CARACTERISATION DES MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES

Télécharger le fichier original (Mémoire de fin d’études)

Utilisation d’un agent de viscosité

Le rôle d’un superplastifiant est l’amélioration de l’ouvrabilité du béton mais sa viscosité plastique sera diminuée. Pour régler ce problème, un agent de viscosité doit être ajouté au BAP (Assié, 04). Ce sont des dérivés cellulosiques, des colloïdes naturels ou des suspensions de particules siliceuses, qui entrent en réaction avec l’eau pour augmenter sa viscosité. Ces produits permettent d’éviter la ségrégation et le ressuage afin d’obtenir une pâte plus dense en fixant l’eau dans le béton. Ils sont utilisés surtout pour des rapports E/L élevés et lorsque les additions ne sont pas suffisantes pour rendre le béton plus homogène. Ils ont aussi la possibilité de réduire la sensibilité des BAP aux changements de la teneur en eau (problèmes de ressuage et de ségrégation), cependant ils peuvent aussi réduire la fluidité des bétons.

Un faible volume de gravillon

Les granulats concassés ou roulés sont utilisés pour la formulation des BAP. Le volume des granulats doit être diminué parce que les gravillons entrainent le blocage du béton mais ils augmentent par ailleurs la compacité du béton ce qui permet d’obtenir une résistance remarquable. Généralement, le rapport (G / S) dans un BAP est de l’ordre de 1 (Assié, 04). Ce rapport peut être diminué si l’ouvrage est fortement ferraillé. Dans un BAP la dimension maximale des gravillons ne doit pas dépasser 16 mm pour éviter le phénomène de blocage (Assié, 04).
ADDITIONS MINERALES UTILISEES DANS LES BAP  Les additions minérales les plus utilisées dans les BAP sont :

 Fillers calcaires

Ils sont obtenus par broyage de roche calcaire. Ces additions minérales possèdent un effet physico-chimique. Ils accélèrent l’hydratation du clinker. Néanmoins cet effet est notable à court terme (Buil et Ollivier, 93).
Les fillers calcaires sont des matériaux locaux (déchets de carrière), ils présentent des qualités de conformité. En générale, ils ont une couleur claire les rendant convenables à l’obtention des parements de bonne qualité (Buil et Ollivier, 93). Les fillers calcaires présentent les avantages suivants :
– Diminution de la porosité du béton et amélioration de la résistance.
– Réduction du dosage en ciment et diminution du coût final du liant.
– Diminution des risques du ressuage.
– Amélioration de la maniabilité des bétons.

Laitier de haut fourneau

C’est un résidu issu de la fabrication de la fonte dans le haut fourneau. On atteint généralement une proportion moyenne de 300 kg de laitier pour une tonne de fonte produite avec un minerai riche en fer. La composition typique du laitier de fonte est de 40% de chaux, 35% de silice, 11% d’alumine et 8% de magnésie.
Le laitier est utilisé principalement dans la fabrication des ciments et des bétons. Selon le mode de refroidissement choisi, on trouve deux formes minéralogiques différentes de laitier :
• Le laitier granulé :
Obtenu par refroidissement rapide (trempe à l’eau) : possède une structure vitreuse riche en énergie lui conférant une hydraulicité latente. La vitrification du laitier granulé par la trempe confère au matériau son pouvoir hydraulique latent. Un broyage fin du laitier lui permet d’être utilisé comme addition dans les ciments et les bétons.
• Le laitier cristallisé :
Obtenu par refroidissement lent, possède une structure minéralogique cristalline stable et son hydraulicité si elle existe n’est que modeste. L’utilisation du laitier reste cependant limitée en Algérie au domaine de la cimenterie en raison de son faible pouvoir hydraulique. Le laitier granulé procure au matériau des performances mécaniques et une durabilité accrue (Behim, 05), c’est pourquoi les ciments au laitier sont particulièrement indiqués pour les bétons soumis à des ambiances agressives.

Fumée de silice

Les fumées de silice sont des particules ultrafines, elles sont composées d’une grande teneur en silice (SiO2) amorphe. Elles résultent de la réduction de quartz par du charbon dans les fours électriques utilisés pour la production de silicium. Ces fumées ont des effets pouzzolaniques. Des auteurs (Shi et al, 98), affirment qu’elles rendent les mélanges plus visqueux en améliorant la compacité des bétons, mais pour Carls Ward (Carls et al, 03), les fumées de silices ne changent pas la viscosité du béton à l’état frais.
La fumée de silice permet de fabriquer des :
– BHP et BTHP.
– Bétons résistants aux milieux agressifs.
– Bétons projetés.
La fumée de silice confère aux bétons les propriétés suivantes :
– Améliore les caractéristiques mécaniques à longs termes.
– Améliore la résistance à l’érosion.
– Améliore la durabilité en milieux agressifs.
– Diminue la perméabilité aux gaz.

Cendre volante

Ce sont des fines particules assemblées lors du dépoussiérage des gaz résultant de la combustion du charbon pulvérisé, utilisé dans les centrales thermiques. La cendre volante est composée des éléments suivants : le silicium, l’aluminium, le calcium et le magnésium.
Les cendres volantes peuvent entrer en réaction avec l’hydroxyde de calcium pour produire des silicates de calcium hydratés par effet pouzzolanique (Karouite, 03). Les cendres volantes sont utilisées dans les ciments et les bétons :
– Pour préparer la matière première (le cru), en remplaçant de l’argile et après le broyage final (avec le clinker et le gypse).
– Amélioration de l’ouvrabilité, de la plasticité et de la compacité des bétons. Elles facilitent le remplissage des moules ce qui entraine un bon aspect de la surface au démoulage.
– L’ajout des cendres volantes permet de diminuer le dosage en eau, d’éviter le ressuage et d’améliorer la durabilité des bétons (Karouite, 03).

EFFETS PHYSICO-CHIMIQUES DES ADDITIONS

Effet filler ou effet de remplissage

Une addition minérale incorporée dans un mortier ou un béton modifie le squelette granulaire du mélange, qui peut compenser un déficit en particules fines. Le squelette se trouve alors optimisé par remplissage d’une partie du volume des vides, la maniabilité du mélange s’améliorant. Si la quantité d’eau est réduite pour conserver la même maniabilité, alors la résistance augmente. Cet accroissement de la résistance est appelé effet filler (Behim, 05).

Effet chimique ou pouzzolanique

L’activité chimique est le résultat de réactions chimiques entre une ou plusieurs phases du ciment et l’addition minérale. Par exemple les cendres volantes donnent lieu à la réaction pouzzolanique qui est elle-même une réaction chimique entre la silice et la portlandite. La silice est généralement apportée par une addition minérale de type cendre volante ou fumée de silice, la portlandite est produite par l’hydratation du ciment.
La réaction pouzzolanique est une réaction qui ne peut avoir lieu qu’en présence d’eau. L’accroissement de résistance qu’elle provoque prend toute son ampleur pour les longues échéances, dans la mesure où elle a aussi besoin d’hydroxyde de calcium hydraté sous produit de la formation du CSH du clinker (Behim, 05).

Effet physique ou de surface

L’introduction d’une addition minérale même inerte peut augmenter la résistance à court terme. Beaucoup d’auteurs (Behim, 05) ont confirmé cet effet sur des pâtes de ciment et des mortiers. Cette action est appelée (germination hétérogène). La formation d’une couche d’hydrates autour d’un grain de ciment anhydre présente une faible épaisseur, l’hydratation du cœur anhydre, par diffusion, est alors facilitée. Ce qui entraine une amélioration de l’hydratation du ciment. L’hydratation est alors accélérée et grâce à des phénomènes de surface (germination hétérogène), l’augmentation de la finesse d’une addition entraine une amélioration de la résistance (Behim, 05).

Table des matières

Remerciements
Résumé
Abstract
ملخص
Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE I . ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES BAP
1. INTRODUCTION
2. NOTIONS SUR LES BETONS AUTOPLAÇANTS
2.1. Définition
2.2. Comparaison entre un béton ordinaire et un BAP
2.3. Paramètres influençant la formulation d’un BAP.
2.3.1. Un volume de pâte élevé
2.3.2. Une quantité de fines (< 80 μm) importante.
2.3.3. L’emploi de superplastifiant
2.3.4. Utilisation d’un agent de viscosité.
2.3.5. Un faible volume de gravillon.
3. ADDITIONS MINERALES UTILISEES DANS LES BAP
3.1. Fillers calcaires.
3.2. Laitier de haut fourneau
3.3. Fumée de silice
3.4. Cendre volante
4. EFFETS PHYSICO-CHIMIQUES DES ADDITIONS
4.1. Effet filler ou effet de remplissage
4.2. Effet chimique ou pouzzolanique
4.3. Effet physique ou de surface.
5. METHODES DE FORMULATION DES BAP
5.1. Pratique actuelle de la formulation des BAP.
5.2. Quelques approches de formulation des BAP
5.2.1. Méthode Basée sur l’optimisation des Mortiers
5.2.2. Méthode basée sur l’optimisation du volume de pâte
5.2.3. Méthode basée sur l’optimisation de la compacité des mélanges granulaires
5.3. Exemples de compositions des BAP.
6. CARACTERISATION DES BAP A L’ETAT FRAIS
6.1. Mobilité en milieu non confiné.
6.1.1. Essai d’étalement au cône d’Abrams (Slump flow)
6.1.2. Essai d’écoulement à l’entonnoir (V-Funnel).
6.2. Mobilité en milieu confiné
6.2.1. Essai a la boite en U (U-BOX TEST).
6.2.2. Essai d’étalement modifié (J-ring).
6.2.3. Essai a la boîte en L.
6.2.4. Essai de la passoire.
6.3. Stabilité.
6.3.1. Essai de stabilité au tamis
6.4. Limite d’acceptation des essais.
7. CORRÉLATION ENTRE LES ESSAIS EMPIRIQUES ET LES MESURES RHÉOLOGIQUES
7.1. Essai à la boite LCPC (LCPC Box)
8. CARACTERISTIQUES RHEOLOGIQUES DES BAP
9. PROPRIÉTÉS DES BAP À L’ÉTAT DURCI
9.1. Performances mécaniques des BAP
9.1.1. Résistance mécanique
9.2. Retrait
9.3. Propriétés physico-chimiques et durabilité
9.3.1. Absorption capillaire.
9.3.2. Carbonatation.
10. LES FIBRES
10.1. Différents types de fibres
10.2. Propriétés générales des fibres.
10.3. Les fibres végétales
10.3.1. Classification des fibres végétales
10.3.1.1. Les fibres de feuilles
10.3.1.2. Les fibres de tiges
10.3.1.3. Les fibres de bois
10.3.1.4. Les fibres de surface
10.3.2. Caractéristiques physiques et mécaniques des fibres végétales
10.3.3. Caractéristiques chimiques des fibres végétales
10.3.3.1. Cellulose.
10.3.3.2. Hémicellulose.
10.3.3.3. Lignine
10.3.4. Avantages et inconvénients des fibres végétales
10.4. Rôle des fibres.
10.5. Principe d’action des fibres
10.6. Processus de couture des fissures
10.7. Utilisation de deux ou plusieurs types de fibres.
10.8. Utilisation des fibres dans la construction.
10.9. Orientation préférentielle des fibres
11. BETONS AUTOPLAÇANTS FIBRÉS
11.1. Influence des fibres sur les propriétés des BAP à l’état frais.
11.2. Orientation et distribution des fibres
11.3. Comportement mécanique des BAP fibrés
11.3.1. Comportement à la compression et à la traction
11.3.2. Comportement à la flexion.
12. CONCLUSION
CHAPITRE II . CARACTERISATION DES MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
1. INTRODUCTION
2. MATÉRIAUX UTILISÉS
2.1. Ciment
2.2. Granulats
2.3. Additions minérales
2.3.1. Filler calcaire.
2.3.2. Laitier cristallisé.
2.4. Adjuvant
2.5. Eau.
2.6. Fibres.
2.6.1. Fibres de polypropylène.
2.6.2. Fibres de diss
2.6.2.1. Constituants hydrosolubles et organiques des fibres de diss
2.6.2.2. Traitement des fibres de diss.
2.6.2.3. Microstructure et caractéristiques physico-mécaniques
des fibres de diss
3. MÉTHODES EXPÉRIMENTALES
3.1. Caractérisation microstructurale
