Upload
vomien
View
218
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
ECOLE DE TECHNOLOGIE SUPERIEURE
LTNWERSITÉ DU QUÉBEC
PROJET D'APPLICATION PRESENTE A
L'ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPERIEURE
COMME EXIGENCE PARTIELLE
A L'OBTENTION DE LA
MA~TRISE EN GENIE DE LA CONSTRUCTION
M.MG.
PAR
MARC CONTANT
CONFECTION DE BÉTONS LEGERS
POUR LA FABRICATION D'ELEMENTS ARCHITECTURAUX
MONTRÉALA~ AVRTL 2000
O Droits réservés de Marc Contant 2000
National Library of Canada
Bibliothèque nationale du Canada
Acquisitions and Acquisitions et Bibliographic Services services bibliographiques 395 Wellington SIreet 39~, nm Weliimgton Otlawa ON K I A ON4 OMwaûN K l A W canada Canade
The author has granted a non- L'auteur a accordé une licence non exclusive licence allowing the exclusive permettant à la National Library of Canada to Bibliothèque nationale du Canada de reproduce, loan, distribute or sel1 reproduire, prêter, distribuer ou copies of this thesis in microform, vendre des copies de cette thèse sous paper or electronic formats. la forme de microfiche/fïlm, de
reproduction sur papier ou sur format électronique.
The author retains ownership of the L'auteur conserve la propriété du copyright in this thesis. Neither the droit d'auteur qui protège cette thèse. thesis nor substantial extracts fiom it Ni la thèse ni des extraits substantiels may be printed or otherwise de celle-ci ne doivent être imprimés reproduced without the author's ou autrement reproduits sans son permission. autorisation.
CE PROJET D'APPLICATION A ÉTÉ ÉVALUÉ
PAR UN JURY COMPOSÉ DE :
M. Daniel Perraton, professeur-tuteur au Département de génie de la constniction à l'École de technologie supérieure
Mme Michèle St-Jacques, professeur au Département de génie de la construction à l'École de technologie supérieure
M. Richard Pleau, professeur agrégé Département de génie chi1 et d'architecture à l'université Laval
IL A FAIT L'OBJET D'UNE PRÉSENTATION DEVANT JURY ET UN PüBLIC
LE 7 AVRIL 2000
A L'ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE
CONFECTION DE BETONS LEGERS
POUR LA FABFüCATION D'ÉLÉMENTS ARCHITECTURAUX
Marc Contant
(Sommaire)
Cette étude contribue à promouvoir l'utilisation du béton dans de nouvelles applications ainsi que l'évaluation des sources potentielles de granulats légers recyclés. En effet, le béton est un matériau qui offre plusieurs perspectives de formes et de couleurs. Cependant. son potentiel commercial pour la vente au détail est grandement limite compte tenu de sa masse volumique, De plus, puisque les préoccupations environnementales sont de plus en plus présentes, le développement de nouveaux matériaux ou produits passe souvent par un processus d'évaluation du potentiel d'utilisation des matériau. recyclés.
Cette recherche a donc pour objectif de développer des bétons légers contenant des materiaux recyclés dans la fabrication d'éléments destinés à la vente au détail. Initialement, une revue de la documentation a permis d'établir les concepts liés à la formulation, ainsi que le potentiel des différents matériaux légers et recyclés selon leur disponibilité, leur coût et leurs propriétés, les billes de polystyrène et les particules de pneus recyclés se sont révélées les plus performantes.
Partant de la revue de la documentation, il a été permis d'établir un dosage initial théorique pour le béton lé er en respectant les contraintes de masse volumique et de coût F ( 1000 kj4m3 et 200 $lm ). Avant la mise en application d'un plan d'expérience, ce dosage initial théorique doit être validé en laboratoire pour son ajustement aux propriétés rhéologiques recherchées. De ces ajustements, on obtient un dosage optimal pratique. Il est ensuite possible d'appliquer le programme d'essais visant à étudier la variation de paramètres clés (rapport EL, % de caoutchouc et quantité de fibres) sur les propriétés du béton à l'état frais et durci.
L'analyse des résultats confirme qu'il est parfaitement réaliste de penser à développer des éléments en béton léger destinés à la vente au détail. En effet, les résultats montrent qu'il est possible de produire des bétons ayant une masse volumique de 1000 kg/m3 a un
coût de 200 $lm3 qui présentent une excellente durabilité et une résistance à la compression de 7 a 8 MPa Cependant, en regard aux essais effectués, on ne peut considérer l'utilisation de caoutchouc comme probante. Non seulement les propriétés du béton a l'état durci ne sont aucunement améliorées, mais on observe même une perte de plasticité en plus d'une augmentation des coiits. 11 serait donc nécessaire d'investiguer davantage pour espérer exploiter les particules de caoutchouc dans le béton léger.
LIGHTWEIGHT CONCRETE MiXING
FOR ARCHITECTURAL ELEMENTS
Marc Contant
(Abstract)
This study promotes the use of concrete in new applications and evaluates the potential sources for light recycled aggregates. Indeed, concrete is a material that offers several perspectives for its shapes and colours possibilities. However, its sale retailed price potential is greatly limited du to its density. Funhermore, since the environmental preoccupations are more and more present, the developrnent for new materials or products often go through an evaluating process of the potential for the use of recycled matenals.
This research has, therefore, for objective to develop lightweight concretes containing recycled materials in the fabrication of elements intended for retail sales. Initially, a review of the concemed literature permitted to establish the concepts related to the formulation as well as the potential for different lightweight and recycled materials. [n consideration of their availability, their costs and their propenies, polystyrene balls and tire particles proved to have the highest performance.
Starting from the literature review, it has been permitted to establish a theoreticai initial dosage for lightweight concrete in respecting the density constraints and the cost (1000 kg/m3 and $200 m3). However. before applying a plan of experience, this theoretical initial dosage ha to be vaiidated in laboratory for its adjustment to the rheological properties. From these adjustments, we obtain a practicai optimal dosage. It is then possible to apply a triai program aiming to study the variation of the essential parameters (ratio WB, % of rubber and fibres quantities) of concrete properties during hardening and plastic States.
The results analysis confims that it is perfectly reaiistic to think on developing lightweight concrete elements intended to retail sales. Indeed, results show the possibility to produce concrete havhg a density of 1000 kglm3 with a cost of $200 m3 and possessing an excellent durability and a compressive strength of 7 to 8 MPa. However, in regard to the worked out tests, one can not consider the use of rubber as
convincing. Not only the concrete properties during harden state has not improved, but one observes a loss of plasticity as well as an increase of the costs. It would be, therefore, necessary to investigate M e r in order to hope to exploit rubber particles in concrete.
REMERCIEMENTS
Je tiens premièrement à remercier mon directeur de recherche M. Daniel Perraton pour
son aide financière et son soutien constant, tant technique que moral, sans qui la
réalisation de cette tâche considérable de travail n'aurait pu ètre achevée.
Je voudrais également remercier M. Pierre Lamothe du Laboratoire de béton qui a rendu
possible la réalisation des essais de gel-dégel.
Je remercie le personnel technique du département de génie de la construction, en
particulier M. Alain Desjardins, pour son aide à la réalisation des essais.
Je tiens aussi à noter l'aide apportée par M. Daniel Benoit pour la présentation
infographique des figures et des photos.
Finalement, je ne pourrais passer sous silence le soutien moral de ma compagne France,
de mes parents et de mes amis qui ont su tout au long de ces quatre années m'encourager
dans ma démarche.
TABLE DES MATIÈRES
SOMMAIRE .......................................................................................... i ... ABSTRACT ......................................................................................... III
REMERCIEMENTS ................................................................................ v
TABLE DES MATIERES ......................................................................... vi
LISTE DES TABLEAUX ....................................................................... ..xi
LISTE DES FIGURES ............................................................................ xiv
LISTE DES ABREVIATIONS .................................................................. xvi
INTRODUCTION .............................................................................................................. 1
CHAPITRE 1 - LE BÉTON LÉGER : REVUE DE LA DOCUMENTATION ............... 3
1.1 Introduction .............................................................................................................. 4
1.2 La formulation ......................................................................................................... 4
1 2 . 1 Nature de l'ouvrage ......................................................................................... 4
1 2 . 1 . 1 Le béton léger structural .............................................................................. 4
1.2.1.2 Le béton léger architectural ......................................................................... 5
1.2.2 Propriétés recherchées des bétons destinés à la vente au détail ........................ 7
1.2.2.1 La masse volumique recherchée .................................................................. 7
1 2 2 . 2 La durabilité recherchée .............................................................................. 7
1.2.2.3 La rhéologie recherchée à l'état frais ........................................................... 9
1 L2.4 Les propriétés mécaniques recherchées ......................................... -9
1.2.3 Le dosage ........................................................................................................... 9
............................................................................ 1 .2. 3.1 Les principes de dosage 10
............................................................................ 1.2.3.2 Les méthodes de dosage 15
....................................................................................... 1.3 Les constituants du béton 17
..................................................................................... 1.3.1 Les liants hydrauliques 17
.................................................................................................... 1.3.2 Les granulats 19
vii
.................................................................................................... 1.3.3 Les adjuvants 21
....................................................................... 1.3.3.1 Les agents entraîneurs d'air 21
................................................................................. 1.3.3.2 Les agents moussants 21
.................................................................................. 1.3.3.3 Les superplastifiants 22
.......................................................................................................... 1.3.4 Les fibres 23
CHAPITRE 2 - GRANULATS POUR BÉTON LÉGER ................................................ 24
2.1 Introduction ............................................................................................................ 24
............................................................................................... 2.2 Les granulats usuels 24
2.3 Les granulats légers ............................................................................................... 25
................................................................................................ 2.3 . 1 Argile expansée 27
................................................................................................ 2.3.2 Schiste expansé 29
........................................................ 2.3.3 Cendres volantes frittées et expansées 3 1
................................................................................................. 2.3.4 Laitier expansé 32
2.3.5 Pierre ponce ...................................................................................................... 34
2.3.6 Billes de polystyrène ........................................................................................ 35
............................................................................................................. 2.3.7 Perlite 36 . .
2.3.8 Verrnlculite ................ ...... .......................................................................... 37
2.4 Les matériaux légers de recyclage ......................................................................... 38
................................................................................................... 1.4.1 Les plastiques 39
............................................................................................... 2.42 Les caoutchoucs 40
CHAPITRE 3 - CONCEPTION ET CHOIX DES CONSTITUANTS
....................................................... POUR LA CONFECTION DW BÉTON LÉGER 47
3.1 Introduction .......................................................................................................... 47
........................................................................................... 3.2 Critères de conception 47
........................................................................................... 3 2 . 1 Aspects techniques 48
3 2 .2 Aspects économiques ....................................................................................... 50
................................................................. 3.2.3 Synthèse des critères de conception 50 ................................................................................................ 3 3 Choix des granuh 51
.................................................................................... 3 .3.1 Choix du granulat léger 52
viii
3.3.2 Choix du granulat recyclé ................................................................................ 53
3.3.3 Synthèse du choix des granulats ...................................................................... 54
3 . 4 Dosage .................................................................................................................. 55
3.4.1 Rapport eadliant .............................................................................................. 56
3.4.2 Le liant ............................................................................................................. 56
3.4.3 L'agent entraîneur d'air .................................................................................. 57
3.4.4 Le superplastifiant .......................................................................................... 57
.......................................................................................................... 3.4.5 Lesfibres 57
3.4.6 Dosage granulaire ............................................................................................. 58
3.4.7 Gâchage en laboratoire ................................................................................... 60
CHAPITRE 4 - PROGRAMME EXPEFUMENTAL ....................................................... 61
CHAPITRX 5 - DESCRIPTION DES MATERIAUX ET DES BETONS .................... 64
............................................................................................................ 5 . 1 Introduction 64
j .2 Caractérisation des matières premières ................................................................ 64
Liant ............................................................................................................... 64
.................................................................................................................... Eau 66
................................................................................................ Entraîneur d'air 67
................................................................ Superplastifiant 67
....................................................................................................... Caoutchouc 68
Polystyrène ..................................................................................................... 69
............................................................................. Sable 70
................................................................................................................ Fibres 71
.................................................................................... Synthèse des matériau 73
........................................................................................... 5.3 Description des bétons 73
............................ CHAPITRE 6 - DESCRIPTION DES ESSAIS EN LABORATOIRE 76
........................................................................................................... 6.1 Introduction -76
...................................................................................... 6.2 Techniques de fabrication 76
6.3 Mesure de l'essai d'étalement ............................................................................... 78
6.4 Mesure de la masse volumique .............................................................................. 78
............................. 6.5 Résistance à la compression et mesure du module d'élasticité 79
........................................................................................ 6.6 Résistance à la flexion 80
............................................. 6.7 Résistance aux cycles de gel-dégel (ASTM (2-666) 80
............... 6.8 Résistance a l'écaiilage en présence de sels fondants (BNQ 2622-420) 81
.............................................................. 6.9 Résistance a la traction : essai brésilien 82
.................................................. CHAPITRE 7 . PRÉSENTATION DES RÉSULTATS 84
7 . I Introduction ................................................................................................................ 84
.............................. .............*................*.............. 7.2 La compositions des bétons .. 84
7.2.1 Teneur en air ..................................... ....... ...... 85
............................................................................................ 7.2.2 Masse volumique -86
.............................................................................. 7.3 La performance des bétons 87
7.3.1 La rhéologie des bétons a l'état frais .................. .... .................................. 87
..................................................................... 7.32 Propriétés du béton a l'état durci 88
.................................................................... 7.3 2 . 1 Résistance a la compression 89
7.2.2.2 Module d'élasticité .................................................................................... 90
............................................................................... 7.3.2.3 Résistance à Ia flexion 97
7.3.2.4 Résistance i la traction (essai brésilien) .................................................... 97 . .
7.3.3 Durabdité .......................................................................................................... 98
7.3.3.1 Résistance à l'écaillage ............ ... ........................................................ 98
............................. 7.3 .3.2 Résistance aux cycies de gel-dégel : cycles accelérés IO5
................................................................................... 7.3.4 Aspects économiques 1 10
............................................................ CHAPITRE a - ANALYSE DES R&JLTATS 112
8.1 Introduction .......................................................................................................... 112
............................................................................................ 8.2 Analyse des résultats 113 . . 8.2.1 L.etalement ................................................................................................ 113
....................................................................... 8.2.2 La résistance à la compression 115
......................................................................................... 8.2.3 Module d'élasticité 116
.................................................................................... 8.2.4 Résistance à La flexion 117
......................................................... 8.2.5 Résistance à la traction (essai brésilien) 118
8.2.6 Résistance a l'écaillage ................................ .... .................................. 1 19
............................................................. 8.2.7 Résistance aux cycles de gel-dégel 121
8.3.8 Ltcoût ............................................................................................................ 123
8.3 Synthèse des résultats ........................... ..... ............................................... 124
CHAPITRE 9 - CONCLUSION ................................................................-.....-......... 129
BIBLlOGRAPHIE ......................................................................................................... 132
Annexe A :
Annexe B :
Annexe C :
Annexe D :
Mélanges d'essais pour ajustement .. ........................................... des proprietés rhéologiques 136
Résultats des propriétés mécaniques des bétons étudies .......... 138
Résultats des essais de résistance a l'écaillage I ...................................................... des bétons étudies 140
Résultats des essais de résistance aux cycles
.......................... accélérés de gel-dégel des bétons étudiés 144
LISTE DES TABLEAUX
Page
........................ 1.1 Caractéristiques des granulats relativement aux propriétés du béton 20
............................ 2.1 Propriétés du béton léger confectionné à partir d'argile expansée 29
2.2 f ropriétés du béton léger confectionné a partir de schistes expansés ........................ 30
2.3 Propriétés du béton Iéger confectionné à partir de cendres volantes . . fnttees et expansées ......... .. ...................................................................................... 32
2.4 Propndtés du béton léger confectionne à partir de laitier expansé ............................. 34
2.5 Propriétés du béton léger confectionné a partir de pierre ponce ................................ 35
2.6 Propriétés du béton léger confectionné a partir de billes de polystyrène ................... 36
2.7 Propriétés du béton léger confectionné à partir de perlite ........................................ 37
2.8 Propriétés du béton léger confectionné à partir de vermiculite .................................. 38
2.9 Indice de variation comparative de cinq bétons (conventionnel. latex. caoutchouc et latex-coutchouc (d'après tee et COL. i998) ............................. .43
3.1 Synthèse des principaux critères de conception ............. ... .................................... 51
3.2 Sommaire des granulats retenus pour la confection d'un béton léger ................... A 4
3.3 Dosages et hypothèses de départ pour la confection du béton léger .......................... 56
3.4 Dosage initial théorique ............................................................................................. 59
..................................................................... 3.5 Dosage optimal pratique 60
4.1 Paramètres du programme expérimental .................................................................... 62
xii
4.2 Niveaux d'influence des facteurs clés ........................................................................ 63
................................................................................................... 4.3 Plan d'expérience 23 63
5.1 Caractéristiques physico-chimiques du ciment de type 10 ....................................... 65
........................................ 5.2 Caractéristiques physico-chimiques de la fumée de silice 66
5.3 Propriétés de l'agent entraîneur d'air ......................................................................... 67
. . . ................. .............. 5.4 Propnetes du superplastifiant ..,...,........ 68
.............................................................. 5.5 Granulométrie des particules de caoutchouc 69
5.6 Propriétés physiques du polystyrène expansé (EPS) ................................................. 70
5.7 Analyse granulométrique du sable et du combiné sable-caoutchouc ..................... 71
5.8 Propriétés des fibres de fonte .................................................................................. 72
5.9 Dimension et coût des fibres de fonte ........................................................................ 72
5.10 Caractéristiques des matériaux utilisés .................................................................... 73
5.1 1 Composition des bétons mis à l'assai dans le cadre du programme . . ............................................................................... expenmentale 75
6.1 Liste des essais réalisés et dimension des éprouvettes ............................................... 77
6.2 Séquence de malaxage ............................................................................................... 77
............................ 7.1 Proportions réelles des bétons confectionnés en laboratoire 85
7.2 Rhéologie des bétons a l'état frais : résultats des mesures d'étalement ..................... 87
.......................... 7.3 Résultats des propriétés micaniques (mûrissement 28 jours) -88
7.4 Résultats des essais de résistance à L'écaillage des bétons (mûrissement 28 jours) .... 99
7.5 Résultats des essais de résiatance aux cycles accélérés de gel-dégel ........................................................................................... (mûrissement 90 jours) 1 06
... 7.6 Résultats des propnetes économiques .................................................................. 1 Il
8.1 Analyse de la variance des résultats obtenus pour l'étalement des bétons
présentés dans le tableau 7.2 ................................................................................... Il4
8.2 Analyse de la variance des résultats obtenus pour la résistance en compression
des bétons présentés dans le tableau 7.3 ................................................................... 116
8.3 Analyse de la variance des résultats obtenus pour le module d'élasticité
des bétons présentés dans le tableau 7.3 ................................................................... 117
8.4 Analyse de la variance des résultats obtenus pour la résistance à la flexion
des bétons présentés dans le tableau 7.3 ................................................................. 1 18
8.5 Analyse de la variance des résultats obtenus pour la résistance a la traction
des bétons présentés dans tableau 7.3 ..................................................................... L I 9
8.6 Analyse de la variance des résultats obtenuspour la résistance à l'écaillage
des bétons présentés dans le tableau 7.4 .................................................................. 120
8.7 Analyse de la variance des résultats obtenus pour la résistance aux cycles
accélérés de gel-dégel des bétons présentés dans le tableau 7.5.. ................... .121
8.8 Variation de l'allongement des faces A et B pour les bétons
....................................................................... de rapport EL de 0'32 123
8.9 Analyse de la variance du coût des bétons présentés dans le tableau 7.6 ............. 124
..................................................... 8.10 Choix des niveaux des facteurs clés 126
........................................... 8.1 1 Synthèse des résultats du béton de la série 1 128
LISTE DES FIGURES
Page
Classification des bétons légers suivant leur masse volumique apparente . . . ........................................................................... et leur utilisation (Cormon, 1973). 26
Variation de la résistance à la compression du béton confectionné à partir d'argiles expansées en fonction de sa masse volumique apparente (dans des conditions normales de conservation : 20 OC, 65 % d'humidité relative) (Corrnon, 1973) ....... 28
Variation de la résistance à la compression du béton confectionné à partir de schiste expansé en fonction de sa masse volumique apparente (dans des conditions normales de conservation : 20 OC, 65 % d'humidité relative) (Cormon, 1973). ...................................................................................................... 30
Variation de la résistance a la compression du béton confectionné à partir de cendres volantes Crinées et expansées en fonction de sa masse volumique apparente (dans des conditions nonnales de conservation : 20 OC, 65 % d'humidité relative) (Cormon, 1973). ..................................................................... 32
Fuseau regroupant les résultats obtenus par de nombreux laboratoires Français et étrangers concernant la variation de la résistance a la compression du béton confectionné à partir de laitier expansé en fonction de sa masse volumique apparente (dans des conditions normales de conservation : 20 OC, 65 % d'humidité) (Cormon, 1973). ................................................................................... 33
Variation de la résistance à la compression du béton confectionné a partir de pierre ponce en fonction de sa masse volumique apparente (dans des conditions normales de conservation : 20 O C . 65% d'humidité relative), (Cormon, 1973). ...... 35
Courbe de contrainte/déformation d'un béton conventionnel et de bétons avec substitution du granulat fin par 20 et 30 % de particules de caoutchouc (Goulias et Hossain, 1998). ...................................................................................... 44
Relation entre la résistance en compression et le taux de substitution du sable par des particules de caoutchouc de béton avec (MOCC) et sans (PCC)
oxvchloride de maenésium lra~~ort E/L constant de 0.57) (Biel et Lee. 1996). ..... 46
7.1 Courbes contrainteldéformation du béton lorsque le rapport E/L est de O,32.. . . . . ... 9 1
7.2 Courbes contrainteldéformation du béton lorsque le rapport E/L est de 0,27.. . . . . . . .92
Courbes contrainteldéformation du béton sans ajout de particules de caoutchouc dans le béton.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . -93
Courbes contrainteldéformation du béton lorsqu'on substitue 20 % de Ia masse de sable par des particules de caoutchouc.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -94
Courbes contrainte/déformation du béton sans ajout de fibre de fonte dans le béton .................................................................................. 95
Courbes contrainteldéformation du béton lorsqu'on ajout 3 kg de fibre de fonte dans le béton ............................................................................................... 96
Variation de la perte de masse des éprouvettes entre 10 et 25 cycles lors de l'essai d'écaillage ............................................................................................... 100
Photos de la surface écaillée des éprouvettes des mélanges # let 2 après 25 cycles (saumure). ..................................................................................... 101
Photos de la surface écaillée des éprouvettes des mélanges # 3 et 4 après 25 cycles (saumure) ............................................................................. 102
7.10 Photos de la surface écaillée des éprouvettes des mélanges # 5 et 6 après 25 cycles (saumure).. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1 O3
7.1 1 Photos de la surface écaillée des éprouvettes des mélanges # 7 et 8 après 25 cycles (saumure). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I O4
7.12 Variation de l'allongement en fonction du nombre de cycles de gel-dégel.. . ... . . 107
7.13 Variation du module d'élasticité dynamique relatif en fonction du nombre de cycles de gel-dégel.. . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . .. 1 O8
LISTE DES ABRÉVIATIONS
MPa
kg/mJ
mégapascal
kilogramme par mètre cube
millimètre
résistance en compression du béton
module d'élasticité
degré celsius
facteur d'espacement des vides d'air
rapport eau liant
mètre cube
kilogramme
mètre carré par kilogramme
masse volumique
déformation unitaire
coefficient de dilatation thermique
conductivité thermique
gigapascal
micromètre
microstrain
litre par mètre cube
mètre carré par gramme
millilitre
gramme par centimètre cube
Newton
millimètre carré
MTRODUCTION
Les entreprises manufacturières sont à la recherche constante de matériaux
nouveaux pour fabriquer leurs produits. Parmi les nombreux matériaux utilisés, on
retrouve le béton qui offie plusieurs caractéristiques intéressantes : durabilité, facilité de
production, couleurs et formes variées, coût relativement faible. Malgré tous ces
avantages. le béton conventionnel ne recueille qu'une très faible part du marché de la
confection d'éléments préfabriqués pour la vente au détail (pots de fleurs, roches
décoratives, meubles, etc.).
En dépit de sa grande polyvalence, l'utilisation du béton pour la fabrication
d'éléments destinés a la vente au détail demeure fortement limitée par le poids des
éléments. Par contre, il est possible de réduire leur poids en utilisant un béton de faible
masse volumique. Pour développer un tel béton, deux éléments doivent être pris en
considération : les concepts liés à ta fomulation des bétons légers et l'utilisation de
granulats légers. Par ailleurs, il devient de plus en plus intéressant d'évaluer le potentiel
des matériaux recyclés Iégers comme source de matières premières.
Les objectifs de ce mémoire sont: 1) la conception d'un béton léger pour
fabriquer des éléments destinés à la vente au détail ; 3) l'utilisation de produits recyclés
comme source de granulats légers. Dans un premier temps, une revue de la
documentation liée a la formulation des bétons Iégers et aux matériaux recyclés est
présentée. Dans un deuxième temps, on présente tes principaux paramètres qui
gouvernent la conception d'un béton Léger avec matériaux recyclés.
Finalement, l'impact de ces paramètres sur les propriétés du béton à l'état frais et durci
est analysé à partir d'un programme expérimental en laboratoire, de façon à déterminer
un dosage approprié.
CHAPITRE 1
LE BETON LEGER : REVUE DE LA DOCUMENTATION
1.1 Introduction
Les bétons Iégers sont des bétons dont la masse volumique apparente est inférieure à
1800 icg/m3 (Cormon, 1973). Le béton léger est constitué en partie ou en totalité de
granulats légers, de liants hydrauliques ou de résines synthétiques (époxydes, mousses
de polyuréthane, etc.). En fait, la majorité de ces bétons a une masse volumique
apparente faible comprise entre 400 et 1800 kg/m3, comparativement à celle des bétons
conventionnels comprise entre 2200 et 2500 kg/m3 (Cormon, 1973).
En général, on distingue les bétons Iégers confectionnés à partir de granulats légers
de source naturelle, de ceux cüiistitués à partir de granulats Iégers artificiels.
L'apparition du béton léger confectionné à partir de granulats Iégers artificiels date des
années vingt, soit depuis la mise au point par S.J. Hayde du premier procédé de cuisson
de l'argile a partir d'un four rotatif (Cormon, 1973). Bien que l'utilisation des bétons
Iégers ait débuté au siècle dernier, ce n'est qu'a partir des années cinquante qu'ils ont
connu un essor véritable.
Pour développer un béton léger, ont doit prendre en considération deux aspects : la
formulation et le choix des constituants. Dans cette perspective, la revue de la
documentation présentée veut mettre en relief: 1) les particularités en matière de
formulation des bétons légers, 2) la source des constituants spécifiques à la confection
de bétons légers dont les matériaux Iégers naturels, artificiels et recyclis.
1.3 La formulation
L'étude de la formulation d'un béton consiste à défuiir la composition optimale des
granulats et le dosage en ciment et en eau, de façon à atteindre les propriétés du béton
recherchées (Dreux, 1990). Dans l'ensemble, le processus de formulation comprend les
étapes suivantes : 1) définir la nature de l'ouvrage, 2) établir les propriétés du béton en
fonction de la nature de l'ouvrage, 3) établir Ie dosage des constituants permettant ainsi
d'atteindre les propriétés recherchées. Quoique ces étapes soient claires, aucune
méthode de formulation ne permet d'obtenir directement par analyse et manipulation
algébrique une formulation finale. La méthode choisie permet simplement d'établir une
formulation de départ, pouvant convenir aux propriétés recherchées, et devra être
optimisée par essai en laboratoire (Dreux, 1990).
1.2.1 Nature de l'ouvrage
La formulation du béton est tributaire de la nature de I'ouvrage. A ce titre, il
convient de distinguer deux grandes familles de béton Iéger : 1) le béton Iéger structural,
2) le béton Iéger architectural. Bien que le but recherché dans le cadre de ce mémoire
soit davantage axé sur les bétons Iégers architecturaux, on présente de façon sommaire
les distinctions entre ces deux familles. Par la suite, on pourra approfondir les concepts
liés à la formulation d'un béton Iéger à partir de matériau recyclés pour la confection
d'éléments destinés à la vente au détail.
1 21.1 Le béton Iéger stnictunl
L'Association canadienne du ciment Portland (ACCP) définit le béton léger
structural comme un béton ayant une résistance a la compression à 28 jours supérieure a
1 5 MPa dont la masse volumique est inférieure à 1 850 kg/& (Kosmatka et coll., 199 1).
Dans la catégorie des bétons légers structuraux, la diminution du poids spécifique
du béton provient essentiellement de l'utilisation de granulats ayant des densités
nettement inférieures à celles des granulats usuels. Les laitiers de haut fourneau, les
argiles et les schistes expansés, les cendres volantes, les pierres ponces, Les scories et le
tuff constituent en grande partie les sources disponibles de matière première pour
fabriquer des granulats Iégers destinés à la confection de bétons légers structuraux. Une
description plus exhaustive de chacun de ces granulats est donnée au chapitre 2.
Le béton léger stnictural est utilisé pour répondre a des exigences structurales
spécifiques. Ainsi, on utilise du béton léger torsque fa capacité portante du sol ne
permet pas l'érection d'une structure conventionnelle ; pour construire un bâtiment de
grande hauteur pour lequel la diminution de poids est particulièrement intéressante
compte tenu de la capacité portante du sol ; pour construire des plates-formes de forage
dont la diminution de masse facilite ie transport dans les zones à faible tirant d'eau.
Règle générale, cette réduction de poids peut entraîner des économies substantielles dans
la réalisation d'ouvrage (Cormon, 1973).
1 2.1.3 Le béton léger architectural
Tout comme pour le béton Iéger structural, I'ACCP définit un béton Iéger
architectural comme étant un béton ayant une résistance à la compression à 28 jours
comprise entre 0,7 et 7 MPa et dont la masse volumique varie entre 240 à 1440 kg/m3.
On peut obtenir un béton de masse volumique aussi faible de trois façons : 1) par
l'utilisation de granulats ultra-légers, 2) par l'utilisation d'un agent moussant, 3) par la
confection d'un béton caverneux.
Les granulats ultra Iégers - Les granulats ultra-légers regroupent les matériaux tels
que la perlite, la vermiculite et les billes de polystyrène. Avec ces matériaux, on obtient
d'excellentes propriétés thermiques et acoustiques. Ils sont utilisés principalement dans
les toitures, les murs coupe-feu ou comme matériaux isolants (Corrnon. 1973).
Les agents moussants - Les agents moussants sont utilisés dans le béton pour produire
un volume d'air important. Les bétons légers architecturaux produits a partir d'agents
moussants constituent la famille des bétons cellulaires pour lesquels i l est dificile
d'identifier des propriétés spécifiques puisqu'etles varient proportionnellement au
volume d'air incorporé. Les bétons cellulaires ont généralement une masse volumique
et une résistance a la compression extrêmement faibles. L'utilisation la plus courante
des bétons cellulaires se limite au béton de remplissage dans des murs, plafonds,
planchers ou comme matériaux de remblai (Neville. 1981).
Béton caverneux - Les bétons caverneux sont obtenus en supprimant la totalité ou une
partie du sable dans le béton (Connon, 1973). Un béton ne contenant pas de sable
produit une agglomération de gros granulais dont les particules sont recouvertes par un
film de pâte de ciment d'une épaisseur de 1 à 3 mm. Cette substitution crée à l'intérieur
du béton de larges cavités (pores), responsables de la diminution de la masse volumique
et de la baisse de résistance a la compression (Neville, 1981). On obtient ainsi des
masses volumiques de l'ordre de 1600 à 1800 kg/m3 avec des résistances a la
compression de 3 a 7 MPa a 28 jours, et ce, même en utilisant des granulats
conventio~els (Dreux, 1990). Leur utilisation n'est généralement pas associée a la
recherche de la légèreté du produit, mais bien davantage pour les particularités
économiques occasionnées par la faible teneur en ciment. On les utilise pour des
ouvrages requérant des propriétés drainantes, tels les puits de captage des eaux de
ruissellement.
1 2 . 2 Provriétés recherchées des bétons destinés à la vente au détail
La section précédente a abordé la nature de l'ouvrage. il s'agit maintenant d'établir
les propriétés requises pour réaliser l'application recherchée dans le cadre de ce
mémoire. La production d'éléments en béton destinés à la vente au détail s'apparente
davantage à Ia catégorie des betons légers architecturaux. En conséquence, la
description des propriétés des betons sera davantage axée sur les éléments suivants : 1)
la faible masse volumique, 7) la durabilité, 3) la rhéologie à l'état kais et 4) les
propriétés mécaniques (résistance a la compression, module d'élasticité, etc.).
1 2.3.1 La masse volumiaue recherchée
La masse volumique du béton représente l'une des caractéristiques les plus
importantes dans le cadre de la présente recherche. En effet, la condition essentielle
pour produire des éléments en béton destinés a la vente au détail est sans contredit la
diminution de la masse volumique de la matière première, c'est-à-dire le béton. La
réduction de la masse volumique est rendue possible en changeant le type de granulat et
en faisant varier les proportions des différents constituants. La section 1.2.3.1 présente
plus en détail les éléments du dosage qui sont susceptibles de diminuer la masse
volumique.
1.2.2.2 La durabilité recherchée
Bien qu'une résistance mécanique minimale soit requise pour fabriquer des
éléments architecturaux? les conditions d'exposition conditionnent souvent la conception
du béton. En effet, les cycles de gel-dégel en présence ou non des sels fondants
représentent un aspect critique de la durabilité des bétons légers exposés aux
intempéries. 11 est important de faire la distinction entre les dew types d'attaque par le
gel, avec ou sans sels fondants, puisque les mkcanismes de détériorations sont différents
(ATILH, 1989).
Dégradation par les cycles de gel dégel - La dégradation du béton causée par le gel se
présente le plus souvent sous forme d'une microfissuration des éléments tant en surface
que dans la masse. Le mécanisme associé à la détérioration due aux cycles de gel-dégel
peut être associé, d'une part, au changement de volume de I'eau sous l'effet du gel et,
d'autre part, par la mobilisation de I'eau dans les pores vers les sites de gel sous I'effet
des phénomènes thermodynamiques (ATILH, 1989).
Dégradation par les cycles de gel-dégel en présence de sels fondants - Les
dégradations du béton sous l'action des cycles de gel-dégel en présence de sels fondants
se présentent le plus souvent par une dégradation en couche mince du béton de peau
sous forme d'écailles : l'écaillage. Les mécanismes associés a I'écaillage résultent de
deux actions : un choc thermique brutal dû au dégel et la diffusion des sels par osmose
dans la pâte de ciment hydraté. Le premier effet se produit lorsqu'on traite une surface
glacée avec un sel fondant. Ce se[ produit une fusion brutale de la glace qui consomme
alors une importante quantité de chaleur, ce qui donne lieu a un choc thermique. Cette
chaleur est empruntée au voisinage immédiat et principalement à la couche superficielle
du béton. Celle-ci se rehidi t donc brusquement en dessous de 0 OC. D'autre part, la
diffusion lente des sels à travers le béton par osmose est susceptible de développer
localement des pressions osmotiques ilevées à travers les couches d'hydrates qui jouent
le rôle de membrane semi-imperméable (ATILH, 1989).
Pour contrer les effets des cycles de gel-dégel et des sels fondants, on incorpore
au béton un agent entraîneur d'air qui a pour fonction de produire un réseau de
microbulles d'air au sein de la pâte de ciment hydraté. Ces bulles d'air microscopiques,
réparties de façon uniforme, limitent les pressions internes, induites par la présence de
l'eau dans les pores sous l'effet du gel, sous le seuil de la résistance a la traction de la
pâte. L'air entraîné joue donc essentiellement un rôle de soupape. Les recherches ont
montré qu'il faut limiter [a distance moyenne entre deux bulles d'air adjacentes, ce que
l'on appelle le facteur d'espacement des vides d'air (L), pour éviter la détérioration de la
pâte de ciment hydraté qui cède localement en tension (Pigeon, 1981).
1.2.2.3 La rhéologie recherchée à I'état frais
La rhéologie du béton à l'état Frais définit la relation contrainteldéformation du
matériau en référence à ses propriétés d'élasticité, de plasticité et de viscosité. On
qualifie la rhéoIogie du béton à l'état frais en fonction de l'énergie nécessaire à la mise
en place par rapport à la qualité recherchée du fini. En conséquence, les paramètres dont
on doit tenir compte lors du dosage relativement à la rhéologie du béton léger à I'état
fiais sont : les méthodes de moulage et de mise en place, la qualité de la finition et la
dimension des granulats et des coffrages (Kosmatka et coll., 1991).
1.2.2.4 Les ~ ro~r i é t é s mécaniques recherchées
Parmi les propriétés mécaniques, on retrouve la résistance à la compression, à la
flexion et à la traction. Ces propriétés sont des paramètres secondaires dans la
conception d'un béton ultra-léger puisque leur importance est relativement mineure pour
ce type de béton. Toutefois, on ne peut les négliger puisque tous les bétons, peu importe
l'application, nécessitent un minimum de résistance mécanique. A cet effet, la section
1.3.3.1 évoque les principes de dosage susceptibles d'influencer les propriétés
mécaniques.
Partant des deux éléments énumérés précédemment, soit la nature de l'ouvrage et Ies
propriétés recherchées du béton, on est en mesure de préciser les paramètres de dosage
du béton. Le dosage en soit consiste essentiellement à déterminer la proportion des
constituants de manière à produire le béton répondant aux qualités du béton recherchées.
Cependant, ce dosage n'est pas aléatoire puisque l'obtention des qudités recherchées
repose sur des principes (qualité de la pâte, type de granuiat, rhéologie, etc.), Iesquels
sont définis a la section suivante. Une fois ces principes établis, on peut identifier la
méthode de dosage qui correspond le mieux aux matériaux utilisés et aux conditions
d'application.
1.2.3.1 Les ~ r i n c i ~ e s de dosage
Le principe de dosage d'un béton repose sur des concepts fondamentaux reliés au
Comportement du béton à l'état frais et durci. L'étude sommaire de ces concepts va
permettre, d'une part, de mieux comprendre les mécanismes du comportement interne
du béton et. d'autre part, aider à la compréhension des concepts menant à la formulation
d'un béton ultra-léger durable.
On peut, a priori, admettre que le béton est constitué essentiellement de deux
phases : la pâte de ciment hydraté et les granulats (Kosmatka et coll., 1991). Partant de
cette représentation simplifiée de la composition d'un béton, on peut s'attendre a ce que
les principes de dosage soient grandement influencés par ces deux phases. En effet, les
propriétés du béton varient essentiellement en fonction des matériaux utilisés et de leur
dosage. Les principes de dosage font référence à quatre principaux facteurs : 1) la
qualité de la pâte de ciment hydraté, 2) la qualité des granulats, 3) la rhéologie
recherchée, 4) les propriétés mécaniques recherchées. Les trois premiers facteurs sont
similaires pour la majorité des bétons, qu'ils soient architecturaux ou structuraux, alors
que les propriétés mécaniques recherchées sont particulières aux conditions
d'application. De façon à mieux comprendre l'influence de chacun de ces facteurs sur le
dosage d'un béton, on les présente individuellement.
La pâte de ciment - La pâte de ciment représente approximativement 30 % du volume
d'un béton. Malgré cette faible proportion, la qualité de la pâte est grandement
responsable de la qualité du béton. La pâte de ciment est constituée de quatre phases
distinctes : les hydrates, les grains non hydratés de ciment, les pores capillaires et les
bulles d'air. Deux principaux hydrates résultent de l'hydratation du ciment Portland :
les silicates de calcium hydratés, les C-S-H, qui sont insolubles, et la chaux hydratée, Ie
CH, qui est soluble. Les C-S-H constituent plus de 50 % des hydrates qui donnent au
béton sa rigidité. Quant aux effets de la chaux, elle a probablement peu d'influence sur
la résistance mécanique et des discussions se poursuivent encore à ce sujet. Par contre,
son influence sur la résistance aux attaques des eaux agressives est ires appréciable
(Pigeon, 198 1).
La qualité de la pàte dans le béton est tributaire de la densité de la pâte de ciment
hydraté. Deux principales conditions sont essentielles pour obtenir une pâte dense de
bonne qualité : un faible rapport eadiant (EL) et un mûrissement humide adéquat. Le
faible rapport E L contribue au rapprochement des grains de ciment réduisant ainsi la
porosité capillaire (Pigeon, 1981). Le rapport E/L nécessaire à l'hydratation des grains
de ciment peut être aussi faible que 0,22 à 0,25. Le surplus d'eau apporté par un rapport
E/L supérieur contribue essentiellement à rendre le mélange plus malléable : rhéologie a
l'état frais. Le mùrissement favorise la formation, entre autres, des C-S-H et permet la
densification de la pâte de ciment hydraté en remplissant les pores capillaires. Pour
densifier davantage la pâte de ciment, on peut utiliser certains ajouts cimentaires, les
pouzzolanes, qui réagissent avec la chaux hydratée produite par I'hydratation du ciment
Portland pour former de nouveaux C-S-H.
Les granulats - Comme les granulats représentent à peu près 70 % du volume total d'un
béton, leur influence est significative. En effet, le granulat représente I'ossature du
béton. Les granulats utilisés doivent être composés de particules propres, dures,
résistantes et durables. De plus, elles doivent être exemptes de tout produit chimique
nuisible. La surface des particutes doit être exempte d'argile ou de tout autre matériau
fin qui pourrait nuire à l'hydratation et à l'adhérence de la pâte de ciment. Les grandats
influencent le dosage, le coût et les propriétés du béton à I'état fiais et durci. La
granulométrie, la forme, la texture, la densité, l'absorption, la résistance mécanique, la
résistance à l'abrasion, la réactivité, la propriété thermique et la résistance au gel sont
autant de caractéristiques d'un granulai qui vont influencer directement la formulation
du béton (Kosmatka et coll., 1991).
En particulier, la granulométrie et la grosseur nominale maximale d'un granulat
exercent une influence directe sur la rhéologie a I'état frais du béton. Toute variation
granulométrique modifie directement l'uniformité du béton. Par exemple, l'utilisation
d'un sable très fin est souvent peu économique puisque, pour une ouvrabilité donnée, la
teneur en ciment devra être plus grande (Kosmatka et coll., 1991). Par ailleurs, les
sables et les ganulats très grossiers peuvent produire des mélanges raides et peu
malléables. En général, les granulats présentant une granulométrie régulière donnent les
meilleurs résultats.
La forme et la texture d'un granulat influencent davantage la rhéologie a l'état
frais d'un béton fiaichement malaxé que celle d'un béton durci. Un béton fabriqué avec
des granulats dont les particules sont rugueuses, anguleuses et allongées demande plus
d'eau qu'un béton fabriqué avec des granulats lisses, arrondis et compacts. Du point de
vue de la rhéologie à I'état fiais, les particules anguleuses nécessitent donc plus de
ciment pour maintenir le même rapport eadiant. De même, les bétons fabriqués avec
des granulats anguleux ou a granulométrie très discontinue peuvent être difficiles à
pomper. Par contre, l'adhérence pâte/granulat est souvent meilleure dans le cas des
particules rugueuses et anguleuses comparativement aux particules lisses et arrondies. II
importe donc de tenir compte de ces aspects lors de la sélection des granulats pour un
béton (Kosmatka et coll., 1991).
Deux autres propriétés intrinsèques du granulat sont essentielles à la formulation
du béton : la densité et l'absorption. La densité sert au calcul du dosage des bétons. La
majorité des granulats usuels ont des densités comprises entre 2,40 et 2,90. Le volume
des vides varie généralement de 30 à 45 % pour les gros granulats et de 40 à 50 % pour
les granulats fins. Le volume des vides entre les particules va donc influencer le besoin
en pâte. Afin de pouvoir contrôler la quantité nette d'eau de gâchage et calculer
correctement le dosage du mélange, on doit aussi tenir compte de I'absorption et de
l'humidité superficielle des granulats. Le degré d'absorption d'un granulat varie
généralement de 0'2 à 2 %. De façon à respecter les quantités calculées, l'eau de
gàchage utilisée dans les bétons doit être ajustée en fonction des conditions d'humidité
des granulats, Faute de maintenir la teneur en eau constante, la résistance à la
compression. la maniabilité et les autres propriétés du béton varieront d'une gâchee à
l'autre. Ceci est d'autant plus vrai dans le cas des granulats légers où le pourcentage
d'absorption est élevé.
