Eau et adjuvants.pdf

III- EAU DE GÂCHAGE ET ADJUVANTS

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I - L’EAU DE GÂCHAGE 1 . C O N V E N A N CE

Pour convenir à la confection de béton, les eaux ne doivent contenir ni composés risquant d'attaquer chimiquement le ciment, les granulats ou les armatures, ni  particules en suspension dont la quantité pourrait modifier ses qualités originelles. La norme P 18-303 limite à cet effet le pourcentage de matières en suspension à 2 ou 5 g/l et la teneur en sels dissous à 15 ou 30 g/l suivant la nature du béton, précontraint ou non armé, spécifications qui ne différencient pas les éléments nocifs même en très faible pourcentage de ceux qui en pourcentage éventuellement plus important ne le sont pas. Dans la catégorie des eaux susceptibles de convenir à la confection de béton, on trouve : 

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les eaux potables (qui bien évidemment conviennent): les eaux de recyclage provenant du rinçage des bétonnières ou des camions malaxeurs à condition de vérifier leur aptitude dans le cas de changement de ciment ou d'adjuvant d'une gâchée à l'autre. sont utilisables. Lorsque ces eaux comportent des éléments fins provenant des matériaux entrant dans la confection des bétons (ciments. fines des sables...). il est possible de les utiliser après passage dans des bassins de décantation: les eaux de pluie et de ruissellement, les eaux pompées, tant qu'elles restent confirmes aux prescriptions de la norme conviennent également.

À côté, les catégories d'eaux ne devant pas être utilisées comprennent : les eaux usées: les eaux vannes ou contenant des détergents: les eaux industrielles susceptibles de contenir des rejets organiques ou chimiques. Ces différentes eaux doivent obligatoirement subir des analyses concluant à leur nonnocivité avant tout emploi.   

La norme autorise l'emploi d'eau de mer dans la confection des bétons qui ne sont ni armés ni précontraints, mais les spécifications du fascicule 65 A sont plus rigoureuses et en interdisent formellement l'emploi lors du gâchage. Bien que les textes officiels ne traitent pas de ce sujet,l'utilisation d'eau de mer pour le gâchage d e  bé ton s no n armé s ne prése nte pas de ri sq ue qu an t à la pér enn ité de l'o uvrage , se ules des efflorescences, dues à une migration des sels, pouvant apparaître sur les parements. 2.LES ESSAIS D'APTITUDE

Ils comprennent : une inspection visuelle (matières en suspension, débris végétaux, films d'huile, couleur anormale...). Seule une eau incolore ou très légèrement jaunâtre peut convenir: une vérification olfactive afin de s'assurer de l'absence des matières organiques en décomposition qui rendraient l'eau malodorante; des essais de résistance mécanique sur mortier ou béton à 7 jours, les résultats devant être ≥  90 % à ceux obtenus sur témoin gâché avec de l'eau potable; 

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des essais de début et de fin de prise, les résultats ne devant pas excéder ± 25 % par rapport au témoin; des analyses chimiques portant sur les teneurs en différents constituants dont le  po urc en tag e dan s l'e au do it sa tisf ai re au x pr es cr ipt ion s su iva nt es : 

Quand l'une quelconque des limites indiquées dans le tableau est dépassée, l'eau peut éventuellement être utilisée, sous réserve qu'elle satisfasse aux prescriptions concernant les essais de début et fin de prise et les essais de résistance. Les effets de la présence de ces impuretés dans l'eau de gâchage, dans des p roportions supérieures aux limites indiquées ci-dessus, sont rappelées ci-après : 

