La composition du béton est le ciment, l’eau, et des granulats. De plus en plus des composants chimiques nommés adjuvants entrent dans la composition du béton. Leurs rôles sont divers: accélération de prise, retardateur de prise, étanchéité du béton, manœuvrabilité, fluidité etc….
Norme définissant la composition des bétons:
La norme qui régit la fabrication et l’utilisation du béton est la norme NF EN 206-1. Celle-ci provient de l’évolution de plusieurs normes qui impactent la composition du béton.
- La norme des constituants: : granulats pour béton (NF EN 12620 et XP P 18-545)
- La norme pour ciment courants (NF EN 197-1)
- Le norme pour adjuvants pour béton (NF EN 934-2)
- Le norme pour eau de gâchage (NF EN 1008)
Granulats dans la composition du béton:
Concernant les granulats, il y a lieu d’identifier la classe granulaire qui s’exprime par le rapport d/D, d signifiant la dimension mini du tamis, et D la dimension maxi du tamis. Le rapport d/D doit resté limité à 1.4.
Dépendamment de leur classe granulaire, les granulats sont classés soit en gravillons, en sable, en granulats de classe naturelle 0/8mm, en graves en fillers, ou encore en granulats pour usages particuliers.
Les caractéristiques physico-chimiques des granulats mesurées sont nombreuses, on peut cité quelques unes :
- Résistance à la fragmentation.
- Résistance à l’usure.
- Résistance au polissage.
- Réaction à l’alcali-silice.
- Teneur en chlorure, en sulfates totaux et solubles.
- Stabilité volumique, en particulier restrait au séchage.
Eau utilisée:
Concernant l’eau utilisée pour la préparation du béton doit être propre, exempte de contaminants tels que les huiles, les acides, les alcalis, les matières organiques, les sels, et les autres impuretés.
Elle ne doit pas présenter de traces visibles d’huile et de graisses, que la mousse des détergent doit disparaître en moins de 2 min. Sa couleur doit être évaluée comme jaune pale ou plus pale. Son acidité doit être supérieure à 4 en PH.
Sa teneur en chlorure, est dépendante de l’usage qui en sera faît :
- Béton précontraint ou coulis : 500mg/L max.
- Béton armé ou avec insert : 1000 mg/L max.
- Béton non armé et sans insert : 4500 mg/ml max.
Sa teneur en sulfate doît restée inférieure à 2000mg/L
Sa teneur en équivalent de NA2O doit rester inférieure à 1500mg/L
Finalement pour les autres composantes voici un tableau récapitulatif des concentrations max autorisées :
Sucres: 100 mg/L
Phosphates P2O5: 100mg/L
Nitrates NO3-: 500mg/L
Plomb PB2+: 100mg/L
Zinc ZN2+: 100mg/L
Adjuvants pour béton:
Les adjuvants dans le béton, ont pour but de modifier les caractéristiques du béton, ils sont à manipuler avec la plus grande précaution, et à choisir uniquement dans une gamme certifiée NF. Sans celà, le béton n’est plus garantie. Les caractéristiques qui seront modifiées sont liées au type d’adjuvant mis en oeuvre. On peut noter les adjuvants suivants: plastifiant, superplastifiant, entraineur d’air, accélérateur de prise, retardateurs de prise. Les utilities sont donc les suivantes:
- Réducteurs d’eau: Réduisent la quantité d’eau nécessaire pour obtenir une certaine maniabilité, et améliorent la résistance mécanique et la durabilité du béton.
- Superplastifiants : Forte réduction de l’eau, permettant de produire des bétons à haute performance (BHP) et des bétons autoplaçants (BAP). Améliorent la maniabilité sans augmenter le rapport eau/ciment.
- Retardateurs de prise : Retardent le temps de prise du béton, permettant une manipulation plus longue. Utilisés dans les conditions de températures élevées pour éviter une prise trop rapide.
- Accélérateurs de prise :Accélèrent le temps de prise et le développement des résistances initiales. Utilisés dans les travaux par temps froid ou lorsque des délais rapides sont nécessaires.
- Adjuvants de cure : Réduisent la perte d’eau à la surface du béton, améliorant ainsi la cure et la durabilité. Protègent le béton des conditions climatiques pendant la période de cure.
- Adjuvants entraîneurs d’air : Introduisent de fines bulles d’air dans le béton, améliorant sa résistance au gel-dégel et à l’écaillage. Utilisés principalement dans les climats froids.
- Adjuvants hydrofuges : Réduisent la perméabilité du béton, augmentant sa résistance à la pénétration de l’eau et des produits chimiques.
La norme NF EN 206-1 régit les béton prêts à l’emploi, ainsi que les béton fabriqués sur chantier ou en usine de fabrication. Ces bétons sont destinés à être utilisés sur chantier, ou pour des ouvrages préfabriqués.
Cette norme régit plusieurs aspects concernant le béton, notamment les constituants du béton, ainsi que les procédures de fabrication, transport, mise en œuvre, et contrôle.
Caractéristiques en lien avec la composition du béton :
Classe d’exposition:
La norme définit les classes d’expositions du béton, c’est à dire la classe à laquelle ils appartiennent en fonction de l’environnement dans lequel évoluera le béton.
- aucun risque de corrosion ni d’attaque: XO
- carbonatation qui induit corrosion: XC.
- corrosion induite parles chlorures, ayant une origine autre que marine: XD
- corrosion induite parles chlorures présents dans l’eau de mer: XS
- attaque gel/dégel avec ou sans agent de déverglaçage XF
- attaques chimiques : XA
Classes de consistance:
La classe de consistance définit la maniabilité du béton, ce qu’on nomme aussi l’ouvrabilité du béton. Cette ouvrabilité peut être mesurée de plusieurs manières les plus répandues sont : l’essai d’étalement sur table dit le flow test, l’essai vébé, ou encore l’essai sur cône d’abrams.
L’essai au cône d’abrams donne un affaissement du cône béton, ce qu’on appelle le slump, ce qui donne une indication sur l’ouvrabilité du béton. Plus l’affaissement est important, plus le béton est maniable. Ainsi on définit des classes de consistance fonction de l’affaissement du béton lors de l’essai.
- Classe S1: Affaissement de 10 à 40mm
- Classe S2: Affaissement de 50 à 90mm
- Classe S3: affaissement de 100 à 150mm
- CLasse S4: affaissement de 160 à 210 mm
- Classe S5: supérieur à 220mm…
L’essai d’étalement mesure la capacité du béton à s’écouler et s’étaler sous son poids. Pour cela, on utilise une table d’étalement, un cône d’étalement et une règle de mesure. La table est circulaire avec un diamètre standard de 700 mm et peut vibrer. Le cône est métallique, tronqué, et remplit en trois couches compactées légèrement. Une fois retiré, la table est soulevée et laissée tomber un certain nombre de fois. Les résultats dépendent du diamètre d’étalement sur la table.
- Diamètre d’étalement élevé : Indique un béton très fluide, adapté pour des applications nécessitant une haute maniabilité, comme dans les bétons autoplaçants.
- Diamètre d’étalement faible : Indique un béton moins fluide, qui peut nécessiter des ajustements dans le dosage de l’eau ou des adjuvants pour atteindre la fluidité désirée.
Résistance du béton :
La résistance est mesurée en Mpa, à travers un essai d’écrasement d’éprouvettes béton. Les éprouvettes sont cylindriques et possèdent un élancement de 2 ( c’est à dire leur hauteur est 2 fois plus importante que leur diamètre.). La résistance obtenue donne une indication sur la classe de résistance à laquelle appartient le béton ( il y a lieu d’effectuer plusieurs essais, et de retenir des valeurs issus de calculs statistiques.). Les classes de bétons sont notées Ca/b a désignant la résistance à l’écrasement sur éprouvette cylindrique et b la résistance sur éprouvette cubique ( essai anglo-saxon.). Il y a 16 classes C8/10 ; C12/15; C16/20; C20/25; C 25/30; C30/37; C3545; C40/50; C45/55; C50/60; C55/67; C60/75; C70/85; C80/95; C90/105; C100/115.
Plusieurs paramètres du béton sont liés à sa résistance, notamment fcm ( t ) est la résistance moyenne en compression du béton à l’âge de t jours, fcm est la résistance moyenne en compression du béton à 28 jours, Ecm son module sécant, ainsi que les différentes valeurs de déformation. Ci-après le tableau résumant les différentes caractéristiques en lien avec sa résistance.
Elasticité:
Le module d’élasticité du béton dépend du module d’élasticité de ses constituants. Des valeurs approchées de E cm , module sécant entre σc = 0 et 0,4 f cm , sont données dans le tableau ci-avant pour des bétons contenant des granulats de quartzite. Le module sécant est défini comme le rapport de la contrainte (σ) à la déformation (ε) pour une certaine plage de contrainte.
Fluage et retrait:
Le fluage du béton est un phénomène de déformation lente et progressive d’un élément en béton sous une charge constante au fil du temps. Cette déformation supplémentaire s’ajoute à la déformation initiale élastique et se produit sans augmentation de la charge appliquée. Cette déformation est irréversible. Elle est en particulier liée au module d’élasticité du béton.
Le fluage est souvent modélisé à l’aide de lois empiriques ou de modèles viscoélastiques. Les méthodes couramment utilisées comprennent : la loi de Boltzmann- Volterra, Modèle de viscoélasticité linéaire tel que le modèle de Kelvin-Voigt, et finalement les fluages calculés par les normes comme l’Eurocode.
Pour le calcul des fluages et retraits, une feuille de calcul excel de Henry Thonier permet de l’effectuer.
Petit résumé au regard de l’environnement du béton:
Les compositions recommandées fonction de l’exposition aux embruns marins, aux chlores oubien aux agressions chimiques sont les suivantes:
