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Les bétons LES BÉTONS • Qu’est-ce que le béton ? Le béton est un mélange de plu

Les bétons LES BÉTONS • Qu’est-ce que le béton ? Le béton est un mélange de plusieurs composants : ciment, eau, granulats et, le plus souvent, adjuvants qui constituent un ensemble homogène. Béton Ciment Sable Gravier Gravillon Eau Le béton est le matériau de construction le plus utilisé à l’heure actuelle; On peut modifier les propriétés et la vitesse de prise du béton en ajoutant des additifs (adjuvants). Le béton présente une excellente résistance à la compression mais, une faible résistance à la traction Les 5 étapes principales constituant le process de fabrication du ciment. – L'extraction de la matière dans la carrière et son homogénéisation – La préparation des matières premières afin de constituer le cru (ou la pâte) – La cuisson aboutissant à la création du clinker – Le broyage du clinker et des ajouts pour fabriquer le ciment – Le stockage et l'expédition des ciments LES CIMENTS Ils sont composés de clinker et de gypse. Pour améliorer ses propriétés, des additions telles que les cendres volantes, les laitiers ou la fumée de silice sont ajouté. Le clinker est obtenu par cuisson à 1450 °C d’un mélange d’argile ou de marne et de calcaire finement broyés Les 4 voies de fabrication et les principales étapes de préparation du cru jusqu’à la cuisson.  la voie sèche, sans eau la voie humide, Le process le plus ancien des quatre est celui de la voie humide, on ajoute de l’eau  la voie semi-sèche (Le pourcentage en eau des granules est de l'ordre de 10 à 12 %). la voie semi-humide (plus que 17 à 21 % d'eau) (ces deux derniers étant des process intermédiaires). Les phases communes à tous les process : • l’extraction de la matière première, constituée de calcaire 80% et d’argile20% • la cuisson, réalisée dans un four rotatif horizontal, qui porte à haute température le cru et le transforme en un produit fini appelé clinker. Fabrication du clinker • La composition du cru s’effectue en mélangeant environ 80 % de calcaire et 20 % d’argile. • Le calcaire apporte le calcium, l’argile apporte la silice, l’alumine et le fer. • La fabrication du clinker consiste à combiner tout l’oxyde de calcium avec les autres éléments majeurs cités ci-dessus, pour former, à haute température, des silicates et aluminates de calcium aux propriétés hydrauliques • Introduction du cru à gauche, directement dans le four, la matière circule de gauche à droite en allant vers la flamme. • la farine est directement préchauffée • phase de cuisson La température de la matière monte jusqu ’à 1450 °C. Une partie de la matière fond pour donner naissance à la phase liquide (constituée de phase aluminate et ferrite), cette étape demande beaucoup d'énergie. La trempe • La matière est refroidie brusquement de 1450 à env. 100 °C en quelques minutes. On obtient le clinker. • Le clinker se présente sous la forme de granules de la grosseur d’une noisette/noix • Le ciment est fabriqué en broyant le clinker avec du sulfate de calcium (environ 5 %), qui sert de régulateur de prise, et éventuellement d’autres constituants minéraux. • En sortie du broyeur tous les matériaux broyés sont entrainés dans un séparateur, qui renvoi les particules les plus grosses dans le broyeur, alors que les plus fines sont dirigées vers le silos de ciment. Les constituants des ciments: (NA 442, 2006; EN-197-1,2000). • le clinker Portland : contenant le CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3. • le calcaire (CaCO3). • le laitier granulé de haut fourneau • les matériaux pouzzolaniques « substances siliceuses ou silico- alumineuses » • les cendres volantes « les fumées des chaudières ». • le schiste calciné. • la fumée de silice « la réduction du quartz par du charbon dans des fours ». types de ciments • Les ciments sont subdivises en cinq types selon la nature et la proportion des constituants • Les lettres A, B, C fournissent une information sur la proportion de constituants autres que le clinker. • Les classes de résistance Les ciments sont répartis en trois classes, 32,5 - 42,5 - 52,5, définies par la valeur minimale de la résistance à la compression du ciment à 28 jours. Ciments Portland CEM I Ciments Portland composés (1) CEM II / A ou B (2) Ciments de haut-fourneau CEM III / A, B ou C (2) Ciments pouzzolaniques CEM IV / A ou B (2) Ciments composés CEM V / A ou B (2) type emplois CEM I Béton armé en général Béton précontraint décoffrage rapide, mise en service rapide. Bétonnage jusqu’à température extérieure entre 5 et 10 °C. CEM II / A ou B Béton en élévation, armé ou non, d’ouvrages courants. décoffrage rapide, fondations ou travaux souterrains en milieux non agressifs. dallages, sols industriels, maçonneries, Stabilisation des sols. CEM III / A, B ou C CEM V / A ou B Bétons de masse Travaux souterrains en milieux agressifs Ouvrages en milieux sulfatés Travaux à la mer Stabilisation des sols. fondations en milieux agressifs Hydratation du ciment Les silicates donnent naissance à des « Silicates de Calcium Hydratés » (ou CSH) d’une part, et de la portlandite Ca(OH)2 d’autre part. C3S→C-S-H+CH C2S →C-S-H + CH La portlandite provient de la précipitation de l’excès de calcium dans la solution lors de la formation des CSH Dans les CSH (qui constituent la colle véritable du ciment), le rapport molaire C/S est plus faible que celui de l’anhydre dont ils proviennent. Les aluminates, C3A vont se combiner au sulfate présent, issu des sulfates alcalins du clinker et du sulfate rapporté lors du gypsage du ciment pendant la fabrication, pour former tout d’abord de l’ettringite (ou trisulfoaluminate de calcium hydraté), phase instable qui va se transformer ultérieurement en monosulfoaluminate de calcium, ou en diverses phases aluminates hydratées selon l’environnement présent et les compositions initiales. C3A → C2AH8 + C4AH13 + C3AH6 C3A + gypse → C3A.3Cs.H32 + C3A.Cs.H12 + C4AH13 C4AF → C2(A,F).H8 + C4(A,F)H13 + C3(A,F)H6 C4AF + gypse → C3(A,F).3Cs.H32 + C3(A,F).Cs.H12 + C4(A,F)H13 Les adjuvants Les adjuvants sont de plus en plus utilisés. Ils modifient en les améliorant les propriétés des bétons et des mortiers auxquels ils sont ajoutés (en faible proportion : < 5 % du poids de ciment).NA 5095, NF EN 934-2. Les adjuvants modifiant l’ouvrabilité du béton :  Les plastifiants À teneur en eau égale, ils augmentent la maniabilité du béton.  Les plastifiants réducteurs d’eau À même maniabilité, ils augmentent les résistances mécaniques.  Les superplastifiants Ils provoquent un fort accroissement de la maniabilité du mélange. « Réalisation de fondations, dallages, radiers, routes, etc., BHP ». Les adjuvants modifiant la prise et le durcissement : Les accélérateurs de prise et de durcissement Ils diminuent les temps de prise ou de durcissement du ciment. « Bétonnages par temps froid, décoffrages rapides, travaux sous l’eau, etc » Les retardateurs de prise Ils augmentent le temps de prise du ciment. « Bétonnages par temps chaud, en grande masse, avec coffrages glissants, reprises de bétonnage. » Les adjuvants modifiant certaines propriétés du béton :  Les entraîneurs d’air Ils entrainent la formation de microbulles d’air uniformément reparties. « Bétons exposés au gel, aux eaux agressives, bétons routiers. »  Les hydrofuges de masse Ils diminuent l’absorption capillaire des bétons et des mortiers durcis. « Ouvrages hydrauliques (canaux, murs de fondation, retenues d’eau, etc.), mortiers d’étanchéité (chapes, joints de maçonnerie, galeries de tunnels).  Les rétenteurs d’eau Ils augmentent l’homogénéité et la stabilité du mélange. Ils protègent le béton frais de la dessiccation. LES GRANULATS : Les granulats entrant dans la composition des mortiers et bétons sont des grains minéraux appelés fillers, sables, gravillons ou graves, suivant leurs dimensions • La granulométrie permet de déterminer l’échelonnement des dimensions des grains contenus dans un granulat. Les granulats sont désignés par le couple d/D. • III.1.Familles Dimensions Caractéristiques • D < 2 mm avec au moins Fillers 0/D 85 % de passant à 1,25 mm et 70 % de passant a 0,063 mm • Sables 0/D d = 0 et D ≤ 4 mm • Graves 0/D D ≥ 6,3 mm • Gravillons d/D d ≥ 2 mm et D ≤ 63 mm • Ballasts d/D d = 31,5 mm et D = 50 ou 63 mm • Les sables • Granulométrie Un sable de bonne granulométrie doit contenir à la fois des grains fins, moyens et gros. • Propreté (norme NA 455, NF EN 933-8). Les sables doivent être propres. << essai d’équivalent de sable » Les matériaux les plus usuels pour les mortiers et bétons sont d’origine alluvionnaire (dits roules), semi-concassés ou concassés obtenus à partir de roches massives. • Granulométrie Les gravillons 5,6/20 qui sont les plus usuels ont une granulométrie adaptée a la composition des bétons. • Propreté Les gravillons doivent être propres. En effet, si la surface des gravillons est sale, l’adhérence avec les cristaux hydrates du ciment est mauvaise. Formulation > Choix du ciment « Domaines d’emploi des ciments ≫. > Dosage en eau: Le dosage en eau varie selon uploads/Ingenierie_Lourd/ 1-chap-ciments-betons.pdf