5 formulation des bétons

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Formulation des bétons

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Les principes généraux

Exemple : la méthode Dreux-Gorisse• Exercice d ’application

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OBJECTIF :Proposer la formule la plus économique répondant à un cahier des charges technique

Cahier des charges

•affaissement•résistance•durabilité•etc...

Cahier des charges

•affaissement•résistance•durabilité•etc...

Rapport d’essai

•ciment•additions•granulats•...

Rapport d’essai

•ciment•additions•granulats•...

Formuleéconomique

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Approche bi-phasique:

Caractérisé par :• Dmax• compacité• courbe granulaire• coef. granulaire

= constituants < 80 µm

La pâte Le squelettegranulaire

Caractérisée par :• Eau• Ciment• Teneur en air• Rapport E/C• Additions• Adjuvants

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La pâte• 1. Le choix des constituants :

– Eau– Ciment– Teneur en air– Rapport E/C– Additions

– Adjuvants En fonction du cahier des charges :

– des résistances mécaniques à court et long terme– de l’environnement– des conditions de mise en œuvre du béton

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La pâte• 1. Choix du ciment

Résistances mécaniques à court et long terme

Choix du Ciment

0 7 14 21 28

I 52.5 R

I 42.5 R

II 52.5 R (D7)

II 42.5 R (L7)

II 32.5 R (L21F2)

V 42.5 (S22V22)

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La pâte• 1. Choix du ciment

Résistances mécaniques à court et long terme Environnement :

eaux sulphatéesproximité de la merutilisation de sels de déverglaçageprésence d’acidesjus agricoles

Choix du Ciment

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La pâte• 1. Le choix des constituants

Résistances mécaniques à court et long terme Environnement Conditions de mise en œuvre :

béton de massetempérature extérieurequalité de parementimportance de la vibration

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Teneur en airLa teneur en air

Elle dépend :– type de malaxage– méthode de mise en place du béton : « serrage »– utilisation d’adjuvants entraîneur d’air ou anti-mousse– limitation de la résistance mécanique

Elle entraîne :– limitation des résistances mécaniques– améliore l’ouvrabilité– meilleur tenue au cycle de gel/dégel– diminue la masse volumique du béton

Varie de 1% à 8% d’air

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Rapport E/C

La pâte• 3. Le rapport Eau/Ciment (en masse)

Il faut environ 25% d’eau pour hydrater tout le ciment.

Pour des questions de mise en œuvre, on utilise beaucoup plus d’eau que nécessaire à l’hydratation :

Béton courant : 0,40 < E/C < 0,70 augmentation de la porosité et diminution des

résistances

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Rapport E/C

Les pores d’une pâte de ciment varie du mm à l ’Å :

• air occlus (bulles remplies d ’air de l ’ordre du mm)• bulles d’air entraîné (Ø entre 10 µm et 1 mm)• pores capillaires (Ø entre 0,01 µm et 5 µm) (ils sont remplis

d’eau et se vident progressivement au cours de la prise et du séchage en commençant par les plus gros)

• pores du gel (Ø < 0,01 µm) : pores des C-S-H. Ils sont remplis d ’eau très stable

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Rapport E/CDistribution de la porosité pour différents rapports E/C

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– Résistance mécanique

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Influence du rapport E/C sur les résistances mécaniques des bétons

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– Résistance mécanique – Environnement

le cahier des charge ou les normes locales précisent en général le rapport E/C maximum en fonction de l’environnement

eaux sulphatéesgel modérégel sévèreeau de meretc...

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La pâte• 4. Les additions

• Fillers calcaires ;• Cendres volantes ;• Laitier ;• Fumée de silice ;• Métakaolin ;• Quartz broyé ;

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Les principes générauxLes additions - Notion de liant équivalent• principe

– LE = C + kj . A (kj = cte fonction du type d’addition)

Additions kj A/(A+C)

Fillers calcaires 0,25 0,25Cendres volantes 0,4 à 0,6 0,30

Laitier 0,9 0,30Fumée de silice 1 à 2 0,10

Quartz broyé 0,1 0,10Autres 0 /

mais effet de plafonnement(Valeurs NF P 18-305)

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La pâte• 5. Les adjuvants

En fonction :– de la fluidité recherchée– de la nécessité d’entraîner de l ’air– des conditions de mise en œuvre

cycle de coffrage/décoffrage coulage sous l’eau durée du maintien de l’affaissement etc...

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Approche bi-phasique:

Caractérisé par :• Dmax• compacité• courbe granulaire• coef. granulaire

= constituants < 80 µm

La pâteLe squelettegranulaire

Caractérisée par :• Eau• Ciment• teneur en air• RapportE/C• adjuvants

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Les principes générauxLes granulats varient par leur :

• Distribution dimensionnelle :– fillers 0/2– sable 0/6,3 mm– gravillon 1/31,5– cailloux 20/125

• Forme :– Roulés (alluvionnaires)– Concassés (roches broyées)– alongés, plats

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Le squelette granulaire

0,01 0,1 1 10 100

Tamis (mm)

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Les principes générauxTableau présentant les caractéristiques de différents

granulats.

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Granulats spéciaux

Granulats légers:–polystyrène expansé, verre expansé, vermiculite (d <

0,5)–argile ou schiste expansé (0,8 < d < 1,6)

Granulats lourds :–Basalte (2,8 < d < 3)–Magnétite (oxyde de fer) (4,5 < d < 5,1)–Riblons concassés (d 7)

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Les principes générauxLe squelette granulaire

• 1. Dmax

En fonction :

– de l’espace entre les armatures :

eDmax < 2e/3Dmax < ll

Économiquement, il est toujours préférabled’utiliser le Dmax le plus élevé possible

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Le squelette granulaire• 2. Compacité

– pour avoir un comportement plastique il faut l’aide de la pâte :

Remplir les vides granulaires

ensuite

Ecarter les granulats

Compacité = économie

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Consistance et compacité

Pour un squelette optimisé :

47,01Compacité

(formule approchée, d’après Caquot)

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Consistance et compacité

Optimisation du mélange granulaire (>80µm)

• courbe granulaire type Dreux…

(Ultra)fines en complément du ciment • remplir les vides des granulats

(Super)plastifiant• casse les flocs des fines = diminution de d

• compacité augmente...

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– recherche de la compacité optimale• méthode mathématique

» complexe

» nécessite des moyens informatiques

» précise

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– Méthode mathématique (modèle de suspension solide)

Mesure de la compacité de chaque granulat

Itérationmathématique

Compacité du mélange binaire

0 20 40 60 80 100 120

Proportion de Palvadeau 2/4 en %C

Compacité

Calcul Théorique

Palvadeau 0/0.315 Palvadeau 2/4

Calcul de la compacité optimale

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–Méthode mathématique (modèle de suspension solide)

0.80.750.7

Mélange ternaire

Palvadeau 12/20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Palvadeau 2/4

Palvadeau 0/0.315

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–Compacité maximale pas toujours souhaitable :• dosage faible en ciment

• BAP

• produits fluides de remblayage

Utilisation de la méthode des fuseaux

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0,01 0,1 1 10 100Tamis (mm)

Courbe granulaire du béton

Le squelette granulaire• 3. Méthode des fuseaux granulaires

–recherche de la combinaison se plaçant au centre du fuseau

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Approche bi-phasique:• Dernière étape : recherche des proportions

pâte/granulats

200 220 240 260 280 300 320 340 360

volume de pâte

Coût du béton

% superplastifiant

Méthode expérimentale

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Les principes générauxApproche bi-phasique :

• Résistances mécaniques

Modèle de Bolomey :

f ’c = Rc x G ( C - 0,5)E + A

Rc = résistance à la compression

normalisée du ciment (Mpa)

G = coefficient granulaire (0,4 à 0,6)

C = ciment (kg/m3 de béton)

E = eau efficace (litre/ m3 de béton)

A = volume d ’air (litre/ m3 de béton)

Rc = résistance à la compression

normalisée du ciment (Mpa)

G = coefficient granulaire (0,4 à 0,6)

C = ciment (kg/m3 de béton)

E = eau efficace (litre/ m3 de béton)

A = volume d ’air (litre/ m3 de béton)

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Résistance « caractéristique »

(LES BETONS, Bases et données pour leur formulation, dir. J. BARON J.-P. OLLIVIER, Ed. Eyrolles, 1997)

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(Nouveau guide du béton, G. DREUX J. FESTA, Ed. Eyrolles, 1995)

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• dans la norme :

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28 MPa

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résistance moyenne visée

résistance caractéristique

+ 15 à 20 %

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OuvrabilitéCône d'ABRAMS (NF P 18-451/ISO 4109)

Caractérise uniquement le seuil de cisaillement du béton o.

Deux bétons peuvent avoir le même seuil (même affaissement) mais des viscosités très différentes.

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OuvrabilitéAffaissement Classes Désignation

0-4 Ferme F (S1)5-9 Plastique P (S2)

10-15 Très Plastique TP (S3)>16 Fluide F (S4)

Type d’ouvrageAffaissement au cône

d’Abrams (cm)Béton compacté au rouleau 0Bétons extrudés (poutrelles)Bétons secs (préfabrication)

Béton à démoulage immédiat (parpaing)3

Béton projeté 5Mise en place à la pompe > 7Mise en place à la benne(banches, planchers, …)

Pieux, parois moulées > 18Béton auto-plaçant / auto-nivelant > 22 (étalement > 650 mm)

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Cône d'ABRAMS

Pour les bétons très fluides (aff. > 20 cm) et auto-plaçants on mesure plutôt l’étalement.

De même, l’étalement caractérise uniquement le seuil de cisaillement du béton o donc 2 bétons peuvent avoir le même seuil (même affaissement) mais des viscosités différentes.

BAP visqueux

BAP fluideSeuil de cisaillement < 400 Pa

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Maniabilimètre à béton (NF P 18-452)Type B - D > 12,5 mm - 30 litresCaractérise la fluidité d’un béton sous vibration.

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Appareil VéBé (P18-438 /ISO 4110)Écoulement sous vibration d’un matériau ferme.

Mesure le temps de vibration nécessaire pour que le cône d ’Abrams s’étale complètement dans la cuve.

VébéTemps

d’écoulement (s)V0 > 31V1 30 à 21V2 20 à 11V3 10 à 5V4 4

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Flow-Test béton (ASTM C 124)

Protocole CTG

Mesure de l’étalement

après 15 chocs

Flow-Test (%) = 100*(Etal.-25)/25

N’est plus normalisé!

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Table DIN (NF P 18-448 / ISO 9812)

Essai d ’étalement à la table à chocs

Mesure de l’étalement après 15 chutes.

Étalement = (d1 +d2)/2 (mm) Table à secousses Etalement (mm)

F1 340F2 350 à 410F3 420 à 480F4 490 à 600

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Degré de compactabilité (P 18-439 / ISO 4111)Essai Walz

On mesure le degré de serrage pour une quantité d’énergie déterminée.

Boîte métal carrée de 400 mm de haut remplie à la truelle.Facteur de serrage : Rapport du volume du béton avant et après serrage.

c = h1/(h1-s)

Test decompactibilité

Degré decompactibilité

C0 ³ 1,46C1 1,45 à 1,26C2 1,25 à 1,11C3 1,10 à 1,04

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Méthode Dreux-Gorisse

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6 étapes• Dmax

• volume fines (formule)

• eau et air (tableaux)

• E/C (formule de Bolomey)

• C (calcul)

• granulats (méthode graphique)

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• Volume de fines

2,0D220

Vfines

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Méthode Dreux-Gorisse• Eau et air

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• Formule de Bolomey

kRcRb b2828

5,0kRc

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• Ciment

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• Courbe de Dreux

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Méthode Dreux-Gorisse• Courbe de Dreux

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• Courbe de Dreux

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• Courbe de Dreux

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• Volume granulats

VaVeVc1000Vg

Vg%Vg ii

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Méthode Dreux-Gorisse : exemple

Cahier des charges• B25

• Plastique

• 0/25

• Granulats siliceux roulés 0/6 et 5/20

• CPA-CEM II/A 32,5

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Méthode Dreux-Gorisse : exemple• Eau et air

E = 181

V = 19

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• Formule de Bolomey

kRcRb b2828

5,0kRc

30 MPa

0,5545 MPa

= 1,71

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• Ciment

181 19 1,71

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• Volume de fines

2,0D220

Vfines

VC= 342 / 3.15 = 109 l/m3

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• Courbe de Dreux

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• Volume granulats

191811091000Vg

3m/kg8597,2x318ms318691%46Vs

3m/kg10077,2x373mg373691%54Vg

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Formule• C = 342 kg/m3

• E = 181 l/m3

• V = 19 l/m3

• mg = 1007 kg/m3

• ms = 859 kg/m3

5 formulation des bétons

Documents

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