

J'm,zS

Vollimes

(Il'"

moyenne de ce béton:

MasSes

= G X Ge28 X e2 = 5 X 60 X 0,3662 = 40 M Pa

,"(4)

La résistance moyenne est nettement insuffisante, il faut procéder à une réduc_ lion d'eau au moyen du superplastifiant. Et, de toute façon il n'est pas possible de mettre en oeuvre ce béton tel quel car il pourrait être sujet à ségrégation.

, • Rédu(tion

sv e=

V / Pâte\

'f'= ilVEI

klll28 G x Gc28

VFO=339J

où

le

volume de

53°60-124=401/m3

1,34

170

très

de la dasse

R

{X,SFIL)

962

2437

(

)

vraie du liont

60 = 66 MPa

de la pâte

PSp=5212,20=24

1101'.

V E = 170 - 24 = 146 11m3, Le volume de fines et d'ultrafines

Le dosage en adjuvant est augmenté de 30 % pour défloculer la fumée de silice.

R= 1,3

:

X

1,34=

VR=RIPR=

517 kg/O1'.

,

VR=R 1 PR = 1,3411,3=

1,03 Ilm'.

!

On voit ici que "adjuvant

n'intervient

devient:

VF= VCt- VSF= 164 + 24 = 188 11m3,

16411013

massiques en ciment el en superplastifiam

1,74kglmJ

1,74/1,3=

1,341/m'.

Le volume de pâte reste inchangé:

VPâte= Vpt- VE+ Vv+ VR= 340 1/013 que de manière négligeable

1 •

3

t

VPd" = V FO+ VE + Vv + VR = 340 11m 3 VGranulars = 1000 - VPâre::; 660 11m

'1il:

! ~

Il se décompose

Ii

~

e= VFI VPfjf,= 188/340=0,553

du point

masse et de son volume,

Augmentation

~

de la résistan(e

ji

Elle est due à l'augmcntationde la classe du 1iant et à la réduction de porcsué permise par la fumée de silice :

comme précédemment en 45 % de sable et 55 % de gravillons.

,iu••••••••••••

X "c28 = l,10 X

~VE= VSF=SFI

= 0,26 % X C = 1.34 kglm3

de vuedesa

781

Pour maintenir la consistance, la réduction supplémentaire du volume d'eau est du même ordre de grandeur que le volume ajouté de fumée de silice:

=51 % Max

C= VcxPc=

1000

(3(SFIL) = l, JO

• Réduction de la porosité

D'où les dosages

363

Cet ajout modifie la classe vraie du liant (cf.§ 9-2.5) :

Conformément à la relation indiquée dans le paragraphe 9-5.6, cette réduclion d'eau pourra être obtenue grâce au dosage en adjuvant évalué ci-dessous: I-~

Total

1572 = 9,1 %

"128 =

1-)

-lons

291

haute p

'1'1 'l'Max = 19125 = 76 %,

Vc = VFo+ L'>VE= 124 +40 ~ VE=21O-40= 170 11m3,

218

517

5

Gravil

= 52 kglm'.

SFIL=52

Les volumes de ciment et d'eau deviennent:

.,.! .

170

'Sable '~:,-.- ,

L = C + SF = 572 kg/m3,

RIC = 0,51 RsAyiC = 0,26 %,

z

1,03

9- 7.4 Béton

SF= CliO

VE =40 1210 = 19 %

RSar

Ii" ,1

164

• Augmentation

C'est une réduction d'eau importante, mais qu'il doit être possible d'obtenir avec l'adjuvant utilisé puisqu'il permet d'aller jusqu'à 25 % de réduction d'eau.

.s.;

~r~au ,.. 'Air

Adju~'

Filler

Clll~It;;"'-~ +"aDi~ -,« eflic:llce ocd~

Observons commentl'ajout de 10 % de fumée de silice (52 kg/m3) au ciment utilisé dans l'exemple précédent modifierait la résistance du béton.

d'eou et dosage en superplastiliant

On a vu au § 9-6.2 que la réduction d'eau dans l'hypothèse pâte reste inchangé a pour expression:

du dosage au mètre (ube

~

J

Jcm28;:;: r

GX

e

du volume optimum de fines:

200

Dans les exemples qui suivent on supposera que les matériaux utilisés ont les caractéristiques suivantes.

z

14 mrn et x

Évaluation

sur les matériaux

,

en compte

Elles sont indiquées dans le tableau 8.5. La résistance caractéristique de ce béton devra être d'au moins 25 MPa. ce qui correspond à une résistance moyenne de l'ordre de 29 MPa qui sera donc respectée ici. Compte tenu de la classe d'exposition, le dosage en liant équivalent pour une graoularité du béton de 20 mm est de 280 kg/ml. Ici, D = 14 mm. Le tableau 8.4 nous indique qu'il faut augmenter ce dosage d'environ 7,5 %. D'où: L,q = C + kA" 280 x 1,075 = 300 kg/ml.

du volume d'air occlus:

~ ~

VE 193 J Vv=-=-= 12 Vm 2h 2 x 8

= 2,20 kgf!.

,

e

215

~ z

,

Le volume

de pâte dans le « béton de base»

sera donc:

• Récapitulation

VPâte= VFo+ Ve+ Vv~ 3391/m3 La compacité

, :';;':, Ciment '-,.~;,,..:CEMI

de celte pâte est:

e = VFO1 Vl'llre = 124 1 339 ~ 0,366 D'où la résistance

J'm,zS

Vollimes

(Il'"

moyenne de ce béton:

MasSes

= G X Ge28 X e2 = 5 X 60 X 0,3662 = 40 M Pa

,"(4)

La résistance moyenne est nettement insuffisante, il faut procéder à une réduc_ lion d'eau au moyen du superplastifiant. Et, de toute façon il n'est pas possible de mettre en oeuvre ce béton tel quel car il pourrait être sujet à ségrégation.

, • Rédu(tion

sv e=

V / Pâte\

'f'= ilVEI

klll28 G x Gc28

VFO=339J

où

le

volume de

53°60-124=401/m3

1,34

170

très

de la dasse

R

{X,SFIL)

962

2437

(

)

vraie du liont

60 = 66 MPa

de la pâte

PSp=5212,20=24

1101'.

V E = 170 - 24 = 146 11m3, Le volume de fines et d'ultrafines

Le dosage en adjuvant est augmenté de 30 % pour défloculer la fumée de silice.

R= 1,3

:

X

1,34=

VR=RIPR=

517 kg/O1'.

,

VR=R 1 PR = 1,3411,3=

1,03 Ilm'.

!

On voit ici que "adjuvant

n'intervient

devient:

VF= VCt- VSF= 164 + 24 = 188 11m3,

16411013

massiques en ciment el en superplastifiam

1,74kglmJ

1,74/1,3=

1,341/m'.

Le volume de pâte reste inchangé:

VPâte= Vpt- VE+ Vv+ VR= 340 1/013 que de manière négligeable

1 •

3

t

VPd" = V FO+ VE + Vv + VR = 340 11m 3 VGranulars = 1000 - VPâre::; 660 11m

'1il:

! ~

Il se décompose

Ii

~

e= VFI VPfjf,= 188/340=0,553

du point

masse et de son volume,

Augmentation

~

de la résistan(e

ji

Elle est due à l'augmcntationde la classe du 1iant et à la réduction de porcsué permise par la fumée de silice :

comme précédemment en 45 % de sable et 55 % de gravillons.

,iu••••••••••••

X "c28 = l,10 X

~VE= VSF=SFI

= 0,26 % X C = 1.34 kglm3

de vuedesa

781

Pour maintenir la consistance, la réduction supplémentaire du volume d'eau est du même ordre de grandeur que le volume ajouté de fumée de silice:

=51 % Max

C= VcxPc=

1000

(3(SFIL) = l, JO

• Réduction de la porosité

D'où les dosages

363

Cet ajout modifie la classe vraie du liant (cf.§ 9-2.5) :

Conformément à la relation indiquée dans le paragraphe 9-5.6, cette réduclion d'eau pourra être obtenue grâce au dosage en adjuvant évalué ci-dessous: I-~

Total

1572 = 9,1 %

"128 =

1-)

-lons

291

haute p

'1'1 'l'Max = 19125 = 76 %,

Vc = VFo+ L'>VE= 124 +40 ~ VE=21O-40= 170 11m3,

218

517

5

Gravil

= 52 kglm'.

SFIL=52

Les volumes de ciment et d'eau deviennent:

.,.! .

170

'Sable '~:,-.- ,

L = C + SF = 572 kg/m3,

RIC = 0,51 RsAyiC = 0,26 %,

z

1,03

9- 7.4 Béton

SF= CliO

VE =40 1210 = 19 %

RSar

Ii" ,1

164

• Augmentation

C'est une réduction d'eau importante, mais qu'il doit être possible d'obtenir avec l'adjuvant utilisé puisqu'il permet d'aller jusqu'à 25 % de réduction d'eau.

.s.;

~r~au ,.. 'Air

Adju~'

Filler

Clll~It;;"'-~ +"aDi~ -,« eflic:llce ocd~

Observons commentl'ajout de 10 % de fumée de silice (52 kg/m3) au ciment utilisé dans l'exemple précédent modifierait la résistance du béton.

d'eou et dosage en superplastiliant

On a vu au § 9-6.2 que la réduction d'eau dans l'hypothèse pâte reste inchangé a pour expression:

du dosage au mètre (ube

~

J

Jcm28;:;: r

GXiit, Gravi! ;J&:;';' '

Cmin = 328 / 1,08 = 303 kg/m3 dans la mesure où on peut y associer une masse

A' d'addition:

= 101 kg/ml

A'= Cmi, /3

VCmin = Cmin / Pc= 961/m3. Pour atteindre

le volume fixé de fines avec ce volume minimum de ciment, il

faudra rajouter un volume de filler: = VF- VCmill = l66 - 96 = 70 l/m3. A = 70 x 2,71 = 190 kg/ml VA

Avec ces dosages

la classe vraie du liant devient:

f3(i) = 1 - 4 A (1- i)=0,58 L 0"[28

= fJ(i) x

fcm28

=Gx

0"C28

= 0,58x

Œ128XC2;

9-7.6 Bétons autoplaçants Comme les bétons auto-nivellants, les bétons autoplaçants doivent se mettre en place sous l'effet de leur seul poids propre. Mais cette mise en place est rendue plus difficile par le type d'éléments qu'il s'agit de bétonner: voiles très ferraillés par exemple. Il peut se produire alors des blocages dus aux gravillons. C'est pourquoi, pour ces bétons on vise des étalements de J'ordre de 70 à 75 cm, et on augmente le volume de pâte de 10 à 20 % (on reste donc dans la fourchette autorisée par la définition du volume optimum de fines). On considère que pour passer d'un affaissement de 25 cm à un étalement de l'ordre de 70 cm, il faut rajouter 20 litres d'eau. Un essai complémentaire permet de vérifier l'aptitude à la mise en place de ces bétons: l'essai à la boîte en L (cf. Fig. 9.10).

~

60 = 35 MPa

5 x 35 x0,4512 = 36 MPa

C'est une résistance légèrement plus importante que la résistance visée, mais on ne pourra pas descendre en dessous (en augmentant le volume d'eau de gâchage ou en diminuant la quantité de ciment) sous peine de ne pas respecter les dosages limites imposés par les conditions de durabilité. Calculons

~HAI4(e~39mm)

le dosage en adjuvant pour atteindre une réduction d'eau de 15 %:

, z

JL=I-JI-~=I-jl-15%=37% RSa, '1' Max

E,

25 %

R

~

VR = 0,58 / 1,30 = 0,45 11m3

i

VPâ" = VF+ VE+ Vv+ VR= 36811m3

j

o

01

,(X)

1 Figul't 9.10: Essai il fa boire

:c

,c,

1.

~lil

222

= 0,37

RSAT

= 0,37

ex

0,50 % = 0,58 kg/m3

La trappe de la boîte étant fermée, il s'agit de remplir le réservoir d'une contenance de 12 litres de béton. Après une minute d'attente, la trappe est soulevée et le béton s'écoule, malgré la gêne occasionnée par la présence de 3 armatures de 14 mm de diamètre distantes de 39 mm.

tri

L

, n

"z~ ~ ,

"6

223 3,

Si l'affaissement désiré n'est pas obtenu, il est possible d'augmenter légèrc~ ment la dose de superplastifiant puisque la dose de saturation n'est pas atteinte. Si la résistance n'est pas atteinte, il est possible de procéder à une réduction d'eau supplémentaire dans la mesure où la dose de saturation n'est toujours pas attei nie.

Alluvionnaire:

La norme EN 206 demande que les dosages en eau, en ciment et en granulats soient réalisés avec une précision de ± 3 %.Ie dosage en adjuvant devant être obtenu avec une précision de ± 5 %. Il s'agit donc d'étudier, pour une formulation donnée, comment de telles variations de dosages influent sur la résistance, Soient Cet E les dosages prévus en ciment et en eau. La résistance minimale sera obtenue pour un dosage en ciment 0,97 C et un dosage en eau 1,03 E. donc avec un rapport EtC plus élevé de 6 % que celui prévu dans le dosage spécifié. La formule de Péret permet d'obtenir rapidement line bonne approximation des variations possibles. Soir à estimer la chute de résistance possible du BHP de l'exemple précédemment étudié; ce béton a la composition volumique suivante : VC = 164 11m3et V E = 170 11m3, Pour cette composition et un volume d'air occlus de 5 Vm3, il atteint une résistance de 70 MPa. On peut estimer ce que serait sa résistance si son dosage devenait:

!, 1 c

• 5,

,
VE= 134-124=

101/m3.

'P=é>VEIVE=5% C'est une réduction d'eau faible qui pourra être obtenue avec un plastifiant.

1

[,

Vj= CI Pj= 24 11m3 V, = El Pc = 200 11m3

9-8.3 Exemple d'essai

Vg = G 1p, = 364 11m3

Il s'agit du BHP étudié au § 9·8.3, donc d'un béton fortement dosé en superplastifiant. Le squelette granulaire a été testé sur un béton traditionnel elle rapport Vg / Vs est supposé être optimum. Il s'agit de vérifier que l'affaissement et la résistance désirés (20 cm et 70 MPa) sont bien obtenus.

V, = SI p, = 298 11m3

autant d'air occlus que ce qui avait été prévu a on a été amené à mettre une quantité d'cau un pour obtenir l'affaissement au cône (200 1contre est resté pratiquement inchangé. La compacité

c = Vr/ Vraie = 123/(123

[

V' r = VF + é>VF = c' x V Pâte = 0,391 x 343 = 134

2 332 1 118.1 = 966 kgfm3

On a donc trouvé à peu près priori (17 1 au lieu de 121); peu supérieure à celle prévue 193 1) et le dosage en ciment qui valait 0,377 est devenue:

[1

= 0,391

23321 118,1 = 200 kgfm3 2 3321 118,1 = 790 kgfm3

r

=5%

En supposant toujours une précision de 1 %0 sur les pesées, le rapport PmI Ph peut être connu avec une précision de 4 %0. L'aéromètre permet d'apprécier le volume d'air occlus avec une précision de 1 Vm3, On considèrera donc cette dernière

/T,T7

+ 200 + 17) = 123/330=

0,362

Cela peut modifier la résistance à venir. .. qui ne sera connue que dans 28 jours.

d'étude

sur un BHP

[

Rappelons que pour ce type de béton, l'imponant est le bon choix du couple ciment-adjuvant et que des essais d'étude préalables doivent avoir pour objet de choisir les produits les plus performants et de définir le dosage le mieux. adapté en superplastifiant. L'adjuvant superplastifiant gâchée d'essai:

peut être introduit de plusieurs

r

façons dans la

L

- dans sa totalité avec j'eau de gâchage;

• Essai de rupture à 28 jours et modification éventuelle du dosage

, z

g, ~ o

~ J i

, (

i 228

Si la résistance à 28 jours atteint les 35 MPa, "objectif est atteint. Si ce n'est pas le cas (30 MPa par exemple) 2 solutions sont possibles pour augmenter la résistance réelle dans un rapport a = 35 1 30 = 1,17 : Soit conserver la composition de la pâte telle qu'elle vient d'être réalisée sous la seule réserve d'augmenter la classe vraie du liant en augmentant le volume de ciment au détriment de celui du filler. Soit conserver la composition du liant (caractérisée par FIL = 17 %) el augmenter la compacité de la pâte au moyen d'un réducteur d'eau.

1

MPa.

Solution 2 : On procède à une réduction d'eau au moyen d'un adjuvant. Cene réduction d'eau doit pcnnettre d'atteindre une compacité c' supérieure à la compacité c de la pâte dans les éprouvettes telle que: (c' 1 c)2 = 1,17. D'où:

La masse volumique des éprouvettes est Pm = 2 332 kg/rn''. On a introduit dans le malaxeur une masse totale de matériaux me + Il'1 + me + mg + I1Is = 1 17,60 kg. Les dosages C, F, E, G et S en ciment, filler, eau, gravillons et sable par unité de volume de béton en place ont pour valeur:

[

- dans sa totalité après un premier malaxage des autres ingrédients; -ou bien une partie avec malaxage.

l'eau

de gâchage,

l'autre

partie

à la fin du

Dans tous les cas il peut être nécessaire de prolonger le malaxage au-delà de 2 min jusqu'à ce que la défloculation ait eu le temps de se faire, ce qui est fonction, entre autres facteurs, de l'énergie du malaxage.

[

En fonction de l'usage auquel est destiné le béton, il peut être nécessaire de faire des essais à des temps différents pour vérifier la durée d'efficacité du superplastifiant (cf. figure 7.4) ; ce sont ces essais qui peuvent décider du mode d'introduction du superplastifiant.

[ 229

r

On mesure les niveaux HI et H2 et on considère le rapport H2/H 1 ;, 0,8.

que l'essai est concluant si

Si ce n'est pas le cas, on peut alors augmenter l'ordonnée

du point de brisure dans la méthode Dreux-Gorisse-Modifiée en portant K à une valeur de 12 à 15. Le volume de gravillons s'en trouvera diminué et le volume de pâte légèrement augmenté ce qui doit permettre un écoulement sans que la formation de voûtes de gravillons s'y oppose. On peut également choisir un gravillon de diamètre D plus faible.

9-7.7 Récapitulation Avec un ciment, un filleret une fumée de silice associés à un superplastifiant il semble possible de réaliser toute une gamme de bétons sur une large plage de résistance el de consistance. Il va de soi qu'après une étude de ce type Sur papier, la formulation résultante doit être testée par des essais.

Affaissement (h) ou étalement (tf) au cône d' Abrams (cm)

,. BO BAN: BHI."·

. h= 8 cm d=60cm h

= 20 cm

.BTHP h= 20cm

sec d'adjuvant;

si le pourcentage d'extrait sec contenu dans l'adjuvant tel qu'il est commercialisé sous sa forme liquide est désigné par « extrait sec (%) ) (cf. § 1-4.2); alors, il faut prévoir un dosage en adjuvant sous sa forme liquide MA el un dosage en eau d'apport

Ea

tels que: A

M1\

e; = E-,MA

.

extrait sec Cë) (100 % -extraitsec(%)).

[

Lorsque les granulats ont une porosité non négligeable, ils doivent être introduits humides dans le malaxeur de manière à ce qu'ils aient préalablement absorbé la quantité d'eau correspondant à leur porosité. Sinon cette absorption se produira au cours du malaxage et la consistance du matériau pourra en être très modifiée. Dans ce cas, si G est le dosage en gravillon à l'état sec, \Va sa teneur Cil eau et Abo son coefficient d'absorption; si S est le dosage en sable à l'état sec, ws sa teneur en eau etAbs son coefficient

[ [

d'absorption;

alors il faut prévoir des dosages MG et Ms de ces granulats à l'état humide:

Résistance moyenne à 28jonrs ;.

.. fcm28 - 35 MPa fcm28 fcm28 fcm28

MG=G(1.+IVG)

Ms = S (1 + IVs)·

Et le dosage en eau d'apport

= 35 MPa = 70 MPa = 10 1 MPa

w,- ALs Ea=E-MS'-J--+ws

devient alors: Mc'

IVe - Abc

1

+ Wc

[,

. -MA·pOO%-cxtraltsec(%)).

9-8.2 Exemple d'un essai d'étude sur un béton non adjuvanté

9·8. Vérification et ajustement des formulations par les essais Les essais d'élude sont les essais effectués en laboratoire pour déterminer la composition du béton. A ce stade ils ont pour objet de vérifier que la formulation obtenue par les calculs préliminaires permet d'atteindre les performances ex igées.

Il s'agit de vérifier, ici sur le béton non adjuvanté étudié au § 9·8.1, que l'affaissement est bien de 8 cm et que la résistance à 28 jours est bien de 35 MPa. Il faut donc réaliser une gâchée d'essai qui permette de faire au moins un essai au cône d'Abrams et plusieurs éprouvettes L6 x 32 (3 au minimum). Le volume du cône d'Abrams étant d'environ 5,5 1 et chacune des éprouvettes faisant 6,4 l, il faut donc prévoir 251 de béton en place; comme la gâchée doit excéder de 25 % ce volume, cela demande de réaliser quelques 3 1 1de bétail et de disposer d'un malaxeur d'une capacité comprise entre 60 et 100 1 (cf. § 72.1). Ce sont des volumes assez conséquents pour des essais modestes et il peut être avantageux, lorsque la dimension D du granulat le permet (quand D S 20 mm}, de travailler avec des éprouvettes Il x 22 de 2,2 1 de volume.

9-8.1 Prise en compte de l'eau apportée ou retenue par les matériaux et produits Si les granulats utilisés ont une porosùé négligeable, le plus simple est de les utiliser secs, de manière à contrôler au mieux la quantité d'cau introduite dans le malaxeur (cf. § 1-5.2). Dans cc cas, si E est le dosage en eau efficace (tel qu'il a été déterminé par le calcul préparatoire) ; si A est le dosage en extrait

224

1.

-~

• Réalisalion

[ [

de la gâthée d'essai

La gâchée d'essai devra être réalisée avec . inférieur au dosage préconisé de 193 Vm) mettra d'ajuster le dosage en eau jusqu'à l suppose les granulats non poreux et secs. 1 malaxeur (si l'on choisit de réaliser SOlde

I

1

n [ i,

un dosage en eau efficace un peu : 183 Vrn) par exemple. Cela perobtenir l'affaissement désiré. On JI faudra donc introduire dans le béton) :

~

,

225

1 ,

[

r

• Récapitulation "

Pour K = 10, l'application de la méthode une ordonnée du point de brisure:

du dosage 'Eau

Ciment F~ler"

1!1ju-

CEMI

,.v4nt; efficace 'occlus

Volumes (l),

calcaire 24

164

1,34

Air

146

l'able .~

5

Gravil '';..

297

-lons

Total

363

1 000

y= 50-10+

Dreux-Oorisse-Modifiée

K = 50-114

conduit à

1

+ 10 = 56 %

[,

Pour cette valeur l'application de la méthode conduit à un squelette granulaire composé de 50 % de gravillons et de 50 % de sable. On retiendra celte composition.

Masses

52

517

(kg)

1,74

787

146

962

2466

• Étude 4u béton d~ base

r

Ce béton est évidemment fictif puisqu'il est hors de question d'essayer d'atteindre un étalement de 60 cm sans l'intervention d'un adjuvant fluidifiant.

9-7.5 Béton autonivellant

(BAN)

Évaluation du volume optimum de fines:

Les bétons autonivellants sont des bétons très fluides dont la mise en place sur des surfaces horizontales peut être obtenue sous l'effet de leur propre poids, sans vibration. Leur étalement au cône d'Abrams doit être de l'ordre de 60 à65 cm, Soit à réaliser un béton autonivellant

dont l'étalement au cône d' Abrarns soit à 28 jours soitfcm28:;:; 35 MPa.

d:;:; 60 cm el dont la résistance moyenne

La composition de ce type de béton obéit aux mêmes règles que celles des autres bétons optimisés avec les ajustements ci-dessous: 1- Le dosage en supcrplastifiant doit permettre une réduction d'eau d'au moins 15%. 2 - Dans l'application de la méthode Dreux-Gorisse-Modifiée le coefficient K est pris au moins égal à 10 et tel que le volume de gravillons soit proche du volume de sable. 3 - Pour passer d'un affaissement de 25 cm à un étalement de l'ordre de 60 cm, on considère qu'il faut rajouter un volume d'cau d'environ 10 11m3.

• (ompositio~

du squelette

Le volume d'airocclus

est supposé être le même que pour un affaissement

[

de

25 cm. VE

230

z«

2x25

3

Vv=-=--=5Vm

[

Le volume de pâte dans le « béton de base » sera donc: VPâle:;:; VFO

+

VE

+

Vv:;:;

368

Vm3

r'

d'eau au moyen du superplastiliant

Dans ces conditions

"

35 Vm3.

[

le volume de pâte reste inchangé:

Ilpa" = IlF + V E + Vv = 166 + 197 + 5 = 368 1/m3.

ec

• •

Sa compacité vaut: c = VFI Vpô" = 1661368

" M

pour K = fO.

VE= VES+ VEP=2321/m3.

VFop' = VFO+LlVE= 131 + 35 = 1661/m3 VE = 232 - 35 = 197 Vm3.

~

Drtux CoriSSt Modifiit

VES= 20 x ln (h + 1) + 10= 20x 1n(26) + 10 = 75 Vm3.

Le volume de fines sera augmenté d'autant:

so

dt la méthOflf

r\

menté de 10 litres d'eau.

C.VE = 0.15 x232=

(;KANUI.OMI:TRIOUI>

'00

Application

1

On veut atteindre une réduction d'eau de 15 % :

'"

Figurt9.9 :

Évaluation du dosage en cau: V EP = 1,2 V FU= 157 11m3. Le volume d'eau nécessaire à la mise en suspension des éléments fins pour atteindre l'étalement de 60 cm est évalué pour un affaissement de 25 cm aug-

• Réduction

gra~ulaire

ANALVSF.

VFO= ;~ + 1,3 K= 52~ + 13= 1311/m3 VD V 14

re

8.&,

0.100 o.l6iJ

0.080

e.us

o.l!(l

0..00

0.2110o.J/j

0,6)

Co$O

1.00 0.10

1,1J

l.tJIl

UO

l.OO l.ll

0,00

~.)(I l,O!!

10 1

l' u.s

liî 16

-'13 ~.

sc

4() 6)

10

Il,1lI0 lOI!

o, [

= 0,451

A ce stade de la formulation, il est possible de vérifier quelles valeurs limites du dosage en ciment sont imposées par le dosage en eau pour respecter les conditions du tableau 8.5. En effet, pour ces dosages en eau important, ce sont souvent les conditions de durabilité qui fixent le dosage en ciment.

"

~"", 1 ~ ~1 0

220

221

• Vérification

Le vol urne de pâte dans le « béton de base» sera donc: 3291/m3

Vpô, II restera donc 9 cm- de ciment anhydre ne pouvant pas participer, par manque d' cau, à la réaction d' hydratation, La contraction Le Clratelier sera L1V = (vcc + ve/) X 10 % = 7 cm'. Le volume de ciment hydraté sera Yh Vcc + Vd - LlV::;: 66 cma. La porosité de la pâte passe donc, du fait de la dessiccation, de 18 % à 25 %.

Com/lOsiliQtl dt dipa'l

,'()/w,,;q,,~

46 •• 1

La norme ENV 206 indiquait la durée minimale de la cure que doit subir un béton en fonction des conditions ambiantes au moment de la cure et de la rapidité d'évolution des résistances du béton. On voit sur le tableau 8,2, reproduit de la norme, que la durée de cure souhaitée peut atteindre 10 jours dans certaines circonstances, La cure a une importance primordiale pour les BfJP et les BTHP qui, du fait de leur faible dosage en eau, peuvent connaître un amoindrissement considérable de leur compacité en cas de départ d'eau important. Le mortier THP (EtC = 0,27) oonservé dans l'air (cf. courbe n" 2 de la figure 5.19) connaît par exemple une perte d'eau totale de J'ordre de 1,4 % du poids total de l'éprouvette; ramené à la quantité d'eau initiale cela représente une perte d'eau de 19 %, (Ici, la masse volumique des éprouvettes de mortier THP est 2 330 gIl ; dans ces conditions la perte d'eau est nE 2 330 x 1,4 % 33 gli ; le dosage en eau est E= l70gll; .1EtE= 19 %).

=

La figure 4,19 montrait l'évolution de la compacité de la pâte d'un tel morticr quand toute l'eau était conservée. Ici la quantité d'cau sera limitée du fair de l'évaporation à Vtl = 46 x 81 % = 37 cm), Le volume de ciment se combinant avec l'cau sera Va' = 1 (0,42 Pc) = 28 erna. Il restera donc un volume de ciment de 26cm3 qui ne sera pas hydraté, La contraction Le Chatelier sera .1V = (vcc + ve/) X 10 % = 7 cm), Le volume de ciment hydraté sera Vh:;: "('c + "e/-L1V:;: 58 erna. La compacité passe donc de 92 % à 84 % comme cela est représenté sur la figure 8,2,

, !

t=

"'t/

! c

"t

~

,•.

Composition ,'O/um,'q"" ~prlJ h)"i/rowlion rompltu

I\lr OCCIUi

Clm(nt hydra!f

98%

~~

[

Fig, 8,2 : InfluenCE dt la cure

Ga;n d'tau de H Il;

Pme dt /9 % du ",,/umtd'tau

D' •.

'"%

['

'"""poro,;tl

pt,1Ue JOlide f'oroJilt

d'unlflDnitrde/aibitrop'

pon EJC

Si la cure d'un béton de ce type consiste à le conserver dans l'eau, la figure 5,19 montre que le gain d'eau peut être de l'ordre de 1,1 % du poids des éprouvettes sou 15 % du poids d'eau initial. Le volume d'eau Vtl pouvant être consommé par l'hydratation passe alors de 46 cm) à 53 cm), Le volume de ciment pouvant s'hydrater devient Vu = 111ell (0,42 Pc) = 40 crnt.Jl restera donc un volume de ciment de 14 cm' qui ne sera pas hydraté, La contraction Le Chatelier sera LlV= (vC(' + ve/) x 10 % 9 cmt. Le volume de ciment hydraté sera Vit = + v /-.1V = 84 cmt. La porosité est très diminuée: de 8 % elle passe à 2 % (cf. figure 8.2).