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les insolubles peuvent être de natures diverses, dans le cas d'argile en suspension dans l'eau, on peut craindre une action sur les caractéristiques mécaniques, de même qu'avec des micro-algues qui sont des matières organiques. dans ce dernier cas à la diminution des résistances s'ajoute un effet d'entraînement d'air diminuant la compacité: les matières dissoutes peuvent être des sels de diverses natures, tels les chlorures dont l'action est corrosive sur les armatures et qui provoque en outre une accéléra tion du phénomène de prise. La quantité de chlorures dans l'eau doit être ajoutée aux autres possibilités d'introduction de chlorures dans le béton (chlorures des ciments, des adjuvants, de certains sables d'origine marine...) pour rester en deçà des valeurs limites rappelées au paragraphe 3. Les autres sels ont généralement une action sur les caractéristiques mécaniques, les sels de sodium et de potassium, très solubles, ont en outre une action accélératrice: compte tenu par ailleurs qu'avec certains granulats il est indispensable de limiter la teneur en alcalins actifs du béton, les proportions de ces sels doivent donc être strictement contrôlées: les sulfates peuvent réagir sur le ciment pour former de l'ettringite qui s'accom pa gne de gonf le ment et pe ut pr ovoq ue r un e di sl oc at ion du bét on . En fai bl e pr op or tion ils ont une action sur le temps de prise et de durcissement du ciment pouvant s'ajouter à l'effet du SO 4 Ca du ciment : les ions soufre provoquent la corrosion des armatures et sont plus particulièrement à craindre dans le cas des bétons précontraints pour lesquels la teneur maximale est fixée suivant les cas à 0,2 ou 0,5% (cette dernière valeur étant pontée à 0,7 %); les sucres retardent la prise du ciment jusqu'à empêcher les phénomènes de prise et de durcissement s'ils sont introduits en grande quantité dans le béton: 3

les phosphates et les nitrates diminuent fortement les résistances et présentent une action corrosive importante: le zinc a un effet retardateur sur la prise; les détergents provoquent la formation de mousse pendant le malaxage, d'où un  pourcentage d'air entraîné non désiré pouvant réduire fortement la compacité et les caractéristiques mécaniques: les huiles susceptibles d'être présentes dans des eaux de récupération peuvent si elles sont en trop lones proportions amoindrir les résistances. 

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3. TENEUR EN CHLORURES

Admise en général, certains règlements considèrent qu'elle ne doit pas dépasser 500 mg par litre. D'autres critères moins rigoureux font une différenciation en fonction du type de béton confectionné, c'est ainsi que les limites suivantes sont fixées : Pour la possibilité d'utilisation d'une eau pour le gâchage du béton : ≤   600 mg/l Pour les bétons précontraints, ≤ 2 000 mg/1 pour les bétons armés, ≤  4 500 mg/l Pour les bétons non armés. De toute façon, c'est essentiellement la teneur totale en ions chlore dans le béton qui importe. Or les chlorures peuvent provenir de l'eau de gâchage, mais également du ciment, des granulats et éventuellement des adjuvants, en sorte que l'on doit toujours  prendre en compte la teneur totale d'ions chlorure dont la valeur ne doit pas dépasser certaines limites, fonction du type d'ouvrage réalisé avec le béton. Ces limites sont spécifiées dans différents documents tel le fascicule 65 A, la norme AFNOR P 18325 d'août 1991, et le projet de révision de la EN 206 avec, dans ce dernier cas des valeurs légèrement différentes de celles du fascicule 65 A. Les valeurs limites spécifiées présentant de petites différences, nous les reproduisons ci-après avec leurs références, celles à prendre en compte pouvant être, par sécurité, les  plus faib le s, à moins que le cahi er des prescr iptions te chniqu es de l'ouvra ge ne se réfè re de façon précise à l'un de ces documents, auquel cas les valeurs qui y sont indiquées doivent être celles à respecter. Dans le fascicule 65 A complété par son additif, il est précisé (art. 24-25) que par rapport à la masse du ciment (actif) la quantité maximale de ions-chlore est fixée aux valeurs suivantes : - I % pour les bétons non armés; - 0.65 % pour les bétons armés ; 0.15 % pour les bétons précontraints par post-tension ; 0.10 % pour le bétons précontraints par pré tension ; . Dans la norme Afnor P 18-325. les valeurs limites sont f ixées à: 10% pour les bétons non armés: 0.4% pour les bétons armés: 0.2% pour les bétons précontraints. 

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Le projet de révision de la norme européenne limite les ions chlorures dans le béton à   1 % p o u r l e s b é t o n s n o n a r m é s : - 0,4 % pour les bétons armés: - 0.10 % pour les bétons précontraints classés 0.10: - 0,20 % pour les bétons précontraints classés 0.20, la classe 0.10 ou 0.20 dépendant des dispositions en vigueur, là où le béton est utilisé.

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Les chlorures en faible proportion peuvent légèrement modifier la prise et le durcissement du ciment, par contre en forte proportion ils peuvent réagir avec le ciment et compromettre la durabilité du béton.

