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Introduction aux Technologies du Béton (Concrete Technology) Quelques définitio

Introduction aux Technologies du Béton (Concrete Technology) Quelques définitions Un béton béton si ∅ > 4 mm Granulats + colle = mortier si ∅ < 4 mm Pâte de ciment = eau + ciment Mortier = eau + ciment + sable Béton = eau + ciment + sable + granulats 3-5hrs à 28+j durcissement La vie d’un béton 0 à 3-5hrs Fluide ouvrable MALAXAGE PRISE Vie en service durabilité Développement de la résistance peu continuer d'augmenter pendant des années si l'eau est disponible 1 jour 3 jour 28 jours x2 x2 temps de référence pour les résistances temps de décoffrage Constituants: ciment granulats gravier, roches concassées eau sable air (vides) adjuvants (éventuel) squelette pâte de ciment colle L'eau ~70-50% vol. colle ~40-30% vol. pâte de ciment 2 niveaux de microstructure squelette ~60-70% vol. granulaire pâte de ciment Grains de ciment ~30-50% vol. Au départ Hydratation transformation de pâte fluide en solide rigide Grain de ciment eau hydrates Rôle de l’eau Anhydres + eau ⇒ hydrates L'eau est combinée dans les hydrates L'hydratation continue seulement s'il y a de l'eau disponible. Hydratation Augmentation de volume solide 1 vol. ciment → ~ 2 vols hydrate La quantité d'eau ajoutée, relative au ciment est exprimée en rapport e/c en poids Si e/c = 0.5, quel est le volume de ciment dans le mélange de départ? (la densité de ciment ~ 3 g/cm3) Quel est le volume de solide après hydratation? La pâte de ciment Rapport e/c La quantité d’eau ajoutée contrôle l’espacement des grains de ciment e/c bas ex. 0.3 Vol. ciment ~ 50% e/c moyen ex. 0.45 Vol. ciment ~ 40% e/c élevé ex. 0.6 Vol. ciment ~ 35% Un béton est composé de: • un squelette, les granulats • une colle, les pâtes de ciment • la liaison (l’interface) entre les deux Sa qualité dépend de la qualité de tous les trois. Les granulats: Les granulats sont nettement moins chers que le ciment (~5x) Mais on ne peut pas faire une pâte de ciment dans une large section sans qu’elle se fissure Les granulats limitent la longueur des fissures: plus de fissures, mais plus fines et plus courtes Squelette granulaire On veut minimiser la quantité de pâte du ciment: • plus économique • moins de phase dans laquelle l’eau peut pénétrer • moins de chaleur dégagée • moins de retrait mais la pâte de ciment doit remplir les espaces entre les granulats: et fluidifier le béton pendant le malaxage et la mise en place Empilement plus efficace avec une distribution des tailles: Les petits peuvent remplir les espaces entre les grands (connu pars les romains ) La taille maximum des granulats est déterminée par la taille de la pièce de béton Le diamètre maximum doit être moins de un cinquième de la taille de la pièce Ex. mur du 150 mm, taille max ~30 mm La forme des granulats granulats roulés sphériques lisses arrondis anguleux cubiques aplatis / allongés aplatis / allongés forme angularité état de surface rugueux besoin en eau ouvrabilité aptitude au compactage croissant décroissant colle ~40-30% vol. pâte de ciment 2 niveaux de microstructure squelette ~60-70% vol. granulaire pâte de ciment Grains de ciment ~30-50% vol. Au départ L'eau ~70-50% vol. eau/ciment résistance 0.5 1 0.3 ~40 MPa ~90 MPa ~10 MPa béton haute résistance béton normal “mauvais” béton La résistance mécanique et la plupart des autres propriétés sont gouvernées (en 1er dégré) par la quantité d’eau ajoutée La pâte de ciment doit remplir les espaces entre les granulats ciment Granulats ~70% (60-80) Pâte du ciment ~ 30% eau Normalement les formulations de béton sont exprimées en poids pour faire 1m3 Quand le e/c ↓, il faut augmenter « le dosage en ciment » pour garder le même volume de pâte qui donne la fluidité du béton Sortes de beton utilisé en Swiss Most used in buildings ~60% of market Ouvrabilité Capacité à remplir les formes à se compacter fluidité • La présence des granulats empêche l’utilisation de la plupart des équipements conçus pour caractériser la rhéologie des autres fluides • Besoin de tests robustes qui peuvent être utilisés sur les chantiers Slump test (essai d’affaissement) 20 cm 10 cm 30 cm s s [mm] Classe selon SN EN 206-1 consistance 10 à 40 S1 ferme 50 à 90 S2 plastique 100 à 150 S3 molle 160 à 210 S4 très molle Essai pas recommandé pour s ≥ 220 mm (fluide) What is wrong with this picture! Essai de compactabilité (Walz) s c − ± ± = mm ) 2 400 ( mm ) 2 400 ( Indice de serrage : c [-] Classe selon SN EN 206-1 consistance 1.45 à 1.26 C1 ferme 1.25 à 1.11 C2 plastique 1.10 à 1.04 C3 molle Essai pas recommandé pour c ≥ 1.46 (raide) et ≤ 1.03 (très molle/fluide) [mm] Essai d’étalement (à la table à chocs) [mm] 2 2 1 d d f + = Etalement : f [mm] Classe selon SN EN 206-1 consistance 350 à 410 F2 plastique 420 à 480 F3 molle 490 à 550 F4 très molle 560 à 620 F5 fluide Essai pas recommandé pour f ≤ 340 mm (raide/ferme) et ≥ 630 mm (très fluide -> SCC) d 15 x Essai Slump-Flow (pour bétons autoplaçants / SCC) Etalement : [mm] Source: Guide pratique Holcim SF [mm] Classe selon SN EN 206-9 Remarque 550 à 650 SF1 Risque de désaération insuffisante 660 à 750 SF2 760 à 850 SF3 Risque de ségrégation SF Quelle consistance pour quel moyen de mise en place Utilisation conseillée: bleu foncé / utilisation possible: bleu moyen (source: Guide pratique Holcim) À éviter pour un bon béton: Ressuage - (bleeding) Emergence d’une couche d’eau en surface À éviter pour un bon béton: Ressuage - (bleeding) Emergence d’une couche d’eau en surface bleeding ségrégation • Le ressuage et la ségrégation peuvent être évités avec une bonne formulation du béton: • bonne granulométrie du squelette granulats • bon dosage en ciment • bon rapport e/c La prise Pâte fluide Solide rigide La transition n’est pas franche la définition de la prise est un peu arbitraire Le test classique: Aiguille « Vicat » 420 . . . . Initial set . . . Final set 4000 3000 2000 1000 0 180 240 300 360 Temps (min) F Résistance à la pénétration (psi) La prise • Avec des méthodes plus précises, il semble que la prise corresponde au point de formation d’un squelette solide continu. Un peu de pratique! EPFL Learning Centre Images Alain Herzog http://mediatheque.epfl.ch/modules.php? include=view_album.php&file=index&name=galler y&op=modload&set_albumName=albup82 © Alain Herzog © Alain Herzog © Alain Herzog © Alain Herzog © Alain Herzog © Alain Herzog © Alain Herzog © Alain Herzog © Alain Herzog © Alain Herzog Résumé / questions 1. Quelle est la différence entre le béton et le mortier? 2. Pourquoi met-on des granulats dans le béton? 3. Pourquoi utilise-t-on des granulats de tailles différentes? 4. Pourquoi utilise-t-on des mélanges continus des granulats? 5. Quelle est l’importance du rapport eau / ciment? 6. Quel processus amène le durcissement du béton? 7. Qu’est-ce que la prise? Comment la mesurer? 8. Si le rapport e/c diminue, comment faut-il changer le dosage en ciment? 9. Quels paramètres de formulation influence le «slump» du béton? 10. Quel est le moyen le plus utilisé pour compacter le béton? uploads/Ingenierie_Lourd/ mdc-lecture-1-introduction-beton.pdf