la technologie du beton

LA TECHNOLOGIE DU BETON

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON

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LA TECHNOLOGIE DU BETON

Prsente par : Guillaume FRANCQUEVILLE Chef de Marchs BPE / PREFA / Travaux Souterrains

MBT France 10, Rue des Cvennes Z.I. Petite Montagne Sud LISSES 91017 EVRY Cdex Tl. : 01.69.47.50.00 Fax : 01.60.86.06.32GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON Page : 2

SOMMAIRE

LES CIMENTS

LES GRANULATS

L'EAU ET L'HYDRATATION

LES ADJUVANTS


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LES CIMENTS

LES GRANULATS


LES ADJUVANTS


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C est Louis Vicat (1786 - 1862) qui donna pour la premire fois en 1817, dans son mmoire l Acadmie des Sciences, des indications prcises sur les proportions de calcaire et d argile permettant de fabriquer par cuisson du ciment hydraulique Il a prfr la gloire d tre utile l avantage si recherch d tre riche ce n est pas la France seulement mais le monde entier qui doit tre reconnaissant envers M. Vicat Le Baron Thnard - rapport la chambre des Pairs Juillet 1845


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La Fabrication

Les ciments sont obtenus par calcination de pierres calcaires plus ou moins argileuses.


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La fabrication du ciment

CRU : Chaux : 65 70 %Silice : 18 24 % Alumine : 4 8 % Oxyde de fer : 1 6 % CALCAIRE 75% ARGILE 25% BROYAGEMLANGE ET HOMOGNEISATION

STOCKAGE

REFROIDISSEMENT

FOUR 1450C

CLINKERAjout de rgulateur de prise (Gypse)

BROYAGE CIMENT

Ajouts ventuels de constituants tels que : fillers cendres volantes laitiers pouzzolanes fumes de silice

Le clinker broy en poudre avec quelques % de gypse, pour modrer la prise, conduit au ciment (CPA = ciment Portland Artificiel) schmaGUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON Page : 7

La fabrication du ciment

A l'issue de la cuisson, nous obtenons 4 phases cristallines 45 65 % de silicate tricalcique ( Alite ) 15 25 % de silicate bicalcique (Blite) 0 10 % d'alumino-ferrite ttracalcique 0 15 % d'aluminate tricalcique C3S C2S C4AF C3 A

Rsum chimique et notation cimentire : Silice .....SIO2....S ChauxCaO.....C Alumine.Al2 O3 ..A Oxyde de FerFe2O3...F


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L hydratation du ciment

SCHEMA D'HYDRATATION INITIALE ETTRINGITE D'UN GRAIN DE CIMENTC A F C3 A GRAIN DE CLINKER2

4

C S S C3

GYPSE DISSOUT + EAUC2

S

C3

S

dbut d'hydratation du C3S et du C2S

Gypse..CaSO4, 2H2O Hemi hydrate..CaSO4, 1/2 H2O Anhydrite.CaSO4

TENEUR EN GYPSE :

Elle s'exprime en S03 - Selon LERCH SO3 = 0,093C3A + 1,71Na2O + 0,94K2O + 1,23GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON Page : 9


RESULTAT DE L HYDRATATION D'UN GRAIN DE CIMENT


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Les principaux produits de l hydratation du ciment sont : CSH = Silicates de chaux hydrats - 50 70 % Portlandite = Cristaux de chaux prcipits - 25 27 %

La majorit des proprits du bton sont lies la nature du ciment et sa composition : rhologie, rsistance mcanique, rsistance aux agressions chimiques, durabilit, aspect d o l intrt de connatre les caractristiques de ses composants !


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Caractristiques du ciment

LES RESISTANCES

Le C3S agit principalement sur les rsistances aux jeunes ges : plus le taux sera lev, plus les rsistances aux jeunes ges seront importantes.

Le C2S agit principalement sur les rsistances long terme.


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Courbes de rsistance la compression en fonction du temps de conservation pour les phases C3S, C2S, C3A et C4AF pures.

Rsistance la Compression (en MPa)

C3S 60 -C2S

40

20

C3A C4AF 0 28 90 180 360

Dure (jours)


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Courbes de rsistance la compression en fonction du temps de conservation pour des mortiers (1:3) base de deux CPA

A = 70 % C3S + 10 % C2S B = 30 % C3 S + 50% C2 SA B 50 40 30 20

10

3 7

28

90

180

Dure (jours)


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Caractristiques du cimentLA CHALEUR D'HYDRATATION

L'hydratation du ciment Portland est un processus exothermique. L'volution de la chaleur d'hydratation ainsi que le dveloppement total de cette chaleur peuvent tre des facteurs importants spcialement dans la construction de barrage ou dans tout autre bton de masse. Le C3A et le C3S contribuent trs largement au dveloppement de cette chaleur. Si l'on dsire obtenir une faible chaleur d'hydratation, on pourra diminuer le C3A ou diminuer le C3S. En diminuant le C3S, on diminuera dans le mme temps les rsistances initiales !


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Caractristiques du cimentETAPES DE L'HYDRATATION DU CIMENT DANS LE TEMPS

CHALEUR DEGAGEE

ETAPE TEMPS

1

10

20

HEURES

Pic du C3A

Priode dormante Prise puis durcissement


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CHALEUR D HYDRATATION

JOULES / GRAMMECEM I 52,5 N PM ES exemple 1 12 HEURES 1 JOUR 2 JOURS 3 JOURS 4 JOURS 5 JOURS 158 237 291 316 329 335 CEM I 52,5 N exemple 2 223 305 332 338 341 343 CEM I 52,5 N exemple 3 220 335 369 374 377 378


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RESISTANCE AU SULFATE

Les sulfates peuvent ragir avec le ciment en provoquant une expansion et une destruction. Certaines eaux de source ou de mer contiennent suffisamment de sulfates pour attaquer le bton. Le composant le plus vulnrable est le C3A. Un ciment rsistant aux sulfates aura un faible taux de C3A.


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RESISTANCE AUX MILIEUX AGRESSIFS

I) INDICE D'HYDRAULICITE Cet indice, appel galement "Indice de Vicat" est le rapport de la fraction acide du ciment la fraction basique. I = fraction acide = Si02 + Al203 fraction basique CaO + MgO La rsistance chimique d'un ciment est d'autant meilleure que son indice est plus lev. I < 0,5 le ciment est dit "Basique" I 0,5 le ciment est dit "neutre" (riche en laitier).


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II) RESISTANCES AUX EAUX A HAUTE TENEUR EN SULFATE (E.S.) XP-P 15-319 On utilisera de prfrence des ciments riches en laitiers : CHF - CEM III / B CLK - CEM III / C Il est possible d'utiliser galement des CPA / CEM I et CPJ CEM II, condition que : C3 A 5 % 2 C3A + C4AF 20 % SO3 < 2,3 % Mg0 < 4,0 % Ces ciments sont dnomms ES.


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III) RESISTANCES A L'EAU DE MER / PRISE MER / NF- P 15- 317 En rgle gnrale, les ciments CPA / CEM I et CPJ / CEM II doivent rpondre simultanment aux deux conditions suivantes: % C3A 10 % % (C3A + 0,27 C3S) 23,5 (formule de Sadran) Limitation galement du SO3, MgO. Ces ciments sont dnomms PM. On retrouve galement des ciments PM ES qui remplissent les deux conditions 2 et 3 voques ci-dessus.GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON Page : 23



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Caractristiques du ciment - exemple 1ESSAIS PHYSIQUESPOIDS DU LITRE MASSE VOLUMIQUE SURFACE BLAINE % > 80 MU % > 40 MU COLORIMETRIE W * : : : 2960 cm2/g : : : 57.59

ESSAIS CHIMIQUESCALCIMETRE INSOLUBLE P. AU FEU SI 02 TOT. AL 203 FE 203 TI 02 MNO CAO TOT. MGO S03 S-K20 CLP205 TOTAL : : 0.02 : 1.12 : 21.69 : 3.31 : 3,71 : 0,22 : 0.11 : 65.60 : 0.68 : 1.87 : 0.0000 : 0.22 : 0.0000 : 0,19 ----------: 99.07

PRISEANALYSE EAU % PATE PURE DEBUT DE PRISE FIN DE PRISE (TEMPS (MIN.) F. PRISE (ENFONCT (MM) : : : : :

STABILITE DE LA PATE PURE (24H, 20D EXPANS. (MM) ( A CHAUD : MODULES :

COEFF. DE KUHL : 0.959 SILICIQUE < AL/FE HYDRAULIQUE C3S C2S C3A C4AF : 3.08 : 0.89 : : 63.50 : 14.33 : 2.50 : 11.30

ESSAIS MECANIQUES & VAR. DIMENSIONNELLES DU MORTIER DURCIGACHAGE A E/C = 0.50COMP 8H 1J FLEX. RETRT GONFLT

BOGUE CALCULE

2J 3J 7J 28J

21.7 44.7 57.9

4.5 7.5 8.9 380 640

C4AF + 2.0 C3A : 16.30 C3A + 0.27 C3S : 19.65 Equivalent Na 20 : 0,55%

CEM I 52,5 N PM ES


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ESSAIS CHIMIQUESCALCIMETRE INSOLUBLE P. AU FEU SI 02 TOT. AL 203 FE 203 TI 02 MNO CAO TOT. MGO S03 S-K20 CLP205 TOTAL : : : 1.17 : 20.23 : 4.78 : 2.89 : 0,20 : 0.03 : 63.16 : 3.77 : 2.79 : 0.0000 : 0.70 : 0.0000 : 0,09 ----------: 100.12

PRISEEAU % PATE PURE DEBUT DE PRISE FIN DE PRISE (TEMPS (MIN.) F. PRISE (ENFONCT (MM) : : : : :

ANALYSE


COEFF. DE KUHL : 0.957 SILICIQUE < AL/FE HYDRAULIQUE C3S C2S C3A C4AF : : : 2.64 1.65

ESSAIS MECANIQUES & VAR. DIMENSIONNELLES DU MORTIER DURCIGACHAGE A E/C = 0.50COMP 8H 1J FLEX. RETR; GONFLT

BOGUE CALCULE

: 67.06 : 7.57 : 7.77 : 8.80

Equivalent Na 20 : 0,55% 27.7 42.9 55.7 5.2 7.2 10.0 200 380 700

2J 3J 7J 28J

CEM I 52,5 N


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ESSAIS CHIMIQUESCALCIMETRE INSOLUBLE P. AU FEU SI 02 TOT. AL 203 FE 203 TI 02 MNO CAO TOT. MGO S03 S-K20 CLP205 TOTAL : : : 2.89 : 20.03 : 5.13 : 2.24 : 0,25 : 0.04 : 63.95 : 0.96 : 3.27 : 0.0000 : 1.11 : 0.0000 : 0,13 ----------: 100. 21

PRISEEAU % PATE PURE DEBUT DE PRISE FIN DE PRISE (TEMPS (MIN.) F. PRISE (ENFONCT (MM) : : : : :

ANALYSE


COEFF. DE KUHL : 0.972 SILICIQUE < AL/FE HYDRAULIQUE C3S C2S C3A C4AF : : : : 70.31 : 4.57 : 9.81 : 6.83 2.71 2.28

ESSAIS MECANIQUES & VAR. DIMENSIONNELLES DU MORTIER DURCIGACHAGE A E/C = 0.50COMP 8H 1J FLEX RETR GONFLT

BOGUE CALCULE

2J 3J 7J 28J

30.6 49.3 59.1

6.2 7.5 8.7 170 410 760

Equivalent Na 20 : 0,8%

CEM I 52,5 N


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Caractristiques du ciment : granulomtrie

La taille des grains, leur rpartition voire leur forme ont une influence significative sur les paramtres rhologiques, performantiels et esthtiques du bton On distingue plusieurs valeurs caractristiques et reprsentatives : Surface Spcifique (Finesse Blaine) d50 ou 50 : diamtre mdian % lments > 40 m % lments > 80 m Ces valeurs sont fournies par l analyse granulomtrique (laser) du ciment Valeurs indicatives pour un bon niveau de qualit Surface Spcifique (Finesse Blaine) = 3500 cm/g d50 ou 50 : diamtre mdian = 10 m % lmnts > 40 m < 10 % % lments > 80 m #0


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Caractristiques du ciment : influence de la taille du grain sur la surface spcifique


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Caractristiques du ciment : influence de la finesse sur les performances


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Caractristiques du ciment : analyse granulomtrique - ex 1


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Caractristiques du ciment : analyse granulomtrique - ex 2


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La normalisation des cimentsDe 1994 2001 NF P 15-301 Ciment Portland CPA - CEM I Depuis 2001Ciment Portland Ciment Portland au laitier Ciment Portland la fume de silice Ciment Portland la pouzzolane

NF EN 197-1CEM I CEM II / A ou B-S CEM II / A-D CEM II / A ou B-P CEM II / A ou B-Q CEM II / A ou B-V CEM II / A ou B-W CEM II / A ou B-T CEM II / A ou B-L CEM II / A ou B-LL CEM II / A ou B-

Ciment Portland compos CPJ - CEM II/AouB

Ciment Portland aux cendres volantes Ciment Portland aux schistes calcins Ciment Portland aux calcaire

(*) Les constituants autres que le clinker, sont identifis par leur symbole entre parenthses. Exemple : (S-V-L).

Ciment Portland M(*) compos


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La normalisation des cimentsDe 1994 2001

NF P 15-301

Depuis 2001

NF EN 197-1

Ciment de haut fourneau CHF-CEM III/A ou B CLK-CEM III/C Ciment pouzzolanique CPZ-CEM IV/A ou B Ciment au laitier CLC-CEM V/A ou B et aux cendres

Ciment de haut fourneau CEM III / A,B ou C Ciment pouzzolanique CEM IV / A ou B (*) Ciment compos CEM V / A ou B (*) Ciments blancs : Ce sont des ciments courants qui bnficient dune garantie de blancheur de la part du fabricant.

(*) Les constituants autres que le clinker, sont

identifis par leur symbole entre parenthses. Exemple : (S-V-L).


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CEM II / B - M (S-V) 42,5N PM-ES-CP2*Famille de ciment Il existe : CEM I : ciment Portland CEM II : ciment Portland compos CEM III : ciment de haut fourneau CEM IV : ciment pouzzolanique CEM V : ciment au laitier et aux cendres Quantit de constituants principaux autres que le clinker (en % dajout) A : de 6 20% B : de 21 35 % C : de 36 65 % (laitier pour les CEM III) Noms des constituants principaux S : laitier granul de hauts fourneaux V : cendres volantes siliceuses W : cendres volantes calciques L ou LL : calcaire (en fonction du taux de carbone organique) L< 0.5% - LL < 0.2% D : fume de silice P ou Q : matriaux pouzzolaniques T : Schiste calcin Classes de rsistance (rsistance caractristique minimum 28 jours exprime en MPa) : 32,5 ou 42,5 ou 52,5 Sous-classes de rsistance (rsistance caractristique minimum 2 jours exprime en MPa). N : Normal R : Rapide Caractristiques complmentaires PM : ciment pour travaux la mer ES : ciment pour travaux en eau haute teneur en sulfate CP : ciment teneur en sulfure limite pour btons prcontraints (NF P 15-318) CP1 : S < 0.7% CP2 : S < 0.2%* Voir la norme Franaise du ciment NF EN 197-1GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON Page : 35

Ciment avec au moins 2 constituants principaux autres que le clinker


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Les sites de production de ciment en France


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LES CIMENTS

LES GRANULATS


LES ADJUVANTS


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Granulats

DEFINITIONS

GRANULOMETRIE

FINESSE

CORRECTION GRANULAIRE

PROPRETE


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Granulats - dfinitions

Granulats Rouls

Obtenus par Criblage Lavage

A partir de Matriaux alluvionnaires

Concasss

Concassage Criblage Lavage

Roches ruptives Sdimentaires Mtamorphiques

Roche sdimentaire : carbonate : calcaires, dolomies, alluvions calcaires silicates : grs, grs quartzites, moraines, alluvions siliceuses Roches magmatiques : grenues : granites, diorites microgrenues : microgranites, basaltes, andsites Roches mtamorphiques : grenues : gneiss, calcaire cristallin, migmatites microgrenues : schistes, quartzites


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Granulats - dfinitions

Les normes relatives aux granulats ont beaucoup changes dans les dix dernires annes et ont conduit une norme franaise - XP P 18-540 - applicable jusqu au 1 Dcembre 2003 et une norme europenne, prEN 12 - 620, applicable aprs cette date paralllement les normes d essais granulats ont subi de nombreuses modifications aussi bien pour les normes franaises ( srie P 18-500 ) que les normes europennes prochainement applicables (sauf la Valeur au Bleu dj applicable EN 933-9) Slection des paramtres principaux : analyse granulomtrique coefficient d aplatissement : A Module de finesse : MF Propret : P - PS + Valeur au Bleu : VB / VBF Absorption : Ab Los Angeles : LA Micro Deval : MDE Sensibilit au gel : G


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Granulats - caractristiques granulaires

Analyse granulomtrique : srie franaise principale (P 18 - 560) : 0.08 - 0.16 - 0.315 - 0.63 - 1.25 - 2 - 5 -10 - 20 srie principale europenne (NF EN 933-2) 0.063 - 0.125 - 0.25 - 0.5 - 1 - 2 - 4 - 8 16 - 31.5 ...Courbe type

Module de finesse : 1/100 me de la somme des refus exprims en % au tamis de: srie franaise : 0.16- 0.315 - 0.63 - 1.25 - 2.5 -5 srie europenne :0.125 - 0.25 - 0.5 - 1 - 2 - 4 l cart est de + 0.3 ( ajouter la srie franaise)


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Granulats - dfinitions des familles

On distingue les familles suivantes (XP P 18540) filler 0/D D< 2mm et passant 0.063 mm > 70 % sablons 0 / D D < 1mm et passant 0.063 mm > 70% sables 0 / D 1 < D < 6.3 mm graves 0 / D D > 6.3 mm gravillons d / D d >= 1mm et D = 25 mm et D

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