III- Les Bétons

III-LE BÉTON: MATÉRI RIAU COM OMPOS OSITEINORGANI NIQUE 1. 2. 3. 4. 5. 1

Composi ti onetstruct uredubéton Poroél asti ci tédumatéri auBéton Chi mi omé mécani queetmi crostruct ure deshydratesci mentai res Typesdebét onsetperf ormances Lesadj uvants

1–COM OMPOS OSITION ET STRUC UCTUR URE DU DU BÉT ÉTON ON *Défini ti on:  Ro cheart i fici el l ef ormé mée:  d' unsquel ettegranul ai re(sabl e, gravi l l ons)  d' unl i antpl usoumoi nsporeuxet perméabl e( Ca( OH) ,CSH, 2  al umi nates,sul f oal umi nates)  d' unephasel i qui dei nterst i ti el l e al cal i nei mprégnantunréseaude poresetdecapi l l ai res *Mati èrespremi mi ères:    LeBl Bl ocBé Bétonestconsti tuéde: -87% :Granul ats( Gravi l l onset sabl esnaturel s)  7% :Ci ment( Mél angedecal cai re etd' argi l ecui tetbroyé)  6% :Eau

100 µm 2

* Structure du composite béton: 

Lesconst i t uant sdebasedumat éri aucomp mposi t ebét on peuventsecl assersel onl escat égori esreprésent éessur l esc héma masui vant: Charge : Gravillons, sable

 Matrice : liant hydraulique ciment 

Composite  Béton  Additifs : accélérateurs, accélérateurs, retardateurs, superplastifiants

 Renfort : armature,  ferraillage, acier 

*Schématique de la structure du béton :

 Nivaux : a − macro, b − mezzo, c − micro, d − sub-micro B: Grain gravat (10 à 15 mm), : Grain sab!e(0"# à 0"5 mm), $:%articu!es ciment (10 à 50 &m), $r, G − 'drates crista!!ins

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*Cycle de vie du béton : % phases successives * Phase 1: mélan$e des mati&res premi&res 'ranulats ('ravillons et sables naturels)! Ciment! au * Phase 2: fabrication du produit •  en usine! presses fi"es # démoula$e immédiat! principe de compacta$e!vibration combinée # une compression Sorti de presse! placé en chambre! durcissement naturel * Phase +: mise en ,uvre : transport inté$ration # l-ouvra$e * Phase .: vie en ,uvre: /a durabilité et l-absence d-entretien durant sa vie au sein de l-ouvra$e sont des qualités essentielles du loc éton * Phase %: fin de vie: déconstruction de l-ouvra$e 5 /e loc éton représente alors un déchet inerte

LESGRANULATS

Coeffici entd' apl ati ssementdesgranul ats -Lal ongueurL,di st ancemi ni mal ede deuxpl ansparal l èl est angent saux ext rémi t ésdugr anul at,   -L' épai ss eurE,di st ancemi ni mal ede deuxpl ansparal l èl est angent sau granulat, -  Lagros seurG,di mensi ondel amai l l e carréemi ni mal edut ami squil ai ss e passerl egranul at . -  Lecœffici entd' apl at i ssementAd' un ensembl edegranul at sestl epourcent age pondéraldesél ément squivéri fientl a r el at i on:

Tami sàf entes

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Essai:doubl eopérati ondetami sage: -t ami sagecl assi quenormal i sésàmai l l esc arr ées:sépar erl es gr anul at senunesuc cessi ondecl ass esgranul ai resd/ D dontl es di mensi onssonst el l esqueD =1, 25d. Correspondanceentrecl assesgranul ai resd/ D etl argeurE desgri l l esàf entes uti l i sées

Onopèr e,c ommedansl ’ anal ysegranul omét r i que,avecunéc hant i l l on r eprésent at i fdemasseM 0, 2D, D =di amèt r emaxi mum desgranul at senmi l l i mèt r es , M =massedel ’ éc hant i l l on,expr i méeenkg. L’ éc hant i l l onestt ami sésurunt ami sde4mm d’ ouvert ure l er ef usdemass eM0estpeséaugrammeprès,et 7 ut i l i sépourl adét ermi nat i ondeA.

avecMgi=massedel acl assegranul ai red/ D, Mei=massepassantàtraversl etami sàfentesd’ écart ementE

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Coeffici entd' absorpti ondessabl es( NFP 18555) Cert ai nsmat éri auxgranul ai resprés ent entuneporosi t éi nt erneetl ’ eau i ncl useestà néf ast eàl arési st anceaugeldesbét ons.El l eprovoque l ' écl at ementdubét onl ors quecel ui ciestsoumi sdemani èreprol ongéeàdes bassest empér at ures. Lecoeffici entd' absorpt i on( Ab)estdéfiniparl arel at i on:

Ms=massedel ' éc hant i l l onsecaprèspass ageàl ' ét uveà105° C. Ma=mass edel ' éc hant i l l oni mbi bé, -  L’ i mbi bi t i onestréal i séedansl ' eaupendant24heures, -  Ét al erensui t el ' échant i l l onsurunesurf acepl anenonabsor bant e -  Soumet t reàunfluxd' ai rc haud,t outenremuantafinquel asurf ace

ext ernedesgr ai nssèche. -  Ceséc hagedoi têt reeffect uédemani èr edouceafindenepasél i mi ner l ' eauquipourrai têt repi égéeàl ' i nt éri eurdugranul at .Vei l l erégal ement ànepasperdredegrai nsdesabl eaucoursdel ' opérat i on. 9

2.POROÉLASTI CITÉ DU MATÉRIAU BÉTON LeBét on,mat éri auàmat ri cec i ment ai rees t unmi l i eupor euxouvertdéf ormabl e: n !ment de bton satur *ar !+eau . sst/me ouvert c'angeant de !+eau avec !+extrieur (t'ermodnamiue des sst/mes ouverts)

Bton



!ment de matriau  *oreux

Sq



ue!ette so!ide

 10

2!uide saturant

2!

MICROSTRUCTUREÀ DIFFÉRENTESÉCHELLES: Niveau III Mortier béton > 10-3 m

Pâte de ciment, sable, granulat, zone interfaciale de transition

Niveau II Pâte de ciment < 10-4 m

Matrice C-S-H, phases du cliner, cristau! CH et macroporosit"

Niveau I Matrice C-S-H < 10-6 m

Phases C-S-H, # basse et haute densit" $ incluant la porosit" du gel%

Niveau & C-S-H solide 10-9-10-10 m

Phase solide de C-S-H $globules ' nanoporisit" intraglobules% ' porosit" inter-globules 11

Niveau I Matrice C-S-H < 10-6 m

Niveau & C-S-H solide 10-9-10-10 m

8 'lobules %39 nm 

C3S34 (5)basse densité Porosité de $el +67

%39 nm

2 nm C3S34 (45)haute densité Porosité de $el 2.7

8 riques 12 élémentaires 2 nm  ;anoporosité 1eau libre msq : masse d>eau liée

4ydrates

$iment an'dre

4ydrates

msq

au" hydrates (par unité de volume)

dm=?dt  3 dmsq?dt 3egr d+'dratation : 4 . msq (t) ? msq( ) 13

6461

 Processus $énéral de l>hydratation du clin@er

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Mécani smed>i nteracti onentreparti cul es hydratéesetanhydres Particules d>hydrates ancrées dans la pAte "pansion causée par la nucléation des hydrates Couche e"térieure Couche intérieure

'rain anhydre 15

Composi ti onduci menthydraté Lesphasescri st al l i nes: -l ' hydroxydedecal ci um, -l ' ett ri ngi te, -Lemonosul f oal umi natedecal ci um hydraté, -l eC  A 4 H13 -l eC3S,bC2S,etC  A nhydratés 4 Fno Lesphasesmoi nscri stal l i sées: -l egeldeCSH, -l erest edel aphasevi treuseducl i nker, -l ' hydroxydedecal ci um amorphe, -l escompl exesorgani quesf ormésparl ' i nteracti on entrel eC  A tl esadj uvantsorgani ques. 3 e Lesproporti ons( enmasse): -70% pourl egeldeCSH, -20% pourl eCH, -7% pourl ' ettri ngi teetl emonosul f ate, -3% pourl ecl i nkernonhydratéetl esconsti tuants mi neurs.

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composition des constituants de béton :

Bodules élastiques moyens dans la matrice éton

Mod#le élasti"#e %&Pa'

clinker

Pâte de ciment

 !ré!at de "#art$

100-140

30-4(

)0-90

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4.Typesdebét onsetperf ormances 4. 1.Cl assi ficati ondesbétons 4. 2.Lesbétonsautopl açant( BAP)ethautesperf ormances( BHP) 4. 3.Lebétonphotocatal yti que

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.1 Classification des bétons : 4groupes,sel onl amassevol umi que: Bétontrèsl ourd:>2500kg/ m3. Bétonl ourd( bétoncourant) :1800-2500kg/ m3. Bétonl éger:500-1800kg/ m3. Bétontrèsl éger: