Soutenance mémoire
Rappels sur la prise et durcissement des bétons
Théories de l’hydratation du ciment
La prise des liants hydrauliques et le durcissement du béton sont représentés comme deux phénomènes très complexes. Les temps de prise sont variables avec plusieurs paramètres par exemple : la quantité de gypse ajoutée lors du broyage du clinker, la propreté des granulats, la température du milieu, etc.
Toute évolution est suivie de changements, de ce fait l’évolution du béton dans le temps, s’accompagne elle aussi de transformations chimiques telles que la dissolution de ses hydrates. Ces derniers sont formés pendant la période initiale afin d’obtenir des hydrates stables. Il est connu que le processus de dissolution ne freine en aucun cas l’augmentation de la résistance mécanique.
L’hydratation du ciment est une réaction exothermique qui se traduit par une évolution de la température, suivie d’un dégagement de la chaleur. Plusieurs chercheurs ont travaillé sur ce sujet ; ils ont proposé différentes théories pour expliquer l’ensemble des phénomènes physico-chimiques et caractériser le mécanisme d’hydratation de ciment.
En 1768, Lavoisier est le premier qui décrit la prise comme un processus de cristallisation dans son mémoire « l’analyse du gypse » ; par la suite Le Chatelier reprend à son compte cette théorie de la cristallisation dans une note en 1883 (Galtier, 1981), par la suite en 1887, il dépose sa thèse expliquant quand l’eau de gâchage est au contact du ciment cela donne naissance à une solution sursaturée. Les hydrates se forment après que les composés anhydres se dissolvent, ces hydrates peu solubles, précipitent et forment des microcristaux (début de prise). La dissolution des éléments anhydres se poursuit jusqu’à la mise en solution de la totalité du liant. Le durcissement est alors dû à la multiplication et à l’adhérence des cristaux formés.
Cinétique d’hydratation
La pâte du ciment forme des particules d’un système dispersé, ces particules sont des grains polycristallins constitués de silicates et d’aluminates. La vitesse d’hydratation des minéraux du ciment est différente d’où : C3A et C3S s’hydratent plus vite que C4AF et C2S. L’état d’avancement de chaque minéral peut être observé de façon discontinue par analyse thermique différentielle et diffraction des rayons X (Regourd, 1982).
Comme cité auparavant , les réactions d’hydratation des constituants de ciment sont exothermiques. Afin de bien éclaircir ce point. L’hydratation de C3A et C3S entrainent un effet thermique important dès les premières échéances, donc nous pouvons dire qu’un ciment riche en C3A et C3S peut chauffer un béton de plusieurs dizaines de degrés. Les mesures calorimétriques montrent aussi que C4AF et C2S continuent à s’hydrater progressivement entre 28 jours et 6 mois ; en revanche, les C3A et C3S n’évoluent pas de façon sensible à long terme.
Mortiers de béton équivalent (MBE)
La méthode de calcul des MBE a été développée dans le cadre du projet national français «Calibé», afin de résoudre les problèmes liés à l’usage des bétons adjuvantés. Certains d’entre eux présentent des fausses prises, sans raison apparente. Pour ce faire, une recherche de méthodes facilitant les essais sur mortiers était nécessaire.
Cette méthode repose sur le fait qu’il existe une corrélation simple entre les propriétés rhéologiques d’un béton au mortier qui le compose. Cependant, on n’obtient pas le même mortier en le tamisant au tamis de 5mm puisqu’une partie de l’eau et de la pâte sera forcément collée ou absorbée par les granulats, objet de refus à ce tamis.
La méthode MBE se base sur :
L’identification de la composition granulométrique des sables et des granulats, Le calcul de la surface de chaque tranche granulaire, La substitution aux fractions les plus grossières, l’ajout d’un matériau de manière à reconstituer un mortier équivalent qui aura la même surface granulaire totale que celle du béton initial.
Le calcul de la composition des MBE s’appuie sur l’idée que ce sont les surfaces de contact des constituants qui importent, plus que leur volume. Deux réflexions s’en dégagent :
la première découle du fait que l’ouvrabilité d’un béton provient de la façon dont ses constituants arrivent à « glisser » les uns sur les autres pour s’écouler.
la seconde a pour origine la chimie de la prise ; les hydrates se formant plutôt au niveau des interfaces (Dierkens, 2005).
Mortiers thermiquement équivalents (MT)
Les réactions chimiques intervenant dans la prise des bétons sont de types thermo activées. Afin d’obtenir des mortiers comparables à des bétons donnés, il faut tenter de conserver une même histoire thermique, en fabriquant des mortiers dégageant la même chaleur d’hydratation et ayant la même chaleur spécifique massique. Pour arriver à ce résultat, il suffit de conserver les quantités de ciment et d’eau et de remplacer le gravier par une même masse de sable, celle du mortier est égale à la somme des masses de sable et de gravier du béton (Dierkens, 2005). Lorsqu’on passe de la formulation d’un béton à celle d’un mortier MT :
le remplacement du gravier par du sable diminue l’étendue granulométrique )le mortier est réalisé avec une partie du sable du béton) : donc ils ont obtenu une augmentation de la distance inter granulaire.
le gravier a été remplacé par une même masse de sable. Les grains de sable ayant un volume plus petit que celui des graviers, il en résulte que la surface globale des granulats a augmenté, alors que la surface du ciment et de l’eau est conservée. On peut ainsi penser que les mortiers MT frais sont moins fluides que les bétons associés car il faut plus de pâte pour enrober et écarter les grains de sable de manière comparable.
la quantité d’air présente dans le mortier MT ne peut pas être contrôlée lors de sa fabrication. Celle-ci peut donc varier d’une formulation à l’autre et avoir une influence )très faible( sur l’inertie thermique du matériau, qui ne sera donc pas rigoureusement conservée lors du passage du béton au mortier MT (Dierkens, 2005).
Pénétration d’une aiguille (méthode A)
L’essai « A » utilise la mesure de la force nécessaire pour faire pénétrer une aiguille dans le béton jeune dont la plage de résistance est entre 0,2 et 1,2 MPa. La mesure est faite à l’aide d’un pénétromètre avec ressort étalonné comportant une aiguille de 3±0.1 mm de diamètre, et de pointe conique dont l’angle est de 60±5°. L’extrémité de cette aiguille doit être enfoncée jusqu’à une profondeur de 15 ± 2 mm dans le béton projeté où la couche du béton a une épaisseur ≥ 100 mm. L’essai est réalisable en tout point, sans préparation (ASQUAPRO, 2007).
Vu la non disponibilité de cet appareil, on a fabriqué un appareil qui s’inspire du même principe où on mesure le déplacement au millimètre par la pénétration d’une aiguille de Vicat à une profondeur de 20 mm dans le cône tronconique. Ce dernier est utilisé dans l’essai de prise sur un mortier thermiquement équivalent (MT).
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : BETON IMPRIME
1. Introduction
2. Présentation Lafarge
2.1. Les activités de l’entreprise Lafarge en Algérie
3. Le béton imprimé Lafarge
4. Les applications du béton imprimé à Tlemcen
5. Conclusion
CHAPITRE 2 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
1. Introduction
2. Rappels sur la prise et durcissement des bétons
2.1. Théories de l’hydratation du ciment
2.1.1. Historique
2.1.2. Théories actuelles
2.2. Réaction d’hydratation
2.2.1. Hydratation des silicates
2.2.2. Hydratation des aluminates
2.3. Cinétique d’hydratation
2.4. Influence du matériau
2.4.1. Nature du liant
2.4.2. Nature des autres constituants du béton
2.4.3. Influence du milieu
2.4.4. Les adjuvants modifiant la prise et le durcissement
2.4.4.1. Les retardateurs de prise
2.4.4.2. Les accélérateurs de prise et les accélérateurs de durcissement
2.5. Fausse prise
3. Etude comparatif du comportement de bétons et de mortiers
3.1. Mortiers de béton équivalent (MBE)
3.2. Mortiers thermiquement équivalent(MT)
3.3. Comparaison des deux mortiers
3.4. Mortiers classiques du béton (MB)
4. Procédures d’essais normalisés
4.1. L’essai de prise
4.1.1. Essai Vicat
4.1.2. Essai sur pate pure
4.1.2.1. Détermination de la consistance normalisée
4.1.2.2. Détermination du temps de début de prise
4.1.2.3. Détermination du temps de fin de prise
4.1.3. Essai sur mortier 1/3
4.1.3.1. Confection du mortier
4.1.3.2. Temps de prise
4.2. Pénétration d’une aiguille (méthode A)
5. Conclusion
CHAPITRE 3 : CARACTERISATION DES MATERIAUX ET PROCEDURES EXPERIMENTALES
1. Introduction
2. Caractérisation des matériaux utilisés
2.1. Ciment
2.1.1. Composition chimique et minéralogique
2.1.2. Caractéristique physico-mécanique
2.1.2.1. Masse volumique (absolue et apparente)
2.1.2.2. Essai de consistance
2.1.2.3. Essai de prise
2.1.2.4. Essais mécaniques sur mortier normalisé
2.2. Sable
2.2.1. Identification du sable
2.2.1.1. Prélèvement en laboratoire
2.2.1.2. Analyse granulométrique
2.2.1.3. Masse volumique (absolue et apparente)
2.2.2. Propreté du sable
2.2.2.1. Equivalent de sable
2.2.2.2. Bleu de méthylène
2.3. Les durcisseurs et démoulant
2.4. Eau de gâchage
3. Procédures expérimentales
3.1. Formulation de mortier thermiquement équivalent
3.2. Préparation du corps d’épreuve
3.3. Essai de prise
3.4. Pénétration par une aiguille (méthode A)
4. Interprétation des résultats
5. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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