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Introduction à la
Technologie du Béton
(Concrete Technology)
Béton Acier Bois Plastiques Papier
France : 170 20 22 7 6
USA : 800 94 250 76 69
Monde : > 10 000 700
Production Annuelle millions de tonnes
1 tonne par personne par année!
Pourquoi?
Disponibilité - Mat. 1ère partout dans le mondefaible coût énergétique
Transportable - poudre grise en sac ou en vrac
Constructible - ajouter l’eau et malaxer
Flexible - remplir toutes les formesavec une différence de volume très faible
Durable - pour les siècles surtout résistant à l’eau,
barrages, tuyaux, etc
et à bas prix!
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Quelques définitions
Un béton
béton si φ > 8 mmGranulats + colle =
mortier si φ < 8 mm
Pâte de ciment = eau + cimentMortier = eau + ciment + sable Béton = eau + ciment + sable + granulats
Constituants:
ciment
granulatsgravier,roches
concassées
eau
sable
air(vides)
adjuvants(éventuel)
squelette
pâte de cimentcolle
Un béton est composé de:
• un squelette, les granulats
• une colle, les pâtes de ciment
• la liaison (l’interface) entre les deux
Sa qualité dépend de la qualité de tout les trois
3
Les granulats:
Les granulats sont nettement moins chers que le ciment ~5x
Mais on ne peut pas faireune pâte de ciment dansune large section sansqu’il se fissure
Les granulats limitent lalongueur des fissures:plus de fissures, maisplus fines et plus courtes
Squelette granulaire
On veut diminuer la quantité de pâte de ciment:• plus économique• moins de phase dans laquelle l’eau peut pénétrer
mais
la pâte de ciment doit remplir les espaces entre les granulats:et fluidifier le béton pendant le malaxage et la mise en place
Empilement des grains mono-taille:
Densité maximale ~74%
Mais difficile à déformer:frottement entre les grains
Il faut espacer les grainsdensité max. pratique ~60%
4
Empilement plus efficace avec unedistribution des tailles:
Les petits peuvent remplir les espaces entre les grands
(connu par les romains)
Mélange binaire
0
50
100
020406080100
% fins
po
rosi
té, %
com
pac
ité,
%
100
50
0100806040200
% gros
Mélange ternaire (Feret 1890s)
sable moyen, 0,5/2
sable grossier, 2/5sable fin, <0,5
mélange le plus compact
Peu de variation dansla zone rouge
on n ’a pas besoinde beaucoupde grains moyens
5
squelette ~70% vol.granulaire
colle ~30% vol.pâte de ciment
Ciment + Eau
eaucimentpoidsecpoids Espacement des grains de ciment
et l’interface pâte granulats!!!
La pâte de ciment doit remplir lesespaces entre les granulats
ciment
Granulats~70%
(60-80)
Pâte deciment~ 30%
eau Normalement les formulations de béton
sont exprimées en poids pour faire 1m3
Quand le e/c ↓, il faut augmenter
« le dosage en ciment » pour garder
le même volume de pâte
qui donne la fluidité du béton
Comment le béton durcit-il?
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Grain de ciment
eau
hydrates
Rôle de l’eau
La pâte de cimentRapport e/c
La quantité d’eau ajoutée contrôle l’espacement des grains de ciment
e/c basex. 0.3vol ciment ~ 50%
e/c moyenex. 0.45vol ciment ~ 40%
e/c élevéex. 0.6vol ciment ~ 35%
7
eau/ciment
rési
stan
ce
0.5 10.3
~40 MPa
~90 MPa
~10 MPa
béton haute résistance
béton normal
“mauvais”béton
La résistance mécanique et laplupart des autres propriétéssont gouvernées (en 1er degré) parla quantité d’eau ajoutée
3-5hrs à 28+jdurcissement
La vie d’un béton
0 à 3-5hrsFluide
ouvrable
MA
LA
XA
GE
PR
ISE Vie en
servicedurabilité
Développement de la résistance
peu continuerd'augmenterpendant desannées si l'eau est
disponible
1 jour 3 jour 28 jours
x2
x2
tempsde référence
pourles
résistances
tempsde
décoffrage
8
MALAXAGE
MISE EN PLACE
l ’eau ajoutée,e/c
rhéologie,adjuvants
HYDRATATION
SOLIDE PORES
résistance mécaniquedurabilité
VARIATIONS
DIMENSIONELLES
fissuration
ffffrrrraaaaiiiissss
dddduuuurrrrcccciiiieeee
l’état floculé l’état défloculédispersé
L’état de floculation influence beaucoup la «rhéologie»
La prise
Pâtefluide
Soliderigide
La transition n’est pas franchela définition de la prise est un peu
arbitraire
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Le test classique: Aiguille « Vicat »
420
..
.
.Initial set
.
..
Final set4000
3000
2000
1000
0180 240 300 360
Temps (min)
F
Rés
ista
nce
à l
a p
énét
rati
on
(p
si)
La prise
• Avec des méthodes plus précises, il semble quela prise corresponde au point de formation d’unsquelette solide continu.
Résumé / Questions
• Quelle est la différence entre le béton et le mortier?
• Pourquoi met-on des granulats dans le béton?
• Pourquoi utilise-t-on des granulats de tailles différentes?
• Quelle est l’importance du rapport eau/ciment?
• Quel processus amène le durcissement du béton?
• Qu’est que la prise? Comment la mesurer?