La Technologie du Beton

LA TECHNOLOGIE DU BETON

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LA TECHNOLOGIE DU BETON

Degussa Construction Chemicals France 10, Rue des Cévennes Z.I. Petite Montagne Sud LISSES 91017 EVRY Cedex Tél. : 01.69.47.50.00 Fax : 01.60.86.06.32 www.degussa-cc.fr

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LES CIMENTS

LES GRANULATS

L'EAU ET L'HYDRATATION

LES ADJUVANTS

APPLICATIONS

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LES CIMENTS

LES GRANULATS

L'EAU ET L'HYDRATATION

LES ADJUVANTS

APPLICATIONS

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y C ’est Louis Vicat (1786 - 1862) qui donna pour la première fois en 1817, dans son mémoire à l ’Académie des Sciences, des indications précises sur les proportions de calcaire et d ’argile permettant de fabriquer par cuisson du « ciment hydraulique »

y « Il a préféré la gloire d ’être utile à l ’avantage si recherché d ’être riche … ce n ’est pas la France seulement mais le monde entier qui doit être reconnaissant envers M. Vicat » 9

Le Baron Thénard - rapport à la chambre des Pairs Juillet 1845

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La Fabrication

Les ciments sont obtenus par calcination de pierres calcaires plus ou moins argileuses.

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La fabrication du ciment

« CRU » : Chaux : 65 à 70 % Silice : 18 à 24 % Alumine : 4 à 8 % Oxyde de fer : 1 à 6 % CALCAIRE 75% ARGILE 25%

BROYAGE

CLINKER Ajout de régulateur de prise (Gypse)

BROYAGE CIMENT

MÉLANGE ET HOMOGÉNEISATION

STOCKAGE

REFROIDISSEMENT

FOUR 1450°C

Ajouts éventuels de constituants tels que : • fillers • cendres volantes • laitiers • pouzzolanes • fumées de silice

Le clinker broyé en poudre avec quelques % de gypse, pour modérer la prise, conduit au ciment (CPA = Ciment Portland Artificiel) schéma GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

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La fabrication du ciment

y A l'issue de la cuisson, nous obtenons 4 phases cristallines 9

45 à 65 % de silicate tricalcique ( Alite )

C3S

9

15 à 25 % de silicate bicalcique (Bélite)

C2S

9

0 à 10 % d'alumino-ferrite tétracalcique

C4AF

9

0 à 15 % d'aluminate tricalcique

C3 A

y Résumé chimique et notation cimentière : Silice ………….....SIO2………………………..…..S 9 Chaux……………CaO………………………….....C 9 Alumine………….Al2 O3 …………………………..A 9 Oxyde de Fer……Fe2O3………………………..….F 9

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L ’hydratation du ciment SCHEMA D'HYDRATATION INITIALE D'UN GRAIN DE CIMENT

ETTRINGITE

C

4

A

F

C3 A GRAIN DE CLINKER

GYPSE DISSOUT + EAU

C 2

S

C

S C

2

3

S

C3

S

début d'hydratation du C3S et du C2S

Gypse………….….CaSO4, 2H2O Hemi hydrate….….CaSO4, 1/2 H2O Anhydrite………….CaSO4

TENEUR EN GYPSE :

Elle s'exprime en S03 - Selon LERCH SO3 = 0,093C3A + 1,71Na2O + 0,94K2O + 1,23 GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

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L ’hydratation du ciment

RESULTAT DE L ’HYDRATATION D'UN GRAIN DE CIMENT

Crédit GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON photo : LERM v05_01

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L ’hydratation du ciment

y Les principaux produits de l ’hydratation du ciment sont : 9 CSH = Silicates de chaux hydratés - 50 à 70 % 9 Portlandite = Cristaux de chaux précipités - 25 à 27 %

y La majorité des propriétés du béton sont liées à la nature du ciment et à sa composition : rhéologie, résistance mécanique, résistance aux agressions chimiques, durabilité, aspect … 9 d ’où l ’intérêt de connaître les caractéristiques de ses composants !

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Caractéristiques du ciment LES RESISTANCES

Le C3S agit principalement sur les résistances aux jeunes âges : plus le taux sera élevé, plus les résistances aux jeunes âges seront importantes.

Le C2S agit principalement sur les résistances à long terme.

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Caractéristiques du ciment Courbes de résistance à la compression en fonction du temps de conservation pour les phases C3S, C2S, C3A et C4AF pures.

Résistance à la Compression (en MPa)

C3S 60 β-C2S

40

20

C3A C4AF 0

28

90

180

360

Durée (jours)

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Caractéristiques du ciment Courbes de résistance à la compression en fonction du temps de conservation pour des mortiers (1:3) à base de deux CPA

A = 70 % C3S + 10 % C2S B = 30 % C3 S + 50% C2 S A

50

B

40

30

20

10

3 7

28

90

180

Durée (jours)

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Caractéristiques du ciment LA CHALEUR D'HYDRATATION

L'hydratation du ciment Portland est un processus exothermique. L'évolution de la chaleur d'hydratation ainsi que le développement total de cette chaleur peuvent être des facteurs importants spécialement dans la construction de barrage ou dans tout autre béton de masse. Le C3A et le C3S contribuent très largement au développement de cette chaleur. Si l'on désire obtenir une faible chaleur d'hydratation, on pourra diminuer le C3A ou diminuer le C3S. En diminuant le C3S, on diminuera dans le même temps les résistances initiales !

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Caractéristiques du ciment ETAPES DE L'HYDRATATION DU CIMENT DANS LE TEMPS

CHALEUR DEGAGEE

1

ETAPE TEMPS

10

20

HEURES

Pic du C3A Période dormante Prise puis durcissement

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Caractéristiques du ciment CHALEUR D ’HYDRATATION

JOULES / GRAMME CEM I 52,5 N PM ES exemple 1

CEM I 52,5 N

CEM I 52,5 N

exemple 2

exemple 3

12 HEURES

158

223

220

1 JOUR

237

305

335

2 JOURS

291

332

369

3 JOURS

316

338

374

4 JOURS

329

341

377

5 JOURS

335

343

378

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Caractéristiques du ciment RESISTANCE AU SULFATE

Les sulfates peuvent réagir avec le ciment en provoquant une expansion et une destruction. Certaines eaux de source ou de mer contiennent suffisamment de sulfates pour attaquer le béton. Le composant le plus vulnérable est le C3A. Un ciment résistant aux sulfates aura un faible taux de C3A.

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Caractéristiques du ciment

RESISTANCE AUX MILIEUX AGRESSIFS

I) INDICE D'HYDRAULICITE Cet indice, appelé également "Indice de Vicat" est le rapport de la fraction acide du ciment à la fraction basique. I = fraction acide = Si02 + Al203 fraction basique CaO + MgO La résistance chimique d'un ciment est d'autant meilleure que son indice est plus élevé. I < 0,5 le ciment est dit "Basique" I ≥ 0,5 le ciment est dit "neutre" (riche en laitier).

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Caractéristiques du ciment

RESISTANCE AUX MILIEUX AGRESSIFS

II) RESISTANCES AUX EAUX A HAUTE TENEUR EN SULFATE (E.S.) XP-P 15-319 On utilisera de préférence des ciments riches en laitiers : CHF - CEM III / B CLK - CEM III / C Il est possible d'utiliser également des CPA / CEM I et CPJ CEM II, à condition que : C3 A ≤ 5 % 2 C3A + C4AF ≤ 20 % SO3 < 2,3 % Mg0 < 4,0 % Ces ciments sont dénommés ES.

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Caractéristiques du ciment

Crédit photo : LERM

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Caractéristiques du ciment

Crédit photo : LERM

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Caractéristiques du ciment

RESISTANCE AUX MILIEUX AGRESSIFS

III) RESISTANCES A L'EAU DE MER / PRISE MER / NF- P 15- 317 En règle générale, les ciments CPA / CEM I et CPJ / CEM II doivent répondre simultanément aux deux conditions suivantes: % C3A ≤ 10 % % (C3A + 0,27 C3S) ≤ 23,5 (formule de Sadran) Limitation également du SO3, MgO. Ces ciments sont dénommés PM. On retrouve également des ciments PM ES qui remplissent les deux conditions 2 et 3 évoquées ci-dessus. GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

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Caractéristiques du ciment

Crédit photo : LERM

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Caractéristiques du ciment - exemple 1 ESSAIS CHIMIQUES

ESSAIS PHYSIQUES POIDS DU LITRE MASSE VOLUMIQUE SURFACE BLAINE % > 80 MU % > 40 MU COLORIMETRIE W *

: : : 2960 cm2/g : : : 57.59

PRISE ANALYSE EAU % PATE PURE DEBUT DE PRISE FIN DE PRISE (TEMPS (MIN.) F. PRISE (ENFONCT (MM)

: : : : :

( A CHAUD :

MODULES

ESSAIS MECANIQUES & VAR. DIMENSIONNELLES DU MORTIER DURCI BOGUE CALCULE

GACHAGE A E/C = 0.50 FLEX.

RETRT

21.7

4.5

44.7 57.9

7.5 8.9

: 1.12 : 21.69 : 3.31 : 3,71 : 0,22 : 0.11 : 65.60 : 0.68 : 1.87 : 0.0000 : 0.22 : 0.0000 : 0,19 ----------: 99.07

GONFLT

SILICIQUE < AL/FE HYDRAULIQUE

: 3.08 : 0.89 :

C3S C2S C3A C4AF

: 63.50 : 14.33 : 2.50 : 11.30

C4AF + 2.0 C3A : 16.30 C3A + 0.27 C3S : 19.65 Equivalent Na 20 : 0,55%

8H 1J

2J 3J 7J 28J

P. AU FEU SI 02 TOT. AL 203 FE 203 TI 02 MNO CAO TOT. MGO S03 S-K20 CLP205

COEFF. DE KUHL : 0.959

:

EXPANS. (MM)

COMP

: : 0.02

TOTAL

STABILITE DE LA PATE PURE (24H, 20D

CALCIMETRE INSOLUBLE

380 640

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CEM I 52,5 N PM ES

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Caractéristiques du ciment - exemple 2 ESSAIS CHIMIQUES

ESSAIS PHYSIQUES POIDS DU LITRE MASSE VOLUMIQUE SURFACE BLAINE % > 80 MU % > 40 MU COLORIMETRIE W *

: : : 3320 cm2/g : : : 59.00

PRISE EAU % PATE PURE DEBUT DE PRISE FIN DE PRISE (TEMPS (MIN.) F. PRISE (ENFONCT (MM)

ANALYSE : : : : :

( A CHAUD :

ESSAIS MECANIQUES & VAR. DIMENSIONNELLES DU MORTIER DURCI GACHAGE A E/C = 0.50 FLEX.

RETR;

: 1.17 : 20.23 : 4.78 : 2.89 : 0,20 : 0.03 : 63.16 : 3.77 : 2.79 : 0.0000 : 0.70 : 0.0000 : 0,09 ----------: 100.12

GONFLT

MODULES

SILICIQUE < AL/FE HYDRAULIQUE

BOGUE CALCULE

C3S C2S C3A C4AF

: : :

2.64 1.65

: 67.06 : 7.57 : 7.77 : 8.80

Equivalent Na 20 : 0,55%

8H 1J

2J 3J 7J 28J

P. AU FEU SI 02 TOT. AL 203 FE 203 TI 02 MNO CAO TOT. MGO S03 S-K20 CLP205

COEFF. DE KUHL : 0.957

:

EXPANS. (MM)

COMP

: :

TOTAL

STABILITE DE LA PATE PURE (24H, 20D

CALCIMETRE INSOLUBLE

27.7 42.9 55.7

5.2 7.2 10.0

200 380 700

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CEM I 52,5 N

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Caractéristiques du ciment - exemple 3 ESSAIS CHIMIQUES

ESSAIS PHYSIQUES POIDS DU LITRE MASSE VOLUMIQUE SURFACE BLAINE % > 80 MU % > 40 MU COLORIMETRIE W *

: : : 3120 cm2/g : : : 61.51

PRISE EAU % PATE PURE DEBUT DE PRISE FIN DE PRISE (TEMPS (MIN.) F. PRISE (ENFONCT (MM)

ANALYSE : : : : :

( A CHAUD :

MODULES

ESSAIS MECANIQUES & VAR. DIMENSIONNELLES DU MORTIER DURCI GACHAGE A E/C = 0.50 FLEX

RETR

8H 1J

2J 3J 7J 28J

30.6

6.2

49.3 59.1

7.5 8.7

P. AU FEU SI 02 TOT. AL 203 FE 203 TI 02 MNO CAO TOT. MGO S03 S-K20 CLP205

: 2.89 : 20.03 : 5.13 : 2.24 : 0,25 : 0.04 : 63.95 : 0.96 : 3.27 : 0.0000 : 1.11 : 0.0000 : 0,13 ----------: 100. 21

COEFF. DE KUHL : 0.972

:

EXPANS. (MM)

COMP

: :

TOTAL

STABILITE DE LA PATE PURE (24H, 20D

CALCIMETRE INSOLUBLE

BOGUE CALCULE

SILICIQUE < AL/FE HYDRAULIQUE C3S C2S C3A C4AF

: :

2.71 2.28

: : 70.31 : 4.57 : 9.81 : 6.83

GONFLT

Equivalent Na 20 : 0,8% 170 410 760

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CEM I 52,5 N

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Caractéristiques du ciment : granulométrie

y La taille des grains, leur répartition voire leur forme ont y

une influence significative sur les paramètres rhéologiques, performantiels et esthétiques du béton On distingue plusieurs valeurs caractéristiques et représentatives : 9 Surface Spécifique (Finesse Blaine) 9 d50 ou Φ 50 : diamètre médian 9 % éléments > 40 µm 9 % éléments > 80 µm

y Ces valeurs sont fournies par l ’analyse granulométrique (laser) du ciment

y Valeurs indicatives pour un « bon niveau de qualité » Surface Spécifique (Finesse Blaine) = 3500 cm²/g 9 d50 ou Φ 50 : diamètre médian = 10 µm 9 % éléments > 40 µm < 10 % 9 % éléments > 80 µm #0 9

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Page : 28

Caractéristiques du ciment : influence de la taille du grain sur la surface spécifique

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Page : 29

Caractéristiques du ciment : influence de la finesse sur les performances

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Page : 30

Caractéristiques du ciment : analyse granulométrique - ex 1

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Caractéristiques du ciment : analyse granulométrique - ex 2

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Page : 32

La normalisation des ciments De 1994 à 2001 NF P 15-301

Depuis 2001

NF EN 197-1

Ciment Portland CPA - CEM I

Ciment Portland

CEM I

Ciment Portland au laitier

CEM II / A ou B-S

Ciment Portland à la fumée de silice

CEM II / A-D

Ciment Portland à la pouzzolane

CEM II / A ou B-P CEM II / A ou B-Q

Ciment Portland aux cendres volantes

CEM II / A ou B-V CEM II / A ou B-W

Ciment Portland aux schistes calcinés

CEM II / A ou B-T

Ciment Portland aux calcaire

CEM II / A ou B-L CEM II / A ou B-LL

Ciment Portland M(*) composé

CEM II / A ou B-

Ciment Portland composé CPJ - CEM II/AouB

(*) Les constituants autres que le clinker, sont identifiés par leur symbole entre parenthèses. Exemple : (S-V-L).

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La normalisation des ciments De 1994 à 2001

NF P 15-301

Depuis 2001

NF EN 197-1

Ciment de haut fourneau CHF-CEM III/A ou B CLK-CEM III/C

Ciment de haut fourneau CEM III / A,B ou C

Ciment pouzzolanique CPZ-CEM IV/A ou B

Ciment pouzzolanique CEM IV / A ou B (*)

Ciment au laitier CLC-CEM V/A ou B et aux cendres

Ciment composé CEM V / A ou B (*) Ciments blancs : Ce sont des ciments courants qui bénéficient d’une garantie de blancheur de la part du fabricant.

(*) Les constituants autres que le clinker, sont

identifiés par leur symbole entre parenthèses. Exemple : (S-V-L).

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Page : 34

CEM II / B - M (S-V) 42,5N PM-ES-CP2* Famille de ciment Il existe : CEM I : ciment Portland CEM II : ciment Portland composé CEM III : ciment de haut fourneau CEM IV : ciment pouzzolanique CEM V : ciment au laitier et aux cendres Quantité de constituants principaux autres que le clinker (en % d’ajout) A : de 6 à 20% B : de 21 à 35 % C : de 36 à 65 % (laitier pour les CEM III)

Ciment avec au moins 2 constituants principaux autres que le clinker

Noms des constituants principaux S : laitier granulé de hauts fourneaux V : cendres volantes siliceuses W : cendres volantes calciques L ou LL : calcaire (en fonction du taux de carbone organique) L< 0.5% - LL < 0.2% D : fumée de silice P ou Q : matériaux pouzzolaniques T : Schiste calciné Classes de résistance (résistance caractéristique minimum à 28 jours exprimée en MPa) : 32,5 ou 42,5 ou 52,5 Sous-classes de résistance (résistance caractéristique minimum à 2 jours exprimée en MPa). N : Normal R : Rapide Caractéristiques complémentaires PM : ciment pour travaux à la mer ES : ciment pour travaux en eau haute teneur en sulfate CP : ciment à teneur en sulfure limitée pour bétons précontraints (NF P 15-318) CP1 : S < 0.7% CP2 : S < 0.2% * Voir la norme Française du ciment NF EN 197-1

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Page : 36

Le ciment en quelques chiffres

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Page : 37

Le ciment en quelques chiffres

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Page : 38

Le ciment en quelques chiffres

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Page : 39

Le ciment en quelques chiffres

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Page : 40

Le ciment en quelques chiffres

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Page : 41

Le ciment en quelques chiffres

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Page : 42

Le ciment en quelques chiffres

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Page : 43

Les sites de production de ciment en France

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Page : 44

LES CIMENTS

LES GRANULATS

L'EAU ET L'HYDRATATION

LES ADJUVANTS

APPLICATIONS

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Page : 45

Granulats

y DEFINITIONS y GRANULOMETRIE y FINESSE y CORRECTION GRANULAIRE y PROPRETE

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Page : 46

Granulats - définitions Granulats

Obtenus par

Roulés

Criblage Lavage

Concassés

Concassage Criblage Lavage

A partir de Matériaux alluvionnaires

Roches éruptives Sédimentaires Métamorphiques

y Roche sédimentaire : carbonatée : calcaires, dolomies, alluvions calcaires 9 silicatées : grés, grés quartzites, moraines, alluvions siliceuses Roches magmatiques : 9 grenues : granites, diorites 9 microgrenues : microgranites, basaltes, andésites Roches métamorphiques : 9 grenues : gneiss, calcaire cristallin, migmatites 9 microgrenues : schistes, quartzites 9

y y

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Page : 47

Granulats - définitions

y Les normes relatives aux granulats ont beaucoup changées dans les dix dernières années et ont conduit à une norme européenne harmonisée NF EN 12-620

y parallèlement les normes d ’essais granulats ont subi de nombreuses modifications aussi bien pour les normes françaises ( série P 18-500 ) que les normes européennes : série des EN 933- i)

y En France on trouve une norme granulat : XP P 18-545 avec un article par usage (10 pour les granulats pour bétons)

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Granulats : caractéristiques

y Sélection des paramètres principaux : Analyse granulométrique (teneur en fines f ) 9 Coefficient de forme / d ’aplatissement Fl (A) 9 Module de finesse FM 9 Equivalent de sable : SE 9 Valeur au Bleu : MB 9 Absorption : WA 9

Fragmentation = Los Angeles : LA 9 Usure = Micro Deval : MDE 9 Sensibilité au gel : F 9

y Il en existe d’autres relatifs aux caractéristiques physiques ou chimiques (Alcali réaction : FD P 18-542,XP P 18-594 et mode opératoire LPC n° 37)

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Granulats - caractéristiques

y Analyse granulométrique : 9

9

série principale européenne (NF EN 933-1) 0.063 - 0.125 - 0.25 - 0.5 - 1 - 2 - 4 - 8 16 - 31.5 ... série française principale (P 18 - 560) : 0.08 - 0.16 - 0.315 - 0.63 - 1.25 - 2 - 5 -10 - 20…

y Module de finesse : 1/100 éme de la somme des refus exprimés en % au tamis de: 9 (série française : 0.16- 0.315 - 0.63 - 1.25 - 2.5 -5) 9 série européenne : 0.125 - 0.25 - 0.5 - 1 - 2 - 4 9 l ’écart est de + 0.3 (à ajouter à la série française) 9

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Courbe granulométrique

Extrait de la NF EN 933-1

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Granulométrie

y Classe granulaire dans la NF EN 206-1

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Granulats - définitions des familles On distingue les familles suivantes (NF EN 12-620) 9

fine fraction granulaire qui passe au tamis de 0.063 mm

9

filler Granulats dont la plupart des grains passe au tamis de 0.063 mm

9

sable 0 / D d = 0 et D ≤ 4 mm

9

grave : mélange de sable et de gravillon d = 0 et 4 ≤ D ≤ 45 mm

9

gravillon d / D d ≥ 2mm et 4 ≤ D ≤ 63 mm

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Page : 53

Granulats - caractéristiques granulaires

y Exemple : MF série française = 2.55 9 MF série européenne = 2.85 9

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Page : 54

Granulats - caractéristiques granulaires

y Module de finesse : (valeur série française)

B = trop fin Mod. finesse 1,80 à 2,20 (augmentation dosage en eau)

A = préférentiel Mod. finesse 2,20 à 2,80

SABLES MOYENS

FINS

C = trop grossier Mod. finesse 2,80 à 3,20 (manque ouvrabilité)

GROS

100 90

TAMISATS en %

80 70

B

60 50

A

C

40 30 20 10 0.08

0.16

0.315

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0.63

1.25

2.5

5

Page : 55

Granulats - caractéristiques granulaires Les fines ont une influence sur les caractéristiques du béton à l ’état frais et à l ’état durci Courbe de Walz Kg/m3 Ciment + sable 0/0,2 mm 500 - - - - 425 ---------400

350 - - - - - - -- - - - - - -- - - - - - -

300 - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - -- - - - - - 275 - - - - - - -- - - - - - -- - - - - - - - - - - - - -- - - - - - -- - - - - - -

0

7

30

15

20

50

70 D max. des granulats (mm)

Maniabilité, pompabilité, mise en place, parement, compacité, performances, parement ...

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Page : 56

Granulats - caractéristiques granulaires

y Correction granulaire d ’un sable à MF élevé (manque de fines) ___ sable à MF élevé (manque de fines)

CORRECTION GRANULAIRE

100 90 80 70

TAMISATS %

60 50 40 30 20 10 0

0,08

0,16

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

0,315

0,63 TAMIS

1,25

2,5

5 Page : 57

Granulats - caractéristiques granulaires

y Correction granulaire d ’un sable à MF élevé (manque de fines) ___ sable à MF élevé ___ sablon correcteur

CORRECTION GRANULAIRE

100 90 80 70

TAMISATS %

60 50 40 30 20 10 0

0,08

0,16

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

0,315

0,63 TAMIS

1,25

2,5

5 Page : 58

Granulats - caractéristiques granulaires

y Correction granulaire d ’un sable à MF élevé (manque de fines) ___ sable à MF élevé ___ sablon correcteur ___ correction ex : 70% de sable + 30% de sablon

CORRECTION GRANULAIRE

100 90 80 70

TAMISATS %

60 50 40 30 20 10 0

0,08

0,16

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

0,315

0,63 TAMIS

1,25

2,5

5 Page : 59

Sables Evaluation des fines – Equivalent de sable

y Selon la NF EN 933-8

Il est souvent utile de compléter cet essai par la Valeur au Bleu, afin d évaluer de façon sélective des fines (même si SE est Relativement élevé !). Certaines fines sont « inertes » (calcaires, siliceuses) d ’autres le sont moins : argiles .

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 60

Granulats - Propreté des sables

PS ES < 60

Nature et qualité du sable Sable argileux : risque de retrait ou de gonflement. A rejeter pour des bétons de qualité.

60 ≤ ES < 70

Sable légèrement argileux de propreté admissible pour bétons de qualité courante quand on ne craint pas particulièrement le retrait.

70 ≤ ES < 80

Sable propre à faible pourcentage de fines argileuses convenant parfaitement pour bétons de haute qualité.

80 ≤ ES

Sable très propre : l'absence presque totale de fines argileuses risque d'entraîner un défaut de plasticité du béton qu'il faudra rattraper par une augmentation du dosage en eau.

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 61

Granulats - incidence sur la formulation

Influence du rapport G/S

Le G/S influe sur : ¾Compacité : légèrement plus élevée pour G/S > 1.2 ¾Résistance à la compression : meilleur pour G/S > 1.2 ¾Ouvrabilité : un peu moins bonne pour G/S >1.2

Pour les bétons courants il convient, en général, de ne pas dépasser un G/S supérieur à 1.2 ( Ces ordres de grandeur n ’étant pas applicables aux BAP et BAN )

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 62

LES CIMENTS

LES GRANULATS

L'EAU ET L'HYDRATATION

LES ADJUVANTS

APPLICATIONS

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 63

Eau - définition

La qualité de l’eau a une influence sur les caractéristiques du béton à l’état frais et à l’état durci. Il convient donc d’y apporter une attention particulière surtout lors de l ’emploi d’eau de rejet ou de lavage GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 64

Eau - l ’hydratation du ciment

y Mélangés à l ’eau, les grains de ciment forment des hydrates qui précipitent et s ’organisent en structures mécaniquement résistantes en suivant 3 grandes étapes : 9 adsorption de l ’eau à la surface du grain 9 dissolution 9 cristallisation

y Les produits de cette réaction sont les hydrates : C-S-H 9 Portlandite 9

y L ’hydratation a lieu à l ’interface ciment-eau, après quelques dizaines d ’heures, elle se ralentit mais peut se poursuivre lentement pendant des années si la quantité d ’eau est suffisante

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 65

Eau - l ’hydratation du ciment

y 25 à 30 litres d ’eau suffisent théoriquement à hydrater y

100 kg de ciment lorsqu ’on mélange l ’eau et le ciment, on observe :

EAU EAU

EAU

EAU

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 66

Eau - l ’hydratation du ciment

y 25 à 30 litres d ’eau suffisent théoriquement à hydrater y

100 kg de ciment lorsqu ’on mélange l ’eau et le ciment, on observe : 9 un phénomène de floculation (grumeau et raidissement)

ETAT FLOCULE

EAU

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 67

Eau - l ’hydratation du ciment

y 25 à 30 litres d ’eau suffisent théoriquement à hydrater y

100 kg de ciment lorsqu ’on mélange l ’eau et le ciment, on observe : 9 un phénomène de floculation (grumeau et raidissement 9 qui a pour conséquence un faible rendement cristallin - cimentaire

ETAT HYDRATE SURFACE HYDRATEE

CIMENT

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 68

L ’eau : actions et conséquences

y Elle provoque des déformations Retrait, gonflement, création de réseaux capillaires Elle diminue les performances mécaniques 9 Cela se produit lorsqu'il y a excès d'eau Elle rend le béton sensible au gel : 9 expansion lorsque transformation en glace Elle favorise les réactions électrochimiques 9 carbonatation, corrosion, alcali réaction Elle favorise les moisissures et le développement de matières organiques Elle dissout : 9 gypse, plâtre, chlorure Elle transporte : 9 chlorure, sulfates, gaz carbonique Elle chemine : 9 par gravité, par capillarité, en vapeur 9

y y y y y y y

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 69

L ’eau : actions et conséquences

y Une augmentation du dosage en eau aura une incidence directe sur les performances mécaniques 9 baisse de la résistance à la compression / flexion 9 baisse de la compacité 9 augmentation de la porosité 9 augmentation de la perméabilité

RESISTANCE %

100% -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100

quantité optimale

+20% +33%

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

+60%

+100%

AJOUT D’EAU

Page : 70

L ’eau : actions et conséquences

y Une augmentation du dosage en eau aura une incidence directe sur les performances mécaniques 9 baisse de la résistance à la compression / flexion 9 baisse de la compacité 9 augmentation de la porosité 9 augmentation de la perméabilité

Coefficient de perm éabilité

Rapport E/C

Tem ps nécessaire*

1.10

-12

cm /s

0.40

3 jours

1.10

-11

cm /s

0.45

7 jours

1.10

-10

cm /s

0.50

2 sem aines

1.10

-9

cm /s

0.60

6 m ois

1.10

-8

cm /s

0.70

1 année

1.10

-7

cm /s

0.80

Im possible

*Temps nécessaire pour obtenir une rupture des capillaires et pores du béton GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 71