[ [

=

V{'('

8-1.3

1

t

Durée

de

la cure

humide

(suivant

EtC

Classes des ciments

Rapide

;

= ~

om

f:J!Jill.. ~

~

l:SSi§L Qi!Il1I. rnIIl>. l:2I!I2;.' œtW ruMIl.

45

50

55

60

70

80

90

100

55

60

67

75

85

97

105

115

d

d

h

w

ii

,

l Ii

i

'I + &,

àl

l

Fig. 7.f4; DéJonnnritll1s

1

1

'-

Classe

[

Sous l'effet du chargement P qui lui est appliqué, l'éprouvette de béton de diamètre d se déforme. Soit Il la hauteur de l'éprouvette sous un chargement nul et (h + .117) cette hauteur sous un chargement correspondant à une contrainte de compression o, (cf. figure 7.14). &/, qui représente un raccourcissement, est négatif. Soit Be la déformation relative de l'éprouvette dans le sens longi-

Œ=--

lliI.lQ. l:.llIaS..

r

1-5.1 Courbe contrainte-déformation sous chargement de courte durée

1

_ul.

n_nnn

"==:J'

•

,

d'l4n( tprolll'me

-.J!

[

$ous/'tffel d'ul! cMrgtmtnl d( courtt d~rÙ d'appt/cariOlI

[

La courbe représentative de la déformation relative du béton (Be) en Fonction de la contrainte (ac) qui lui est appliquée a l'allure générale représentée sur la figure 7.15. Elle présente un maximum, le pic de contrainte. qui définit la contrainte de rupture (te) puis une branche descendante. L'allure de cette partie descendante de la courbe dépend de la manière dont est appliqué le chargement. Elle n'est représentative que lorsque la machine d'essai est pilotée de manière à contrôler les déformations, puisque, au delà de la contrainte de rupture. la charge appliquée ne doit plus être croissante, mais décroissante quand la déformation s'accroît.

,, [

o z

i j

,

169

~ z

,

[

l • Particularités

de la rupture

en compression

)

Pour des résistances supérieures à 60 M Pa, et suivant la presse utilisée, la rup:. ture peut être brutale et il est bon d'équiper la presse d'un système de pro! tection pour se protéger des éclats éventuels. Lorsque l'essai est correctement réalisé, l'éprouvette rompt de la manière indiquée sur les figures 7.10 et 7.11.

J..t

frellage peut être limité en graissant les zones de jonction plateaux/éprouVettesou en y interposant des appuis en téflon. La rupture est alors du type de êelle indiquée sur la figure 7.l1c. Elle se produit pour une charge (Pl) habituellement plus faible que celle obtenue dans le cas général (l',) : en protégeant ses extrémités de l'éclatement, le frettage permet à l'éprou'lette d'encaisser des chargements légèrement plus importants.

1

\

'~7-4_3 Essai'de traction par fendage "

(EN

l

12390-6)

1

• Obiectil de l'essai Le butde

J'essai est de connaître la résistance à la traction du béton de l'éprou-

vette

• Principe de l'essai

fig. 7.10: E.ulllple dt rup/urt

d'iproul'tllt

[

On procède généralement par essai de fendage sur éprouvette cylindrique conformément à la norme EN 12390-6. Dans cet essai, on applique à l'éprouvette un effort de compression le long de deux génératrices opposées. Cet effort de compression induit des contraintes de traction dans le plan passant par ces deux génératrices. La rupture, due à ces contraintes de traction, se produit dans ce plan (cf. figure 7.12). Le calcul permet de définir la contrainte

16 x 32

de traction correspondant Dans ce type de rupture, deux cônes apparaissent aux extrémités de l'éprouvette rompue. En effet, la pression exercée par les plateaux de la presse à la jonction avec l'éprouvette gêne les déformations transversales dans cette zone (cf. § 7-5.3). Dans la panie centrale, la déformation transversale est libre; elle résulte des contraintes de traction (symbolisées par les flèches notées t sur la figure 7.11 a) perpendiculaires à la compression (et à la fissuration). Ce sont ces contraintes de traction qui aboutissent dans la zone centrale à la fissuration longitudinale de l'éprouvette, puis à sa ruine. Les zones extrêmes, protégées par le frettage créé par les plateaux, ne son' pas détruites (ligure 7.llb).

r.r

à cene rupture.

[1

• Equipement nécessaire _ Une presse de force appropriée conforme à l'EN 12390-4. _ Des bandes de chargement en contreplaqué neuf ayant une section dont les dimensions sont indiquées sur la figure 7.12 et une longueur au moins égale

[

à celle de l'éprouvette. _ Des moules cylindriques, pour la confection des éprouvettes. qui ne doivent pas être en carton car de tels moules ne garantissent pas avec suffisamment de précision la rectitude des génératrices.

IOmm±1

t~"

t i

1 [

p

a nun elmm

[ [ Fig. 7.11: fig.7.11,

Mode de ruplurt

cJlindriqutS

m comprtssÎon

164

[

DiJ(IOJÎlif pour /"mll;

des iprouW!IltS

L 1

-

J

l'

dt n4p1urt par[tndaKf!

165

fois de suite en 30 secondes. Si le béton forme une galette approximativement circulaire et sans ségrégation, l'essai est valable.

• Mise en place et conservation du béton pour les essais d'étude, de convenance ou de contrôle (EN 12390-2)

La moyenne des mesures du diamètre de la galette dans deux directions parallèles aux.côtés du plateau définit la consistance mesurée sur la table à secouss-, Elle est arrondie au cm le plus proche.

La mise en place dans les moules est obtenue par vibration ou par piquage. Cette mise en place doit permettre le serrage à refus du béton. On considère que ce serrage est atteint lorsqu'il n'y a plus apparition de grosses bulles d'air et que la surface du béton devient relativement lisse avec un aspect glacé sans ségrégation excessive. Les moules ayantété munis d'un dispositif s'opposant à l'évaporation; les' éprouvettes doivent être conservées à l'abri des chocs et des vibrations pendant un minimum de 16 heures et un maximum de 3 jours à la température de 20 'C ± 5 'C (ou 25 'C ± 5 'C dans les pays chauds). Après démoulage. les ~prouveltes doivent être conservées à une température de 20 °C ± 2 °C dans de l'eau ou dans une chambre dont l'hygrométrie relative soit supérieure à 95 %.

• Classes d'étalement

sur table

La norme EN 206 définit 6 classes d'étalement surtable : Classe d'êtalement

FI

Diamètre (en cm)

" 34

F2 35à41

F3

F4

FS

F6

42à48

49 à 55

56 à 62

~ 63

• Essais d'information 7-3.7 Essai au maniabilimètre

A

L'appareillage est du même type que celui décrit pour les mortiers au § 5-2; il ne s'en différencie que par la taille qui lui permet de tester des bétons dont le plus gros granulat peut avoir 50 mm de diamètre. L'essai est régi par la même norme NF P 18-452. Il s'agit donc de mesurer le temps d'écoulement d'un béton soumis à une vibration.

7·4. Résistance 7-4.1 Confection

(NF P 18-400

et

EN 12390·1)

Les résistances sont mesurées sur des éprouvettes cylindriques ou prismatiques dont les moules ont des caractéristiques définies par les nonnes NF P 18-400 ou EN 12390-1. Les moules les plus fréquemment utilisés en France sont les moules cylindriques. Leurs dimensions sont indiquées ci-dessous; elles doivent être choisies en fonction du diamètre maximal des granulats (D) entrant dans la composition du béton.

, l'

'11 r:

!

r 1

Format

~ , ~ ,

Cylindre Il x 22

'!!

Cylindre 16x 32

,

Iii

ili

-ce,

.

100

est la consistance

normalisée.

[

Plateau pour masse

[

additionnelle •• 1

Partie mobile pesant, avec la sonde, 300 g

l

j

Index solidaire de la partie mobile permettant la

••

lecture directe de d

L

de l'essai

La quantité d'eau choisie est pesée de préférence directement dans la cuve du malaxeur. Puis on pèse 500 g de ciment qui seront ajoutés à l'cau en un temps compris entre 5 et 10 s. Si, par exemple, la quantité d'eau pesée est de 125 g, alors E/C ~ 0,25.

~

Quatre minutes après le début du malaxage la sonde est amenée à la surface supérieure de la pâle et lâchée sans élan. La sonde s'enfonce alors dans 41apâte. Quand la sonde s'immobilise, ou au plus tard 30 secondes après l'avoir relâchée, on mesure la distance d entre l'extrémité de la sonde et le fond du moule (cf. figure 4.2). Celte distance ci caractérise la consistance.

196-1 (cf. figure 4.1). Ce malaxeur est muni d'une cuve de 5 litres de conte. tourner à 2 vitesses (dites lente el rapi, de) : 140 et 285 tr/min.

D«lIft(IIJ

La pâte est alors rapidement introduite dans le moule tronconique posé Çur une plaque de verre, sans tassement ni vibration excessifs; il faut enlever l'excès de pâte par un mouvement de va-et-vient effectué avec une trUelle maintenue perpendiculairement à la surface du moule; puis l'ensemble est placé sur la platine de l'appareil de Yicat.

Introduction de l'eau

sont récapitulées

dans le tableau ci-dessous:

Introduction du ciment

Raclage de la cuve

1

mal~~eu1-~' .

5 à 105 Arrêt

90

S

Vitesse lente

Sonde amovible (0 = 10 mm)

40 mm

Moule tronconique

1

•••1

d

rempli de pâte

Plaque de base en verre

Fig. 4.1: Appareilde Viem muni de sa SQfllr de caf!SislQIICf

o, [

4-1 _2 Influence du rapport E/e sur la consistance Vicat

t5 s

90 s

Arrêt

Vitesse lente

[ ,

l~1

La variation de den fonction de EIC est représentée pour un ciment de clinker non adjuvanté par la courbe de la figure 4.3. Pour ce ciment, la pâle de consistance normalisée serait obtenue pour un rapport EtC = 0,254.

, 101

iz,

rieur (n' 4), d'une huile légère. La cellule est équipée d'une grille à sa partie inférieure. Un piston sert à tasser le ciment dans la cellule sous un volume V défini. - Une balance

précise à 0,001 g près.

- Un chronomètre

précis à 0,2 s près. (So) el de masse volumique

- Du ciment de référence de surface massique (Po) connues. .•...Des rondelles - Du mercure

de papier filtre· adaptées pour mesurer

au diamètre V de la couche

le volume

de la cellule. tassée.

précis à 0,1 °C près pour mesurer la température

- Un thermomètre ambiant.

de l'air

Piston dl!limilllnl le volume V Ile la cellule

S

3

ciment

de B/aiut

8 . Emplacement du lit de ciment dans la cellule

b· Po~ition du liquldo: manQlllélriquc nu d~~ut de l·e~SlIi

~ < >

numériques

du perméabilimètre

K; So' PO' -.

1

I-p

--.

100

de l'essai

~ !

Le volume

Vc

de ciment

compacté

dans

contenu

dans

V de la cellule

[1

est mesuré à l'aide de mercure:

- La cellule contenant

un lit de ciment compacté comme indiqué précédemment,la remplir avec du mercure. S'assurer que la cellule est remplie en pressant une plaque de verre sur la surface du rnercurejusqu'à ce qu'il soit à ras du sommet de la cellule. Recueillir le mercure; le peser; soit ln 1 sa masse mesurée à 0,01 g près.

_

La cellule étant vidée du ciment, disposer deux rondelles de papier' filtre sur la grille de la cellule. La remplir de mercure et l'araser de la manière précédemment indiquée. Recueillir le mercure; le peser à 0,01 g près. Soit m2 sa masse.

V - \~

.

~

~

.

- Cette masse me de Ciment est mise en place dans la cellule pUIS cornpactée par le piston (cf. figure 3.2a); le lit de ciment ainsi compacté a un volume V; la cellule est alors placée dans le rodage conique au sommet du manomètre.

J.

et J '/1

~,

96

Il

rs+z: ,,0,1 ryo

p;--;I-c

o

•

K est la constante de l'appareil et IJ est la viscode l'essai (la norme en fournit les valeurs en fonction de cette température).

e - Position du liquide I1mnQmétriqu~ au temps t

vI" Ill, V c=-=-~ ln =c P \1 V Pc (' C La porosité p est définie comme le volu me d'air occlus le lit de ciment cornpacté rapporté au volume total:

>

_1__

La constante K de l'appareil est obtenue à partir de la relation précédente et d'un essai avec le ciment de référence. L'essai consiste à mesurer trois fois le temps 1 sur trois lits différents de ciment de référence (9 mesures de temps au total). Soit to la moyenne des temps mesurés. La constante K a pour expression :

2 rondelles de papier filtre

comme le rapport entre le volume absolu la cellule et le volume V de la cellule: ~

H

T; ."ro:I;j

sUé de l'air à la température

3-2.5 Etalonnage

- Il faut peser une masse me de ciment telle que la compacité c du ciment une fois lassé dans fa cellule soit C = 0,500. La compacité est définie

0;

= K Fr . Pc

Dans cette expression Volume d'air ayam traversé la ccccje cie ciment dansle temps t

Liquide manoméjrique

3-2.4 Conduite

~,

absolue du ciment étudié. Sa surface massique

Manolr*trt

conlp.1Ct~ par le piston

Grille

l

~

Reperes gravés

4

)

-.:,. L'essai est répété une deuxième fois sur lc·même lit de ciment. Puis un deuxième lit est préparé et essayé de la même manière. Soit f la moyenne des quatre temps Ii ainsi obtenus.

1

-

Lit de

[

S est:

Aspiration pour amener le liquide manomtulque au niveau du repère supérieur

Cellule

1.

_ Fermer le robinet; enlever le bouchon; déclencher le chronomètre lorsque le liquide atteint le repère n° 2 sur le tube; l'arrêter lorsque le liquide atteint le repère nO 3 sur le tube (cf. figure 3.2e). Relever le temps l, à 0,2 s près et la température à 0, l 'C près.

Soit Pc la masse volumique Bouchon

Fig. J.] : P,inâpt dl' fOUClionl!emelll du pumt(lbilimtlrt

.:La partie supérieure de la cellule étant obturée par un bouchon adéquat 'et le robinet étant ouvert, amener par une aspiration modérée le liquide -nanornétrique au niveau du repère supérieur (repère u" 1 : cf: figure 3.2b)

Soit PH la masse volumique . d' é dl) est ln iqu e ans a norme.

du mercure à la température de l'essai L 1 d 1 Il 1 t e vo ume c a ce u ces : m -m -l

2 l v=---

PH

(elle

n ~

-1

;

[

!II

"

, ~0

97 ~ ~

1

1

3 · ESSAIS SUR LE CIMENT ANHYDR~

3-1.4 COlJduite de l'essai Cinq pesées sont nécessaires

comme indiquées

_ml: masse du pycnomètre

vide;

_ m2 : masse du pycnomètre

rempli d'eau distillée;

_ m3 : masse du pycnomètre

rempli de toluène;

_ ms : masse du pycnomètre contenant -complété avec du toluène. .

sur la figure 3.1

r

une masse m4 (me) de ciment et ,~

.

1

3·1. Masse volumique absolue ,_

C~?:! /

Repère glllvé

'"I/

"'"

distillée

3-1.1 Objectif

de l'essai

Il s'agit de mesurer la masse volumique absolue du ciment anhydre qui varie en fonction de la composition du ciment, tout en restant comprise entre 3.0 et 3,2 g/cm3.

c::3::J

\:'~f:'"

~

=

-

Fig. 1.1 : PtSÙS lIiceHairtS Il la dilennina/ion dt la /liane volumique I~-

~

1

3-1.2 Principe

de l'essai

On opère en comparant la masse (me) d'un volume connu de ciment (vc)

Si p, est la masse volumique

à la masse

me du pycnomètre

(mt)

d'un même volume d'un liquide

mique (Pt) est connue.

La masse volumique

dont la masse velu-

du ciment

de l'eau à la température

de l'essai,

le volu-

est:

(Pc) s'en déduit

m2-ml

v=--

en écrivant :

p,

Ille

Pc;p,-·

La masse volumique

111,

du toluène est alors: nt3-ml

p,=--V-

3-1.3 Équipement

,

La masse

nécessaire

ml de toluène

w

o

- Un pycnomètre d'une contenance minimale de 50 ems.

z

- Un liquide

> r


z

c r

, 5 ~

Adjuvants

Eau

.

85

2 - Particularités des essais concernant les liants hydrauliques 3 - Essais sur le ciment anhydre

Masse volumique absolue Mesure de la finesse.

4 - Essais sur lu pâte de ciment durctssantc Essais de consistance . Essai de prise

[,

83

.

89 .

..

.

.

.

.

99 99 108

.

113 .

Détermination de la stabilité . Bilans volumiques de la réaction d'hydratation

115

5 - Essais sur les mortiers . Mortier normal . Mesure de la consistance des mortiers Mesure du temps de prise sur mortier. .. Mesure des résistances à la compression CI à la traction Durcissement . Porosité et résistance . . Evaluation de la masse volumique des éprouvettes de mortier par pesée bydrostatique.. . . Retraits et gonflements . 6 - Classification des ciments ..... Classification des ciments en fonction de leur composition. Classification des ciments en fonction de leur résistance normale Désignation normalisée des ciments . Autres liants hydrauliques . Ciments présentant des spécifications particulières 7- Essais sur les bétons Gâchée d'essai... Essais de consistance Résistance . Déformation des bétons . Essais pouvant être pratiqués sur le béton de t' ouvrage 8 . Durabtlné des bétons . Résistance aux agents agressifs Résistance aux ambiances hivernales Alcali-réaction . Prescriptions normalisées concernant

92 92 95

122 122 123 126 126 129 133

.

136 136

. .

146 146 147 148 148 150

Première partie

GRANULATS

151 151 152

160 169 . 178 182 182 .

. la durabilité

186 190 192

9 . Formulation

des bétons ..... 196 Objectifs d'une formulation . 196 Paramètres influant sur la résistance . 196 Moyens de diminuer la porosité de la pâte liante à consistance maintenue 200 Composition du squelcne granulaire . 205 Bétons optimisés 210 Méthode de formulation des bétons optimisés 212 Exemples de formulation . . 214 V érificaticn et ajustement des formulations par les essais. . . 224 Sensibilité d'une formulation aux variations de dosage 230

••