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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

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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%

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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

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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%

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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

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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?