L ’eau : actions et conséquences

y Une augmentation du dosage en eau aura une

10

Compacité

Porosité %

incidence directe sur les performances mécaniques 9 baisse de la résistance à la compression / flexion 9 baisse de la compacité 9 augmentation de la porosité 9 augmentation de la perméabilité

0.90

15 0.85 20 0.80 25 0.75 30 150

160

170

0.43 GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

180

0.51

190

200

0.57

210

220

litres par m3

0.65 E/C Page : 72

L ’eau : actions et conséquences

y Une augmentation du dosage en eau aura une incidence directe sur les performances mécaniques 9 baisse de la résistance à la compression / flexion 9 baisse de la compacité 9 augmentation de la porosité 9 augmentation de la perméabilité

Rc- MPa 50 40 30 20 10

0,4

0,5

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

0,6

0,7

0,8

Rapport E/C Page : 73

L ’eau : actions et conséquences

y Une augmentation du dosage en eau aura une incidence directe sur les performances mécaniques 9 baisse de la résistance à la compression / flexion 9 baisse de la compacité 9 augmentation de la porosité 9 augmentation de la perméabilité

y et sur la qualité générale du béton ségrégation 9 plus grande pénétration des agents extérieurs 9 défauts de parements 9 sensibilité à l ’évaporation ... 9

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 74

LES CIMENTS

LES GRANULATS

L'EAU ET L'HYDRATATION

LES ADJUVANTS

APPLICATIONS

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Page : 75

Adjuvants : historique Remontent à l'antiquité (romains) Technique oubliée pendant 2000 ans 1850 Fabrication du ciment Portland 1855 Premiers adjuvants Gypse (plâtre) 1900 Retard par le sucre - Accélération par CaCl2 1935 Plastifiants à base de lignosulfonates 1945 Entraînement d'air 1966 Polymères Master Builders - SKW 1970 Fluidifiants au Japon 1975 Fluidifiants en France (BNS - MS) 1983 Technique de synergie Master Builders 1984 Marque Afnor-adjuvants 1993 Nouveaux polymères pour superplastifiants 1997 Lancement des GLENIUM 2000 Nouveaux développements des PCE PRELOM, GLENIUM ACE, GLENIUM SKY …

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 76

Adjuvants : définition

• NORME NF EN 934-2 • L’adjuvant est un produit incorporé au moment du malaxage du béton à une dose inférieure ou égale à 5 % en masse de la teneur en ciment du béton, pour modifier les propriétés du mélange à l’état frais et /ou à l’état durci.

• Chaque adjuvant est défini par une fonction principale et une seule.

• Un adjuvant peut présenter une ou plusieurs fonctions secondaires.

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 77

Adjuvants : définition

• Adjuvants modificateurs de la rhéologie du béton •

Plastifiants réducteurs d’eau

•

Superplastifiants haut réducteurs d’eau

• Adjuvants modificateurs de prise du béton •

Accélérateurs de prise

•

Retardateurs de prise

• Autres catégories normalisées d’adjuvants •

Hydrofuges

•

Entraîneurs d’air

• Autres adjuvants non définis par la norme •

Agents moussants

•

Agents de viscosité

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Page : 78

Adjuvants : définitions

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 79

Adjuvants : fonction « réduction d ’eau »

y Réduire la teneur en eau du béton sans modifier la y y

consistance Augmenter l’affaissement / l’étalement sans modifier la teneur en eau Produire les deux effets à la fois.

y L ’effet est plus ou moins fort selon le niveau de réduction d ’eau recherchée 9 Plastifiant Réducteur d ’Eau : 5 à 10 % 9 Superplastifiant Haut Réducteur d ’Eau : 10 à 30%

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 80

Adjuvants : Plastifiant Réducteur d ’Eau

Ciment

Eau

Etat dispersé du ciment

+

= Grumeau Surface Hydratée

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Ajout de plastifiant

Grain de ciment Meilleure hydratation

Page : 81

Adjuvants : Plastifiant Réducteur d ’Eau

Suspension d’eau et de grains de ciment

Même suspension après ajout de 1% d’adjuvant

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 82

P.R.E : effets sur le béton

y A l ’état frais : 9

Amélioration de l’ouvrabilité,

9

Maintien dans le temps,

9

Diminution du ressuage,

9

Diminution de la ségrégation,

9

Amélioration de la pompabilité des bétons,

9

Réduction du retrait hydraulique.

y A l ’état durci : 9

Amélioration des performances mécaniques à court et à long terme,

9

Diminution de la porosité,

9

Augmentation de la durabilité,

9

Amélioration de la cohésion ciment/granulats,

9

Amélioration de l’adhérence acier/béton

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 83

P.R.E : domaines d ’application

y Tous les bétons courants jusqu’à 30 MPa (gris, blancs, colorés),

y Le béton prêt à l’emploi, y Le béton de préfabrication légère (blocs, pavés, dalles, …),

y y y y y

Les bétons d’ouvrages d’art, Les bétons de voiries, Les bétons routiers, Les bétons de Génie Civil, Les bétons agricoles.

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 84

Adjuvants : Superplastifiants Haut Réducteurs d ’Eau

Ciment

Eau

Etat dispersé du ciment

+ Ajout de Superplastifiant

= Grumeau

Grain de ciment

Surface Hydratée

Meilleure hydratation

Plus forte dispersion des grains de ciment Amélioration du rendement cimentaire

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 85

S.P.H.R.E : effets sur le béton

y A l ’état frais avantages des Plastifiants amplifiés liés à un E/C plus bas 9 Maintien de la maniabilité (en fonction de la nature chimique) jusqu ’à 2 heures 9 ou perte rapide de la maniabilité (en fonction de la nature chimique) 9

y A l ’état durci 9

Amélioration des résistances mécaniques à court et long terme,

9

Diminution du retrait (due à la réduction du rapport E/C et à l’augmentation du rapport Granulat/Ciment),

9

Amélioration de la compacité,

9

Amélioration de la liaison béton-acier,

9

Réduction de la porosité capillaire de la pâte de ciment,

9

Diminution du coefficient de la perméabilité.

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 86

S.P.H.R.E : domaines d ’application

y y y y y y y y y y y y y y

Le béton de préfabrication, Le béton prêt à l'emploi, Les bétons lourds et légers, Les bétons d'ouvrages d'art, Les bétons de dallages industriels, Les bétons de bâtiment, Le béton précontraint, Le béton pompé, Les bétons pour fondations profondes, Les bétons pour ouvrages fortement ferraillés, Les bétons soumis à des milieux agressifs, Le BHP, BTHP et BUHP, Les bétons autonivelants - bétons autoplaçants, Les bétons architectoniques.

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 87

Adjuvants : le principe de défloculation pour la réduction d ’eau

y RAPPEL : La fluidité d'un mélange eau-ciment est y

fonction d'un rapport de forces attractives et répulsives entre les particules de ciment. On distingue deux états : 9 FLOCULATION : attraction des particules de ciment 9 DISPERSION : répulsion des particules de ciment -

y Les réducteurs d ’eau ont le pouvoir de disperser les grains de ciment en évitant l ’ajout d ’eau

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 88

Adjuvants : mécanisme de dispersion - chimie traditionnelle

y 1. ADSORPTION

molécule de superplastifiant

grain de ciment

y 2. ACQUISITION DE LA CHARGE ELECTROSTATIQUE

y 3. DISPERSION

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 89

Adjuvants : mécanisme de dispersion - chimie traditionnelle

Dispersion causée par répulsion électrostatique

Diminution du E/C

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 90

Adjuvants : mécanisme de dispersion - chimie traditionnelle (naphtalène - mélamine)

Le processus d'hydratation commence et les cristaux se forment sur les grains de ciment. Les molécules de superplastifiant sont progressivement recouvertes par les hydrates, provoquant ainsi la chute du potentiel électrostatique négatif des particules.

Raidissement de la pâte et perte de l'ouvrabilité

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 91

Adjuvants : mécanisme de dispersion nouvelle génération (polycarboxylates)

y Superplastifiant traditionnel (base Naphtalène ou Mélamine) : répulsion électrostatique

y Nouvelle génération = Polycarboxylates : répulsion électrostatique et effet stérique

y Influence de l'encombrement des groupes et des atomes constituant une molécule sur les interactions qu'elle peut avoir avec d'autres.

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 92

Adjuvants : mécanisme de dispersion nouvelle génération (polycarboxylates)

Amélioration de la dispersion Répulsion par effet électrostatique et stérique

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 93

Adjuvants : mécanisme de dispersion nouvelle génération (polycarboxylates)

Le processus d'hydratation commence, les cristaux se forment à la surface des grains de ciment, grâce aux chaînes hydrophiles du polymère, l'état de dispersion est plus stable qu'un superplastifiant traditionnel.

Meilleure dispersion = Meilleur état d'hydratation

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 94

Adjuvants : mécanisme de dispersion nouvelle génération (polycarboxylates)

Le mécanisme de dispersion du GLENIUM est une combinaison de deux actions : ACTION 1 et ACTION 2

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 95

Adjuvants : mécanisme de dispersion nouvelle génération (polycarboxylates)

ACTION 2

-

ACTION 1

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 96

Adjuvants : mécanisme de dispersion nouvelle génération (polycarboxylates)

Au cours de l'hydratation, le développement des cristaux sur la surface des grains de ciment provoque l'augmentation de la basicité du milieu. Ce qui déclenche alors " l'ouverture" de l ’ACTION 2 qui agira de la même manière que l ’ACTION 1.

Dispersion améliorée = Ouvrabilité prolongée SANS MODIFICATION DE LA CINETIQUE D ’HYDRATATION GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 97

Adjuvants : mécanisme de dispersion

y Béton témoin

E/C = 0.50

y Avec P.R.E

E/C = 0.46

-8%

E/C = 0.41

- 18 %

E/C = 0.33

- 34 %

POZZOLITH 9 PRELOM 9

y Avec BNS ou MS 9

RHEOBUILD

y Avec PCP 9

GLENIUM

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 98

Adjuvants : dernière évolution des Polycarboxylates

y Spécificités des « Matières premières » des polycarboxylates : 9 squelette moléculaire : longueur (poids) 9

groupements chargés - effet électrostatique : nombre par polymères (potentiel dzeta)

9

groupements hydrophiles - effet stérique : longueur, densité par polymères

9

la structure du polymère - influence la fixation sur le grain de ciment

y La maîtrise de la structure permet des combinaisons différentes, donc des solutions multiples (plastifiant, superplastifiant …) en améliorant les avantages sur la réduction d ’eau, la maniabilité et les résistances mécaniques

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 99

Adjuvants : dernière évolution des Polycarboxylates

y Nouveau polymère spécifique à la Préfabrication : GLENIUM ACE

-y Dernière génération de polycarboxylates qui fonctionne par répulsion électrostatique et effet stérique mais avec une structure de polymère différente donc des effets sur la cinétique d ’hydratation différents

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 100

Adjuvants : dernière évolution des Polycarboxylates

Répulsion Electrostatique et Stérique

Molécules de GLENIUM ACE

GLENIUM ACE

Les molécules du nouveau polymère laisse une surface libre plus grande Les hydrates se développent en plus grand nombre GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 101

Adjuvants : dernière évolution des Polycarboxylates

37,5 35

20 °C PVC ACE 20°C PVC 51

32,5 30 25 22,5 20 17,5 15 12,5 10 7,5 5 2,5 0 0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

Temps (heures)

36 34

TEMPERATURE °C

32 30 28 26

Q = cp dT

24 22 20

8, 0 9, 0 10 ,0 11 ,0 12 ,0 13 ,0 14 ,0 15 ,0 16 ,0 17 ,0 18 ,0

7, 0

5, 0 6, 0

3, 0

4, 0

1, 0 2, 0

18 0, 0

TEMPERATURE (°C)

27,5

TIME (hours)

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 102

Adjuvants : modificateurs de prise du ciment

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 103

Adjuvants : Accélérateurs de prise

y Chimies qui permettent d ’accélérer les réactions de dissolution et le développement des hydrates, donc la cinétique de prise 9 chimie chlorée 9 chimie non chlorée

y Effets sur le béton : accélération de la prise 9 augmentation des résistances à court terme 9 augmentation de la chaleur d ’hydratation 9

Accélérateur de prise Béton témoin

Fin de prise

Début de prise Début de prise

0

1h 1h30

2h

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

3h 3h30 4h

Fin de prise

5h

6h

Temps

Page : 104

Adjuvants : Accélérateurs de prise

y Domaines d ’applications : bétonnage par temps froid 9 béton manufacturé (blocs, pavés, tuyaux …) 9 besoin d ’augmentation de productivité : BPE ou PREFA 9 décoffrage rapide 9 bétons à hautes résistances initiales 9 ... 9

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 105

Adjuvants : Retardateurs de prise

y Chimies qui permettent de ralentir les réactions de

y

dissolution et le développement des hydrates 9 dérivés de sucre 9 base phosphate Effets sur le béton : 9 « régule » la chaleur d ’hydratation 9 décale le temps de prise 9 diminue les résistances initiales 9 améliore les longues ouvrabilités Béton témoin Retardateur de prise

Fin de prise

Début de prise

Fin de prise

Début de prise

0

1h

2h

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

3h

4h

5h

6h

Temps

Page : 106

Adjuvants : Retardateurs de prise

y Domaines d ’application bétonnage par temps chaud 9 transport ou pompage longue distance 9 bétonnage de masse 9 coulage en continu 9

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 107

Adjuvants : Entraîneurs d ’air

y Chimies qui permettent d ’entraîner des bulles d ’air calibrées, réparties de manière homogène dans le béton et de façon durable.

y Effet sur le béton à l ’état frais : les bulles stabilisent les grains (correcteur granulaire) 9 amélioration de la cohésion 9 et de l ’ouvrabilité (effet de réduction d ’eau) 9 amélioration de l ’aspect au décoffrage 9

Réduction en eau (l/ m3) 50 40 8% d'air 6%

30

4% 20

2%

10 0 225

250

275

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

300

325

350

375

400 ciment (kg/m3) Page : 108

Adjuvants : Entraîneurs d ’air

y Effet sur le béton à l ’état durci : amélioration de la résistance au gel/dégel et aux sels de déverglaçage 9 amélioration des résistances des bétons faiblement dosés en ciment 9

RESISTANCES EN COMPRESSION (MPa) 40 440 kg/m3 30 335 kg/m3 20 220 kg/m3

10 TENEUR EN AIR 0

2

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

4

6

8

10

(%)

Page : 109

Adjuvants : Entraîneurs d ’air

y Principe de fonctionnement pour la résistance au gel :

Sans Entraîneur d’air béton

capillaires

Eau Gelée

En gelant, l ’eau augmente son volume de 9% créant des contraintes dans les capillaires. Les cycles de gel et dégel sollicitent fortement le béton, jusqu ’à la fissuration.

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 110

Adjuvants : Entraîneurs d ’air

y Le réseau de bulles d ’air agit comme autant de vases d ’expansion permettant à l ’eau d ’augmenter son volume en gelant sans contraintes internes

Avec Entraîneur d’air

Eau Gelée

Eau Gelée

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 111

Adjuvants : Entraîneurs d ’air

y Ces adjuvants ont donc de multiples propriétés mais doivent être utilisés avec précaution 9 étude précise pour optimiser la nature, le dosage (respect du mode d ’introduction industrielle) 9 introduction idéale sur les granulats (le plus tôt possible dans le cycle de production) 9 contrôle de la régularité et de la précision de dosage

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 112

Adjuvants : Entraîneurs d ’air

y Domaines d ’application : bétons extrudés (GBA …) 9 bétons fillés (poutrelles …) 9 bétons de bâtiment ou d ’ouvrages d ’art devant résister au gel et/ou aux sels de déverglaçage 9 bétons routiers 9 béton/mortier de remblayage de tranchée 9

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 113

Adjuvants : Hydrofuges de masse

y Chimies qui agissent par précipitation dans les pores y

du bétons (réaction avec la chaux libre naturellement issue de l ’hydratation du ciment). Les précipités obtenus forment des bouchons qui bloquent la pénétration des liquides dans le béton 9 diminution des efflorescences 9 diminution de la capillarité 9 limitation de la pénétration de l ’eau (plus ou moins chargées) 9 effet perlant +/- prononcé en fonction de la nature

Sans Hydrofuges

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Avec Hydrofuges

Page : 114

Adjuvants : Hydrofuges de masse

y Domaines d ’application : bétons de réservoir 9 bétons en contact avec des eaux de ruissellement 9 bétons préfabriqués : pavés, éléments décoratifs 9

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

Page : 115

Adjuvants : Agents de viscosité

y Chimies qui permettent d ’améliorer les

y

y

caractéristiques rhéologiques des bétons (déformabilité, cheminement dans les coffrages …), ainsi que la résistance au ressuage et à la ségrégation (principalement destinés aux BAP / BAN) les chimies traditionnelles (gomme xanthane, welane, polysaccharide …) des rétenteurs d ’eau peuvent remplir ce rôle mais avec des inconvénients : 9 dosage très faible sinon collage 9 effets secondaires (air, retard) 9 coût ! Apparition de nouvelles chimies en 2000

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Adjuvants : Agents de viscosité nouvelle génération

y RHEOMAC de la série 800 : 885 et 890 y Nouvelle chimie :Principe basé sur la formation d ’un réseau tri-dimensionnel dans la matrice cimentaire et par « l ’orientation » des molécules en phase dynamique

position “statique”

position: ”dynamique”

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Adjuvants : Agents de viscosité nouvelle génération

y Le réseau formé par les chaînes moléculaires longues assure la cohésion et la stabilité de la structure granulaire 9 diminution du ressuage et de la ségrégation

y En phase dynamique (coulage gravitaire, pompage), ces molécules longues ont la faculté de s ’orienter naturellement dans le sens de l ’écoulement 9 diminution des collisions inter-particules 9 meilleure déformabilité du béton (enrobage d ’armatures, cheminement complexe, forte densité de ferraillage …)

y formulation plus robuste, moins sensibles aux variations d ’humidité des granulats

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Adjuvants : Agents de viscosité nouvelle génération

y Domaines d ’application : BAP 9 BAN 9 bétons pompés 9 formulations avec des granulats « difficiles » 9

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Adjuvants : environnement normatif

y La NF EN 934-2 : Adjuvants pour bétons : définitions, exigences et conformités est harmonisée et transposée en norme française depuis Sept 2002 : 9 définit les types d ’adjuvants : 9 plastifiant/réducteur d’eau ; superplastifiant/haut réducteur d’eau ; rétenteur d’eau ; entraîneur d’air ; accélérateur de prise ; accélérateur de durcissement ; retardateur de prise ; hydrofuge de masse, plastifiant/réducteur d’eau/retardateur de prise, superplastifiant/haut réducteur d’eau/retardateur de prise, plastifiant/réducteur d’eau/accélérateur de prise 9

définit les exigences à satisfaire : niveau de réduction mini gain en Rc limitation des effets secondaires

y le marquage

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Noms génériques de la gamme adjuvants MBT

y P.R.E POZZOLITH 390N, 390HE, 391N, 395R, 394N 9 PRELOM 300 Accélérateurs de prise 9 POZZOLITH 555 9 POZZOLITH 122HE, 125HE, 9 PREFAVITH 9 PREFAXEL Retardateurs de prise 9 POZZOLITH 100XR, 250R, 200NS Hydrofuges de masse 9 POZZOLITH HYDROFIX, SJF Plastifiants « colloïdes » 9 PREFAPLAST 9 RHEOMIX

y S.P.H.R.E

9

y

y y y

GLENIUM 27, 21, 51 9 GLENIUM B 201 F 9 GLENIUM SKY 500 9 GLENIUM ACE 30, 40 9 RHEOBUILD 561, 716, 1000, 2000B, 2000PF Entraîneurs d ’air 9 MICRO AIR 104, 104 dilué 1/4 9 MICRO AIR 200, 200 dilué 1/3 Agents de viscosité 9 RHEOMAC 885 F 9 RHEOMAC 890 F 9

y

y

y autres 9 9 9 9 9 9

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BARRABRIK RHEOCELL RHEOFIBRES RHEOMAC SF MEYCO SA ...

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LES CIMENTS

LES GRANULATS

L'EAU ET L'HYDRATATION

LES ADJUVANTS

APPLICATIONS

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Applications

y La fissuration / le retrait y Les parements / le bullage y Bétonnage par temps froid y Bétonnage par temps chaud

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Applications : la fissuration

y Il n’y a pas une mais des fissurations car les causes y y y

sont nombreuses, parfois complexes et souvent connectées entre elles ! Causes physiques /mécaniques 9 Tassement Causes « chimiques » 9 Retraits Accidentelles 9 Non respect des règles de l’art (ajout d’eau, …)

y Dans l’analyse de la fissuration il est capital d’évaluer l’échelle : 9 Gâchée 9 Camion 9 Journée de bétonnage 9 Partie d’ouvrage 9 Région (!)

