Le béton armé composition des bétons

Le béton armé composition des bétons

Le béton armé est l’assemblage judicieux et intime d’armatures métalliques, habituellement en acier doux, et de béton (figure I.1) afin de compenser la mauvaise tenue de ce dernier à la traction. Cet assemblage est rendu possible grâce au coefficient de dilatation thermique identique de ces différents matériaux. Le béton fournit aux barres d’acier une protection à la fois physique et chimique. La protection physique est assurée par la densité et la relative imperméabilité de sa structure. La protection chimique, quant à elle, provient de l’alcalinité très élevée (pH > 12,5) de la solution interstitielle contenue dans les pores du béton. Figure I.1 : Photo d’une structure en béton au port de Troia (Portugal). 

Le béton

Le béton est le matériau le plus consommé dans le monde après l’eau [2]. Il représente 90% du marché de construction. C’est un matériau composite, alcalin (pH > 12,5) et fragile, issu d’un mélange de : Le béton armé Composition des bétons 3  liants : ciments artificiels (de 7% à 14% en volume) ;  granulats naturels ou artificiels : sables, graviers… (60% à 70% en volume) ;  eau (14% à 22% en volume) ;  et éventuellement d’adjuvants : entraîneur d’air, plastifiant, inhibiteurs… (inférieur à 2% en volume).

Le ciment

Le ciment ou liant hydraulique est une poudre minérale, composée d’un ou de plusieurs constituants, les plus importants étant [4] :  Le clinker obtenu par broyage d’une roche artificielle appelée cru (mélange de 80% de calcaire et de 20% d’argile) à 1450°C. Les principaux constituants du clinker sont les silicates tricalciques (3CaO.SiO2) et bicalciques (2CaO.SiO2), les aluminates tricalciques (3CaO.Al2O3) dont l’hydratation conduit à la formation de la portlandite (Ca(OH)2), ainsi que les aluminoferrites tétracalciques (4CaO.Al2O3.Fe2O3) [5]. Le clinker contient toujours des oxydes alcalins (Na2O, K2O) en faible quantité par rapport aux constituants minéraux. Leur dissolution partielle et progressive dans la solution interstitielle du béton permet le maintien d’un pH élevé (entre 12,4 et 13,6) qui va être un point essentiel pour la durabilité des armatures [6,7] ;  Les laitiers obtenus par refroidissement brusque de scories fondues provenant du traitement des minerais de fer en haut fourneau. Chimiquement le laitier est un mélange de chaux (CaO, obtenue par calcination de calcaire), de silice et d’alumine. Le laitier présente des propriétés hydrauliques lui permettant de réagir avec l’eau sous l’effet d’un activant (clinker ou chaux)[8];  Les cendres volantes ayant des propriétés pouzzolaniques (aptitude d’un matériau à se combiner à température ambiante et en présence d’eau à la chaux ou la portlandite);  Les fillers qui sont des matières minérales améliorant les propriétés physiques du ciment; 4  Les fumées de silice issues de la réduction de quartz par du charbon dans des fours utilisés pour la production de silicium et d’alliages de ferrosilicium. Il existe plusieurs sortes de ciment offrant des caractéristiques différentes. Leur composition fait l’objet de la norme EN 197-1 [9] qui définit cinq types de ciment :  Le CEM I (ciment Portland) constitué au moins de 95% de clinker et au plus de 5% de constituants secondaires;  Les CEM II (ciment Portland composé) constitué au moins de 65% de clinker et au plus de 35 % de constituants secondaires : laitier de haut fourneau, fumée de silice (limitée à 10%), pouzzolanes, cendres volantes, schistes calcinés, calcaire;  Le CEM III (ciment de haut fourneau) contient entre 36 et 86% de laitier de haut fourneau, et de 20 à 64% de clinker;  Le CEM IV (ciment pouzzolanique) constitué de clinker et de 11 à 55% d’un mélange de fumées de silice, de pouzzolanes et de cendres volantes;  Le CEM V (ciment composé) constitué de clinker, de laitier de haut fourneau, de pouzzolanes et de cendres volantes siliceuses. 

Les granulats

Les granulats sont constitués d’un ensemble de grains minéraux de différentes dimensions (inférieurs ou égales à 125 mm). Ils sont obtenus lors de l’exploitation des gisements de sables et de graviers d’origine alluvionnaire terrestre ou marine, par concassage des roches massives (calcaires ou éruptives) ou encore par recyclage de produits tels que les matériaux de démolition. Leur nature, leur forme et leurs caractéristiques varient en fonction des gisements et des techniques de production. Les granulats font l’objet de la norme XP P18- 545..

L’eau

La teneur en eau est un facteur très important de la composition du béton et se détermine par le rapport de la masse d’eau sur la masse de ciment (noté E/C). L’influence de ce rapport aussi bien sur la porosité que sur la résistance mécanique est non négligeable. La 5 norme NF EN 1008 fixe les propriétés de l’eau utilisée dans la formulation des matériaux cimentaires [11]. 1.1.1.4. Adjuvants Les adjuvants se présentent sous forme de liquide ou de poudre. Ils sont incorporés en faible quantité (moins de 10 kg/m3 ) afin d’ajuster les propriétés des matériaux cimentaires [12]. Les adjuvants peuvent modifier l’ouvrabilité du matériau frais ainsi que sa rhéologie [13], et peuvent être incorporés sous forme de :  plastifiants et superplastifiants réducteurs d’eau ;  accélérateurs de prise ;  retardateurs de prise, généralement à base d’hydrates de carbone, d’oxydes de zinc ou de plomb;  entraîneurs d’air, à base de tensioactifs;  hydrofuges de masse, à base d’acides gras;  inhibiteurs de corrosion : ajoutés à l’eau de gâchage (la mise en contact du ciment et l’eau) ou appliqués à la surface des armatures métalliques ou du béton [14]. Les schémas présentés figure I.2 et I.3 résument les différentes étapes de fabrication du ciment et du béton.