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S.T.S Bâtiment LABORATOIRE CESSA - TP N° 7 Etude des ciments

I-Essai de prise de la pâte de ciment (NF P 15-473 - NF EN 196-3)

Remarque : Afin de conduire l’essai de prise à terme, celui-ci sera réalisé en première partie du TP

Principe Dès que le ciment anhydre a été mélangé avec de l’eau, l’hydratation commence et les propriétés de la pâte ainsi obtenue sont évolutives dans le temps. Tant que cette hydratation n ’est pas trop avancée la pâte reste plus ou moins malléable voire plastique, mais au bout d’un certain temps, le matériau devient de plus en plus difficile à travailler et sa température augmente: il fait prise et s’apparente à un solide.

On mesure l'enfoncement d’une aiguille de ∅ 1,13 mm, fixée à la partie mobile de l’appareil de Vicat dont la masse totale est de 300 g, dans une pâte de ciment maintenue dans un moule tronconique. Lorsque l’aiguille s’arrête à une distance d = 4 mm (+ ou - 1 mm) de la plaque de base plane, on dit qu’il y a début du temps de prise ; et lorsque l’aiguille avec l’accessoire annulaire ne s’enfonce plus que de 0,5 mm par rapport au sommet du moule tronconique, on a atteint le temps de fin de prise.

⌦ Intérêt en Génie Civil

Le début de prise est un des critères de classification des ciments. Le mortier ou le béton doivent être transportés et mis en place avant le début de prise. Le temps de début de prise et le temps de fin de prise du béton sont fonctions de ceux de la pâte de ciment. Ces temps dépendent de nombreux facteurs que l’on peut étudier en laboratoire : influence du rapport C / E, du type de ciment utilisé, de la température, de l’humidité, des adjuvants, des propriétés de l’eau, du volume de béton, des granulats, du malaxage… Il importe donc de maîtriser et de pouvoir modifier ces paramètres pour permettre des utilisations variées des bétons : bétons de grande masse, bétonnage par temps chaud ou froid, bétonnage sous l’eau, transport du béton, traitement des joints de reprise, transport, pompage, tout en conservant l’homogénéité du béton pendant le transport et la mise en place.

Matériel nécessaire - un malaxeur conforme à la Norme NF EN 196-1 ou NF P 15-471 avec récipient en acier inoxydable (cuve), batteur. Le malaxeur est pourvu de plusieurs vitesses : lente, moyenne, rapide - un appareil de Vicat dont la masse totale des parties mobiles est de 300 g - deux moules de Vicat de forme tronconique - une plaque de base plane - une aiguille normalisée de diamètre 1,13 mm et de longueur 50 mm (début de prise) - un accessoire annulaire adaptable sur l’aiguille normalisée (fin de prise) - des éprouvettes graduées en plastique - une spatule - un chronomètre - une balance de portée 5 kg, précision 1 g - des bacs en plastique pour effectuer les essais - un thermomètre

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Matériaux utilisés

- Un ciment de type CEM II /B32,5 - Un ciment blanc CEM II/B LL 42,5 R

Mode opératoire 1- Détermination du temps de début de prise : Pour chaque échantillon de ciment , on fabriquera deux éprouvettes de pate : - une éprouvette pour l'essai de prise - une éprouvette pour étudier l'évolution de la température pendant la prise - Régler l’appareil de Vicat muni de l’aiguille par abaissement de celle-ci jusqu’à la plaque de base plane et par ajustement du repère au zéro de l’échelle - Relever l’aiguille en position d’attente - Préparer la pâte de ciment comme pour l’essai de consistance (voir §II ‘’Préparation de la pate ciment’’) en introduisant la quantité d’eau déterminée pour la pâte de consistance normalisée Nota : comme l’essai de prise est réalisé avant l’essai de consistance pour faciliter le TP: vous prendrez forfaitairement E / C = 0,28 Rappel : Normalement le rapport E / C à considérer serait celui trouvé dans l’essai de consistance (partie II)

- Introduire rapidement la pâte dans le moule tronconique sans tassement excessif, le moule étant placé sur la plaque de base plane - Placer le moule et la plaque de base plane dans l’axe de la sonde de l’appareil de Vicat - Abaisser l’aiguille avec précaution jusqu’à ce qu’elle arrive au contact de la pâte - Lâcher l’aiguille sur la pâte et noter ce moment comme temps zéro - Noter la distance d entre l’extrémité de l’aiguille et la plaque de base plane - Nettoyer l’aiguille après chaque pénétration - Placer le ‘’ moule tronconique et sa plaque de base plane dans un bain d’eau à 20°C’’. Pour faciliter la manip on climatise la salle (T°int = 20°c) - Renouveler la mesure de ‘’d’’ toutes les 10 minutes jusqu’à obtention de d = 4 mm ± 1 mm - Noter le temps du début de prise (à partir du temps zéro) - Noter l’évolution de la température toutes les 10 minutes ,sur le second échantillon Remarques : Lors de la répétition des essais, veiller à positionner l’aiguille à plus de 10 mm des bords du moule et à plus de 10 mm des impacts des essais précédents. Effectuer les mesures avec l’appareil de Vicat dans la salle climatisée « Produits dangereux » - Noter La T° du local - Noter l’évolution de la T° durant l’essai de prise - La manipulation est à effectuer pour

- Un échantillon pour le ciment CEMII 32,5 - Un échantillon pour le ciment blanc CEMII 42,5

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2- Détermination du temps de fin de prise (Pour chaque échantillon): - retourner le moule tronconique rempli sur la plaque de base plane - adapter l’accessoire annulaire sur l’aiguille - placer le moule inversé et la plaque de base plane dans l’axe de la sonde de l’appareil de Vicat - abaisser l’aiguille et l’accessoire annulaire avec précaution jusqu’à ce qu’ils arrivent au contact de la pâte - lâcher l’aiguille et l’accessoire annulaire sur la pâte - observer la trace de l’accessoire annulaire sur la pâte : le temps de fin de prise est atteint si l’accessoire annulaire cesse de laisser une trace sur l’éprouvette - nettoyer l’aiguille et l’accessoire annulaire après chaque pénétration - placer’’ le moule tronconique inversé et sa plaque de base plane dans un bain d’eau à 20°C’’ ou salle à T° constante de 20°c - renouveler la mesure de d toutes les 20 à 30 minutes jusqu’à obtention du résultat - noter le temps de fin de prise (à partir du temps zéro) Remarque : Pour obtenir avec précision le temps de fin de prise, on peut réduire l’intervalle temps entre deux manipulations en fin d’essai. - vider la pâte de ciment dans un bac en plastique et jeter son contenu dans la benne extérieure

Calculs - Résultats - Questions - Tracer un graphique où d est fonction du temps(t) en indiquant le début du temps de prise et la fin du temps de prise. - Tracer sur ce même graphique, l’évolution de la température en fonction du temps. - Quels paramètres peuvent influencer les résultats des temps de début et de fin de prise ? - Est-ce que ces résultats dépendent du type de ciment employé ? Pourquoi ? - Est-il intéressant de pouvoir modifier les temps de début et de fin de prise ? Pourquoi ? - De quels moyens dispose le fabriquant de béton pour réguler la prise ? - Quelle est la différence entre la prise et le durcissement d’un ciment ?

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II-Essai de consistance normalisée sur la pâte de ciment (NF P 15-473 et NF EN 196-3)

Principe La pâte de ciment est composée de ciment (C) et d’eau (E). On définit souvent le rapport E / C ou C / E qui permet d’obtenir une pâte de consistance normalisée: ni trop, ni trop peu d’eau. On connaît les valeurs courantes de ces rapports, mais une variation minime de ces ratios ou des dispersions de température ou d’hygrométrie modifie rapidement la consistance de la pâte. Des adjuvants (plastifiants ou superplastifiants) permettent de modifier les rapports C/E ou E/C sans perturber l’ouvrabilité ou la maniabilité du béton. - Pour déterminer ces rapports on effectue l’essai de consistance avec l’appareil de Vicat. On mesure l'enfoncement d'une sonde amovible de diamètre 10 mm, fixée à la partie mobile de l’appareil de Vicat dont la masse totale est de 300 g, dans une pâte de ciment maintenue dans un moule tronconique. L'enfoncement est fonction de la consistance de la pâte: on parle de consistance normalisée lorsque la sonde s'immobilise au plus tard 30 secondes après l’avoir lâchée à une distance d = 6 mm (+ ou - 1 mm) du fond du moule. Si d n’est pas atteint, il convient de modifier les rapports C/E ou E/C afin d’obtenir la consistance normale. Principe

Malaxage de l’échantillon Enfoncement de la sonde

⌦ Intérêt en Génie Civil Cet essai permet d’effectuer en suivant un essai de prise sur des pâtes de ciment ayant même ouvrabilité.

Matériel nécessaire - un malaxeur conforme à la Norme NF EN 196-1 ou NF P 15-471 avec récipient en acier inoxydable (cuve), batteur. Le malaxeur est pourvu de plusieurs vitesses : lente, moyenne, rapide - un appareil de Vicat dont la masse totale des parties mobiles est de 300 g - un moule de Vicat de forme tronconique - une plaque de base plane - une sonde normalisée de diamètre 10 mm et de longueur 50 mm - des éprouvettes graduées en plastique - une spatule - un chronomètre - une balance de portée 5 kg, précision 1 g - des bacs en plastique pour effectuer les essais

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Matériaux utilisés - un ciment de type CEM II/B 32,5

Mode opératoire - Régler l’appareil de Vicat muni de la sonde par abaissement de celle-ci jusqu’à la plaque de base plane et par ajustement du repère au zéro de l’échelle - Relever la sonde en position d’attente Préparation de la pâte de ciment : - nettoyage et séchage parfait des instruments (malaxeur, cuve...) - introduire la quantité d’eau choisie (fonction de C/E ou E/C) dans la cuve du malaxeur - introduire 500 g de ciment dans un laps de temps compris entre 5 et 10 s - noter la fin de cette opération comme temps zéro - mettre le malaxeur en route, vitesse lente pendant 90 s - stopper le malaxeur et nettoyer les parois du récipient avec le batteur: durée 15 s - remettre le malaxeur en route, vitesse lente durant 90 s Méthodologie

Opérations Introduction de l’eau

Introduction du ciment

Malaxage Raclage de la cuve

Malaxage

Durée 5 < t < 10 sec 90 sec 15 sec 90 sec. Etat du

malaxeur Arrêt Vitesse lente Arrêt Vitesse lente

- introduire rapidement la pâte dans le moule tronconique sans tassement excessif, le moule étant placé sur la plaque de base plane - placer le moule et la plaque de base plane dans l’axe de la sonde de l’appareil de Vicat - abaisser la sonde avec précaution jusqu’à ce qu’elle arrive au contact de la pâte - 4 minutes après le temps zéro, lâcher la sonde sur la pâte - 30 s après avoir lâché la sonde, noter la distance d entre l’extrémité de la sonde et la plaque de base plane - vider la pâte de ciment dans un bac en plastique et jeter son contenu dans la benne extérieure - renouveler l’opération jusqu’à obtention de d = 6 mm ± 1 mm

Calculs - Résultats - Questions - Effectuer une série d’essais en partant de E / C = 0,15 et en allant de 0,05 en 0,05 jusqu’à obtention de d = 6 mm ± 1 mm (valeur maximum E / C = 0,40). Noter les valeurs de C / E ou E / C et de d et compléter le tableau ci-dessous(modèle). masse de ciment (g) masse d’eau (g) Rapport

C / E Rapport

E / C d (cm)

- Tracer un graphique où d est fonction de C / E. - Trouver le rapport C/E ou E/C idéal. - Analyser vos résultats, et concluez

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III - Confection d'éprouvettes 4x4x16 en mortier normal (NF EN 196-1 et NF P 15-471)

Principe Fabriquer des 3 éprouvettes parallélépipédiques en mortier normal (utilisation d’un moule) de dimensions 4 cm x 4 cm x 16 cm. ⌦ Intérêt en Génie Civil L’essai de rupture en compression des éprouvettes parallélépipédiques permet de trouver la contrainte de rupture en compression à j jours d’âge du mortier normal : la classe vraie du ciment. La classe vraie du ciment est un paramètre important influant la résistance d’un béton hydraulique, elle est d’ailleurs nécessaire pour l’élaboration d’une composition de béton.

Matériel nécessaire - un malaxeur conforme à la Norme NF EN 196-1 ou NF P 15-471 avec récipient en acier inoxydable (cuve), batteur. Le malaxeur est pourvu de plusieurs vitesses : lente, moyenne, rapide - une spatule - un chronomètre - des moules métalliques numérotés pour la conception de 3 éprouvettes prismatiques 4x4x16 - une hausse métallique adaptable aux moules - une grande et une petite spatule - une règle plate à araser - un pinceau - des éprouvettes graduées en plastique - une balance de portée 5 kg, précision 1 g - des bacs en plastique pour effectuer les essais - une table à chocs automatique fixée sur un bloc en béton

Matériaux utilisés - de l’huile de décoffrage - un sachet de sable normalisé CEN de masse 1350 g , la préparation du sable mélange IUT(normé) - un ciment du type CEM II 32,5 ou Ciment blanc CEMII 42,5 - de l’eau

Mode opératoire Préparation de la pâte de ciment : - nettoyage et séchage parfait des instruments (malaxeur, cuve...) - introduire la quantité d’eau choisie : E / C = 0,50 - introduire 450 g de ciment - mettre le malaxeur en route, vitesse lente pendant 60 s, introduire régulièrement le sable entre la 30ème et la 60ème seconde(voir tableau de méthodologie ci-dessous)

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Mode opératoire(suite)

- stopper le malaxeur, mettre la vitesse rapide et relancer le malaxeur pendant 30 s - stopper le malaxeur pendant 1 min 30 s et nettoyer les parois du récipient avec le batteur pendant les 15 premières secondes - remettre le malaxeur en route, vitesse rapide durant 60 s Méthodologie

Opérations Introduction

de l’eau Introduction

du ciment Introduction

du sable Raclage de

la cuve

Durée - - 30 s 30 s 30 s 15 s 1 min 15 s 60 s Etat du

malaxeur Arrêt Vitesse lente Vitesse

rapide Arrêt Vitesse

rapide

Préparation des éprouvettes : (à effectuer immédiatement après préparation du mortier) - enduire les parois latérales des moules d’une légère couche d’huile de décoffrage - fixer le moule et la hausse sur la table à chocs - introduire la première des deux couches de mortier dans chaque compartiment - étaler la couche en utilisant la plus grande spatule tenue verticalement - serrer la première couche de mortier par 60 chocs (réglage de la machine) - introduire la seconde couche de mortier - étaler la couche en utilisant la petite spatule tenue verticalement - serrer la deuxième couche de mortier par 60 chocs (réglage de la machine) - retirer le moule et la hausse de la machine à chocs - ôter la hausse et enlever l’excédent de mortier avec la règle plate à araser - étiqueter les moules pour identifier les éprouvettes (noms, date, caractéristiques) Conservation des éprouvettes : - poser une plaque en verre ou en acier sur le périmètre du moule - placer le moule dans une pièce humide pendant 24 heures - démouler ensuite les éprouvettes avec précautions et marquer les éprouvettes - conserver les éprouvettes dans l’eau à 20°C

Calculs - Résultats - Questions Etablir un procès-verbal d’essai en utilisant la Norme NF P 08-500, ce PV sera utilisé lors des essais de compression et de flexion des éprouvettes.