3.3.1. Analyse par Diffraction des Rayons X (DRX)
3.2. Caractérisation des BAP à l’état frais
3.2.1. Mobilité en milieu non confiné
3.2.1.1. Essai d’étalement au cône d’Abrams.
3.2.1.2. Temps d’étalement T500
3.2.1.3. Essai à la boite LCPC
3.2.2. Mobilité en milieu confiné
3.2.2.1. Essai à la boite en L
3.2.3. Stabilité
3.2.3.1. Essai de stabilité au tamis
3.2.4. Mesure de l’air occlus
3.3. Caractérisation des BAP à l’état durci
3.3.1. Confection et conservation des éprouvettes
3.3.2. Essais mécaniques
3.3.2.1. Essai de compression et de traction par flexion.
3.3.2.2. Mesure de la flèche et les ouvertures des fissures
3.3.3. Vérification de l’absence de ségrégation
3.3.4. Essai de retrait empêché
3.3.5. Essais physico-chimiques
3.3.5.1. Absorption d’eau par capillarité
3.3.5.2. Essai de carbonatation accélérée
3.3.5.3. Mesure de la porosité accessible à l’eau.
4. CONCLUSION
CHAPITRE III . FORMULATIONS DES BÉTONS
1. INTRODUCTION
2. MÉTHODE DE FORMULATION DES BAP
2.1. Composition théorique des BAP
2.2. Ajustement des dosages pour satisfaire les propriétés rhéologiques des BAP
2.3. Composition du BAP de référence et BAP d’étude
3. COMPOSITION DES BÉTONS AUTOPLAÇANTS FIBRÉS
4. CONCLUSION
CHAPITRE IV . EFFET DES ADDITIONS SUR LES PROPRIÉTÉS DES BAP
1. INTRODUCTION
2. OUVRABILITÉ DES BAP
3. RÉSULTATS OBTENUS À L’ÉTAT FRAIS
3.1. Etalement au cône d’Abrams
3.2. Temps T500.
3.3. Écoulement à la boite LCPC
3.4. Taux de remplissage dans la boite en L
.5. Stabilité au tamis
3.6. Propriétés rhéologiques
3.6.1. Seuil de cisaillement
3.6.2. Viscosité plastique
4. RÉSULTATS OBTENUS À L’ÉTAT DURCI
4.1. Caractérisation mécanique des BAP
4.1.1. Résistance en compression
4.1.2. Cinétique de durcissement des BAP avec additions
4.1.2.1. Cas des BAP avec FC
4.1.2.2. Cas des BAP avec LC
4.1.3. Étude comparative entre la résistance de FC et de LC.
4.1.3.1. Pour un dosage de 30 %
4.1.3.2. Pour un dosage de 45 %.
4.1.3.3. Pour un dosage de 60 %.
4.1.4. Résistance en traction par flexion.
4.1.5. Vérification de l’absence de ségrégation
4.1.5.1. Béton de référence
4.1.5.2. Béton avec addition de filler calcaire
4.1.5.3. Béton avec addition de laitier cristallisé
5. PROPRIÉTÉS DE TRANSFERT
5.1. Absorption capillaire
5.1.1. Perte de masse
5.1.2. Coefficient d’absorption capillaire
5.2. Porosité accessible à l’eau
5.3. Carbonatation accélérée
5.3.1. Suivi de masse
5.3.2. Profondeur carbonatée
6. CONCLUSION
CHAPITRE V .EFFET DES FIBRES SUR LES PROPRIÉTÉS DES BAP
1. INTRODUCTION
2. RÉSULTATS OBTENUS À L’ÉTAT FRAIS
2.1. Etalement au cône d’Abrams
2.2. Temps T500.
2.3. Écoulement à la boite LCPC
2.4. Taux de remplissage dans la boite en L.
2.5. Stabilité au tamis
2.6. Air occlus.
2.7. Propriétés rhéologiques
2.7.1. Seuil de cisaillement.
2.7.2. Viscosité plastique
3. RÉSULTATS OBTENUS À L’ÉTAT DURCI
3.1. Caractérisation mécanique des BAP fibrés
3.1.1. Résistance en compression
3.1.2. Étude comparative sur la résistance en compression des BAP fibrés
3.1.3. Résistance en traction par flexion
3.1.4. Étude comparative sur la résistance en traction par flexion des BAP fibrés
3.1.5. Exploitation des résultats obtenus (ouvrabilité et résistance mécanique).
3.1.6. Mesure de la flèche et les ouvertures des fissures
4. RETRAIT EMPÊCHÉ
5. PROPRIÉTÉS DE TRANSFERT
5.1. Absorption capillaire
5.1.1. Perte de masse.
5.1.2. Coefficient d’absorption capillaire.
5.2. Porosité accessible à l’eau.
5.3. Carbonatation accélérée.
5.3.1. Suivi de masse.
5.3.2. Profondeur carbonatée
6. CONCLUSION
CONCLUSION GÉNÉRALE
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Annexe A : Effet des fibres de diss sur les caractéristiques mécaniques du mortier
Annexe B : Fiches techniques.

Télécharger le rapport complet