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Les causes de la fissuration : le retrait

y On distingue plusieurs retraits du béton relatifs à son y

âge Ces retraits s’accumulent et les premiers effets peuvent amplifier les seconds

Rappel des principaux retraits : y Retrait endogène (auto dessication -contraction Le Chatelier) 9 Vol ciment hydraté < Vol eau + Vol ciment 9 Ce phénomène est relativement négligeable en général (relativement aux autres !) y Retrait plastique 9 Évaporation de l’eau pendant les premières heures (avant le durcissement) 9 Les déformations liées provoquent l’amorce de fissuration (pas toujours visible au départ) y Retrait thermique 9 Déformations liées au gradient de température qui créent des contraintes dans le matériau (ce qui peut amplifier l’évaporation donc créer un retrait de séchage supplémentaire) y Retrait de séchage (long terme) 9 Phénomène d’évaporation de l’eau non liée GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

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Facteurs influençant le retrait

Le retrait est d’autant plus fort que :

y La prise est lente température basse 9 ajouts secondaires (ex. : CLK) 9 excès d'eau 9 adjuvants (erreur de dosage) L'évaporation est forte 9 faible hygrométrie (sec) 9 vent fort 9 produit de cure peu efficace 9 température du béton supérieure à celle du milieu Le ciment est fin La quantité de fines est élevée (/m3) 9

y

y y

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Comment limiter le retrait

y Éviter un prise trop lente : choix du ciment 9 choix de l’adjuvant (pour la réduction d’eau et limiter les effets secondaires de certains) Limiter l’évaporation excessive ou précoce : 9 Choix du produit de cure (ou d’une méthode de cure) 9 Application du produit de cure 9 Protection contre des vents forts Contrôler l’historique thermique : 9 Température homogène dans la masse (en cas d’étuvage) 9 Calorifugation 9 Refroidissement 9… Respecter les distances entre joints et les densités de feraillage Eviter les retraits différentiels (béton frais sur un béton en démarrage de durcissement) 9

y

y

y y

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Comment limiter le retrait

y Tenir compte des conditions de cure Température de l'air (en °C) 5

15

25

35

Humidité relative(%) 90 80

Température du béton

70 60 50 40 30 20

38° C

10 4° C

4

Vitesse d'évaporation

3

kg/m2/h

2

en

10° C 16° C

21° C

27° C

32° C

32 km/h

Vitesse de l'air : 40 km/h

24 km/h

16 km/h

Précautions à prendre

8 km/h 1

3 km/h 0 km/h

0

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Les causes de la fissuration : le tassement

Le tassement est d'autant plus fort que :

y La durée de vibration est importante 9transmission

des vibrations par les armatures si, par erreur, les vibrateurs touchent celles-ci

y La profondeur de béton frais est plus grande 9entre

les armatures, 9au droit de l'âme d'une poutre.

y La durée avant prise est important 9retardateur

de prise (effet principal ou secondaire d'un

adjuvant), 9température basse 9gypse.

y La suspension est instable 9manque

d'éléments fins dans le sable ou dosage en ciment insuffisant 9grains plats dans les éléments fins du sable, dosage en eau excessif 9présence de certains minéraux tels que micas ou feldspaths (peut-être en relation avec les forces de répulsion électrique entre grains).

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Comment limiter les tassements

y Augmenter la quantité de fines dans la formule ou modifier le sable

y Accélérer la prise (réduction d’eau et accélérateur de prise ou chauffage)

y Supprimer les malfaçons relatives à la vibration y Augmenter l’épaisseur au droit des armatures y Diminuer le diamètre des armatures (et recalculer le nombre)

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Facteurs influençant le tassement

y Transmission de la vibration par les armatures 9

Il arrive parfois qu'une règle vibrante soit appuyée sur le lit supérieur d'armature. La vibration transmise au béton déjà en place augmente la durée avant prise, accélère le tassement et localise les chenaux de ressuage près de l'armature. Conséquence : Fissuration reproduisant le plan de la nappe supérieure d'armature.

y Tassement différentiel 9

A la limite de deux zones de béton frais de profondeur différente : soit au voisinage des armatures (ce qui contribue à donner toute son importance à la cause n° 1), soit, par exemple, au droit de la jonction de l'âme d'une poutre et de sa table de compression si la transition n'est pas suffisamment progressive.

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Facteurs influençant le tassement

y Efforts mécaniques parasites Le béton frais résiste normalement à des tractions de quelques centièmes de bar. Cette résistance est réduite par le ressuage. 9 Un effort parasite peut provenir : de tassement différentiel (cf. cause n° 2), 9 d'un dévers de quelques pour cent (2% peuvent suffire) et d'un bétonnage du point haut au point bas (ce qui est contraire à la bonne pratique mais se produit parfois) 9 d'un dévers de quelques pour cent et de revibration locale (par exemple pour introduire un joint) , etc. 9

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Applications : les parements

y Le parement reflète la qualité de travail et l’image de y

marque. De plus un beau parement permet de diminuer les coûts inhérents au ragréage ! De nombreux facteurs influencent la qualité du parement : 9 les composants et la formulation du béton : - formes des granulats - quantité de fines - nature du ciment 9

9

9

les méthodes de mise en œuvre - transport, pompage - type de coffrage, âge et entretien - vibration ou pas conditions météorologiques (T°, humidité, ensoleillement …) la nature et l’application des agents de démoulage - nature et application de l’huile

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Applications : les parements / le bullage

y Le bullage est un des défauts souvent constatés y Là encore il existe différents bullage et différentes y

causes pour y remédier il est nécessaire de : 9 le qualifier et le localiser (taille des bulles, répartition sur la banche, homogénéité…)

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différents types de bullage

y petites bulles, sensiblement hémisphériques, de faible diamètre (diamètre : env. 10 mm)

y bulles individuelles, régulières et généralement peu profondes

bullage « type I »

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différents types de bullage

y bulles, beaucoup plus grosses, sous forme de cavités irrégulières, pouvant atteindre 10/20 mm.

y On peut généralement en augmenter la surface par simple pression (laitance)

bullage « type II »

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différents types de bullage

y il est important de qualifier le bullage et de connaître l’environnement de mise en place du béton (historique, changements éventuels sur le chantier …)

y les causes connues, on peut évoquer les actions à mener

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Applications : bétonnage par temps froid

y Utiliser un ciment à forte chaleur d'hydratation (teneur élevée en C3A.

y Dosage en ciment aussi élevé que possible. y Limiter le rapport E/C (plastifiant, superplastifiant.) y Utiliser un accélérateur de prise. y Ne pas utiliser de granulats gelés. y Eliminer la glace sur coffrages et armatures. y Choisir le type de coffrage le plus isolant. y Procéder rapidement à la mise en place du béton. y Eviter de couler en fin d'après-midi. y Protéger les parties exposées au froid. y Accentuer les contrôles. GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01

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Applications : bétonnage par temps chaud

y La chaleur excessive peut avoir une triple action sur les bétons : ¾

Elle accélère la prise et le durcissement,

¾

Elle favorise l'évaporation de l'eau de gâchage provoquant ainsi un retrait important, tout en privant une partie du béton de son eau nécessaire à l'hydratation du ciment,

¾

Elle accentue les effets du retrait thermique, découlant du refroidissement ultérieur.

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Applications : bétonnage par temps chaud

Dans le cas de bétonnage par temps chaud, il convient de prendre les précautions suivantes :

y Eviter le départ rapide de l'eau de gâchage et maintenir le béton à une température modérée. 9 Pour cela, il conviendra de porter des soins particuliers à la cure du béton. 9 Utilisation d'un produit de cure (joue le rôle de film protecteur). 9 Arrosage du béton. ATTENTION : un vent sec et chaud est particulièrement actif sur la déshydratation d'un béton.

y Lorsque le béton doit être transporté sur des distances relativement longues, ou s'il y a risque d'attente sur chantier (déchargement long), il convient d'utiliser un adjuvant à long maintien de rhéologie du béton ou un retardateur

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