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II- LES ADJUVANTS

1. DÉFINITION

Les adjuvants sont des produits chimiques qui, incorporés dans les bétons lors de leur malaxage ou avant leur mise en oeuvre à des doses inférieures à 5% du poids de ciment, provoquent des modifications des propriétés Ou du comportement de ceux -ci. Pour des raisons de commodité d'utilisation, la plupart des adjuvants se trouvent dans le commerce sous forme de liquides. Certains adjuvants existent en poudre, afin de réduire leur coût de transport (cas des chantiers à l'export). Dans ce cas il faut généralement les diluer avant l'emploi : la dispersion homogène d'une petite quantité de poudre dans un malaxeur de centrale à béton est en effet moins certaine que celle d 'un liquide. Un adjuvant n'est pas un palliatif. Il n'a ni pour mission ni pour effet de faire un bon  bé ton à pa rt ir d'u n ma uva is do sa ge ou d'u ne mi se en œuvre défectueuse. Ce n'est pas un  pr od ui t ca pa bl e de se su bs titue r aux rè gl es de la bo nne tec hn ique . 2. CLASSIFICATION ET UTILISATION

Un adjuvant a, en général, une action principale d'après laquelle il se trouve classé et défini, mais il peut présenter également certaines actions secondaires que l'on appelle généralement « effets secondaires ». Les normes européennes retiennent la classification suivante : 

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 plastifiants réducteurs d'eau. superplastifiants hautement réducteurs d'eau, rétenteurs d'eau. entraîneurs d'air. accélérateurs de prise. accélérateurs de durcissement. retardateurs de prise. hydrofuges.

Certains adjuvants peuvent avoir plusieurs de ces fonctions. On parle alors, en France, de fonction principale et de fonction secondaire. Exemple : plastifiant réducteur d'eau (ou superplastifiant hautement réducteur d'eau) et retardateur. Il existe également d'autres adjuvants tels que notamment : les raidisseurs pour béton projeté, les adjuvants pour coulis d'injection, les adjuvants pour mortier stabilisé, les colorants, les inhibiteurs de corrosion, les générateurs de gaz, etc. Certains d'entre-deux sont décrits et leur caractéristiques définies dans les normes spécifiques. 2.1 PLASTIFIANTS REDUCTEURS D'EAU

Ce sont des produits qui viennent se fixer par adsorption à la surface du ciment. Ils  provoquent une défloculation des grains et une lubrification de la pâte. Ce processus permet soit une amélioration de la maniabilité sans augmenter le dosage en eau, soit une réd uction du rapport E/C, donc une augmentation des résistances mécaniques, sans modifier la maniabilité. Ils doivent, par rapport au béton témoin, assurer une résistance à la 6

compression de 110 5%.

%

minimum et permettre une réduction du dosage en eau d'au moins

On peut également jouer partiellement sur les deux paramètres pour augmenter les résistances mécaniques tout en améliorant la maniabilité (voir figure VIII-1). Les premiers plastifiants étaient à base de lignosulfonates, sous-produits de l'industrie papetière après extraction de la cellulose du bois. Actuellement, certains lignosulfonates modifiés restent utilisés, essentiellement en raison de leur faible coût, mais des produits de synthèse sont également employés. Les plastifiants se dosent généralement entre 0.3 et 0,5 % du poids de ciment et ils se caractérisent souvent par un effet secon daire « retardateur de prise » marqué lorsqu'on les utilise à un dosage plus élevé. 2.2 SUPERPLASTIFIANT HAUTEMENT RÉDUCTEURS D'EAU

Cette désignation complexe, traduction de l'anglais Superplastifizers - High RangeWater  Re du ce r, se rapporte à des produits qu'en France on appelait auparavant « fluidifiants ». Leur mode d'action est similaire à celui des plastifiants, mais il se produit avec une intensité bien plus importante. Par rapport au béton témoin fabriqué identiquement mais sans superplastifiant, à maniabilité égale, il doit permettre une réduction d'eau minimale de 12%, en fait ce pourcentage est généralement réduit de 15 à 25% suivant le dosage (fig.1). Concernant les résistances à la compression elles doivent être de 140% à 1 jour et de 115% à 28 jours. Ce sont tous des produits de synthèse dont les plus utilisés sont les résines mélamines sulfonées, les naphtalène-sulfonates et, plus récemment formulés, les vinyles sulfonates. Une de leurs principales caractéristiques est leur durée d'efficacité limitée dans le temps : un béton fluidifié avec une résine mélanine retrouve sa maniabilité initiale en moins de 30 minutes à une température de 23°C (durée encore plus faible à température plus élevée). C'est pourquoi ils sont fréquemment utilisés en combinai son avec des adjuvants retardateurs de prise. à l'exclusion semble-t-il des vinyles sulfonates qui ont une durée d'efficacité plus longue. Sur le plan pratique, il est préférable d'introduire le superplastifiant le plus tard possible lors du malaxage du béton, ne serait-cc qu'en raison de la durée assez faible de leur efficacité sur la maniabilité et le raidissement qui s'ensuit, ce qui explique le choix de ne l'introduire que sur le lieu d'utilisation dans la toupie du camion malaxeur. Toutefois si l'on recherche essentiellement la réduction de la quantité d'eau, il s'avère parfois difficile d'utiliser cette technique du fait que le béton sortant du malaxeur risque d'être trop sec et de ne plus permettre au superplastitiant d'avoir tout l'effet souhaité en raison d'une mauvaise dispersion après son introduction dans la toupie du camion malaxeur. La solution consiste alors à procéder à une double introduction, c'est à dire à incorporer pendant le malaxage une partie de l'adjuvant afin d'obtenir un slump suffisant pour assurer un mélange et un transport corrects,  puis l'ar rivé e sur le li eu d'ut il isa ti on à ajouter le complé me nt en un deuxiè me temps, cette façon d'opérer devant être contrôlée rigoureusement. Il y a cependant lieu d’indiquer groupe cimentier a mis au point très récemment dans son

département « adjuvants » une molécule donnant naissance à un nouvelle génération de superplastifiants autorisant la fabrication de bétons très homogènes conservant leur maniabilité pendant des durées identiques à celles présentées par les bétons classiques, c'està- dire de l’ordre de 3 heures à une température ambiante de 20°C. 7

Ce nouveau superplastiliant compatible avec la quasi totalité des ciments, est mis en oeuvre directement dans la bétonnière avec l'eau de gâchage, au moment du malaxage à un dosage d'environ 1 % du poids du ciment: il ne doit pas être ajouté dans la toupie sur le lieu d'utilisation, comme nous l'avons indiqué précédemment pour les autres superplastifiants. Il autorise par là même la réalisation de travaux pour lesquels il est nécessaire avec les superplastifi ants classiques d'adjoindre des retardateurs , ainsi que des mises en oeuvre par pompage sur de longues distances. Les très fortes réductions d'eau qu'ils permettent, rendent les superplastifiants indispensables dans la formulation des bétons, à hautes performances, avec ou sans fumées de silice (voir chapitre XIII).

2.3 RÉTENTEURS D'EAU

Ce sont des produits d'addition généralement en poudre qui ont pour fonction principale de réduire la tendance au ressuage des bétons. On utilise généralement des méthyl cellulose (Methocel) qui ont la propriété d'augmenter de volume en fixant l'eau libre du béton. Les rétenteurs d'eau sont utilisés pour améliorer la cohésion des bétons fluides dont le sable manque d'éléments fins ou à faible dosage en ciment 2.4 ENTRAINEURS D'AIR

Ce sont des composés d'addition généralement à base de résines de synthèse : résine Vinsol, aryl alkyl sulfonates. acides gras. etc. Les entraîneurs d'air se présentent sous forme de liquides, de sels solubles ou de poudres insolubles à ajouter au moment du malaxage. Ces adjuvants introduisent volontairement de l'air et agissent en stabilisant les bulles générées lors du malaxage, sous forme d'un très grand nombre de micro bulles, dont 80 % d'entre elles ont un diamètre inférieur à 100 microns (fig.V1-6),la plupart étant comprises entre quelques microns et quelques dizaines de microns. Ces micro- bulles ne doivent pas être confondues avec l'air occlus, constitué de bulles de tous diamètres généralement supérieurs à 1 mm, réparties aléatoirement dans le béton, qui se trouvent emprisonnées pendant la mise en place. Ils améliorent essentiellement : 

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la plasticité et l'ouvrabilité du béton, les bulles agissant comme autant de grains fins analogues à de petites billes souples et sans frottement, la résistance au gel du béton durci (antigelif): les très nombreuses petites bulles d'air disséminées dans la masse constituant en effet autant de petits vases d'expansion dans le 8

réseau des canalicules internes pour l'eau interstitielle dont le volume augmente avant la  prise en glace: cela évite la désagrégation du béton par gel de cette eau. Dans la pratique il convient de composer des bétons dont le E/C est li mité à une valeur de l'ordre de 0.50, de prévoir un dosage d'adjuvant tel que le pourcentage d'air entraîné soit de 4 à 5% avec un maximum de 8%, en se rappelant que plus la dimension «D» est grande, moins il est nécessaire d'avoir un pourcentage élevé d'air entraîné, le béton contenant alors un pourcentage de pâte moindre. Enfin il est recommandé d'éviter, lors de la mise en place, les durées trop longues de vibration qui diminuent le pourcentage d'air entraîné (deux minutes de vibration en un mê me point peuvent faire chuter de 6 à 4 % ce pourcentage) et de prévoir une cure efficace immédiatement après mise en oeuvre. Les entraîneurs d'air autorisent une diminution du dosage en eau à maniabilité équivalente, ce qui permet de réduire légèrement le E/C et de compenser ainsi une  partie de la chu te de ré si st ance pro vo qu ée par leur emp loi. On peut effe ctiveme nt chiffrer cette chute de rési stance entre 4 et 6 % pour chaque 1% d'augmentat ion d ’ air entraîné si aucune correction telle une diminution du E/C n'est apportée. Cette baisse de résistance étant d'autant plus importante que la valeur initiale des résistances est plus élevée (fig. VIII-3). Différents paramètres influencent le pourcentage d'air entraîné : le dosage en ciment: plus il augmente, plus le % d'air diminue à dosage constant en adjuvant: la nature et surtout la finesse du ciment : plus le ciment a un Blaine élevé, plus le dosage en adjuvant doit être élevé :  plus la granulométrie des graviers augmente plus le % d'air entraîné diminue. 

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2.5 ACCÉLÉRATEURS

Ce sont des produits solubles dans l'eau et qui agissent chimiquement en augmentant la vitesse d'hydratation du ciment : cela entraîne un déclenchement  plus rapi de du phénom ène de prise et s'a ccomp agn e d'u n déga ge me nt de chaleur  plus imp ortant. Les accélérateurs seront donc tout particulièrement employés pour les bétonnages par 9

temps froids ou pour les travaux urgents. On distingue : les accélérateurs de prise : alcalis. carbonates et sulfates de soude ou de potasse, utilisés surtout par temps froid: les accélérateurs de durcissement : chlorures et carbonates, plus généralement employés afin de réduire certains délais pour décoffrer ou manutentionner les  pièc es. 

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En raison des risques de corrosion les produits à base de chlorure sont interdits   pour certains travaux : béton précontraint, réservoirs, planchers chauffants, etc. Il y a lieu de noter que si les résistances initiales sont augmentées,les résistances à 28 jours peuvent être légèrement diminuées (fig.VIII-4). 2.6 RETARDATEURS

agissent chimiquement comme les accélérateurs en retardant plus ou moins longtemps l'hydratation et le début de prise du ciment. Parmi les produits retardateurs de prise on peut citer : • les sucr e s et gluconates. les acides citriques et tartriques, l'oxyde de zinc, les phos ph at es alc alins. Les doses à utiliser sont en général très faibles (de l'ordre de 0.1 % en extrait sec) et les produits commerciaux sont dilués: il convient de veiller à une bo nne répartition du produit dans la masse. Les retardateurs diminuent évidemment les résistances initiales mais ils augmentent souvent les résistances finales (figure VIII-4). Ils

2.7

HYDROFUGES

Ce sont des adjuvants qui, introduits dans la masse du béton, ont pour fonction principale d'en diminuer l'absorption capillaire. 10

Il ne faut pas les confondre avec les hydrofuges de surface qui s'appliquent au rouleau sur le béton durci et qui sont bien souvent à base de silicone. Les hydrofuges de masse sont en général à base de stéarates solubles qui , en contact avec la chaux du ciment, forment des cristaux de stéarate de calcium insolubles qui viennent obstruer le réseau capillaire du béton. Ces produits ne sont vraiment efficaces que si le béton est bien compact et homogène, et que toutes les précautions sont prises afin d'éviter la formation de fissures. L'attention des utilisateurs est attirée sur le fait que lorsqu'on cherche à obtenir un  béton étanche dans la niasse, il est bien souvent préférable d'utiliser un superplastifiant qui permettra de réduire de façon importante la quantité d'eau de gâchage, donc la perméabilité.

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