Les granulats doivent présenter une bonne résistance aux cycles de gel-dégel, à
l'abrasion, au retrait, aux acides et au feu. II est difficile de trouver un granulat pouvant
répondre à tous ces critères. Cependant, on peut identifier certaines caractéristiques
essentieIles d'un granulat qui sont des indicateurs d'une bonne qualité, notamment sa
faible porosité et sa dureté. En effet, un béton fabriqué avec des granulats durs et de
faible porosité sera susceptible de résister à plusieurs types d'agression.
Certaines substances peuvent être présentes dans les granulats et réagir
chimiquement avec l'un des constituants du béton. Ces substances réactives produisent :
1) des variations volumétriques importantes de la pâte, des grandats ou des deux, 2) des
entraves a l'hydratation normale du liant, 3) des sous-produits indésirables. La réaction
la plus connue est la réaction alcali-grandat (RAG) qui entraîne la détérioration du
béton lorsque des minéraux réactifs de certains granulats réagissent avec les alcalis du
ciment (Gagné, 1994).
Pour fabriquer un béton ultra-léger, il est évident que les granulats choisis, qu'ils
proviennent d'une source naturelle ou qu'ils proviennent de matériaux recyclés, doivent
ètre légers. En plus de la légèreté, ceux-ci devront également rencontrer d'autres
exigences telles que le coût, la disponibilité et les propriétés mécaniques, chimiques et
rhéologiques typiques aux granulats usuels.
La rhéologie à I'état frais - Les paramètres de dosage susceptibles d'influencer la
rhéologie sont : le rapport eaulliant, la granulométrie, la forme et la texture des granulats
et la présence ou non d'adjuvants. Le rapport eauAiant est sans doute le critère le plus
important puisqu'il définit les caractéristiques de la pâte (viscosité, seuil d'écoulement,
etc.) et qu'il joue ni plus ni moins le rôle de lubrifiant entre les granulats sous l'effet
d ' u écoulement. La granulométrie de la masse granulaire est le deuxième aspect
important pour obtenir une bonne rhéologie à l'état Frais (Kosmatka et coll., 1991). En
effet, L'utilisation d'un granulat dont la courbe granulométrique est étalée procure au
béton une meilleure homogénéité et, par le fait même, une meilleure maniabilité.
L'influence de la forme et de la texture des particules sur la rhéologie est
compréhensible, puisque les particules rugueuses et anguleuses offrent plus de résistance
à l'écoulement.
L'utilisation d'adjuvants représente un moyen de contrôler la rhéologie. Par
exemple, l'utilisation d'un agent entraîneur d'air améliore de façon substantielle la
maniabilité du béton fiais et réduit les risques de ségrégation et de ressuage
(Neville, 1981). Par ailleurs, pour des contraintes plus sérieuses, par exemple, dans le
cas d'une pâte de ciment très cohésive (EL faible) ou pour des contraintes de mise en
place critique, l'ajout d'un superplastifiant permet d'améliorer la maniabilité.
Les propriétés recherchées - Lorsqu'on cherche a concevoir un béton, il faut tout
d'abord établir les conditions d'application et, par le fait même, les propriétés
recherchées. Celles-ci se résument aux propriétés mécaniques et à la durabilité. De
façon générale, la résistance mécanique du béton est grandement attribuable à la qualité
de la pâte de ciment hydraté et à la qualité des granulats. Un rapport E 5 faible et
l'utilisation de granulats de qualité sont essentiels pour garantir de bonnes propriétés
mécaniques et une durabilité appropriée au béton. Toutefois, en ce qui concerne la
durabilité, la qualité de la pâte et des granulats est souvent insuffisante (ATILH, 1989).
En effet, l'action des cycles de gel-dégel nécessite l'usage d'un agent entraîneur d'air
pour assurer la durabilité du béton. De même, l'utilisation de ciments spéciaux peut
améliorer la durabilité du béton exposé aux sulfates.
1.2.3.2 Les méthodes de dosage
Le dosage, ou formulation, des bétons vise à déterminer la combinaison de
matériaux et de leurs proportions la plus économique et la plus pratique pour faire face
aux conditions d'application. Les méthodes de dosage sont nombreuses. Dans la
majorité des cas, elles proposent de fixer initialement un rapport E/L correspondant à la
résistance à la compression recherchée. Par la suite, les autres paramètres sont établis à
partir de concepts empiriques issus de l'expérience et diffusés sous forme d'abaques.
On dénote bien entendu quelques spécificités pour chacune des méthodes, comme par
exemple, le concept de granularité continue et discontinue. De façon générale, toutes les
méthodes de dosage conçu pour les bétons conventionnels s'appliquent au cas d'un
béton léger moyennant quelques modifications (Dreux, 1990).
La méthode retenue pour le présent travail de recherche est la méthode des volumes
absolus développée par American Concrete Insiiïute (ACI). Cette méthode est semi-
analytique et est donc basée en partie sur l'expérience, laquelle a été traduite sous forme
algébrique. Cette méthode propose de déterminer le volume de granulat fin en
soustrayant de 1 m3 le volume absolu des ingrédients connus. On calcule le volume
absolu de l'eau, du ciment et du gros granulat en divisant la masse connue de chacun par
le produit de sa densité et de la masse volumique de l'eau.
Volume (m3) = Masse du matériau en vrac (kg)
Densité x 1000 kg/ m3
A l'origine. cette méthode a été mise au point par l'AC1 pour produire des abaques et
des graphiques correspondant aux caractéristiques moyennes des bétons. Ceux-ci
pouvaient dors être utilisés comme valeurs de référence pour formuler de nouveaux
bétons pour lesquels on n'avait qu'a vérifier l'exactitude avec des gàchées d'essai en
laboratoire.
L'utilisation de granulats légers présente une contrainte importante pour le
dosage du béton. Effectivement, Ie degré d'absorption des granulats tégers est élevé,
soit environ de 15 a 30 % comparativement a 0,5 à 2 % pour les granulats usuels. La
teneur en eau d'un béton léger revêt donc une importance particulière. En effet, lors du
malaxage, une partie de l'eau de gâchage est absorbée par les granulats partiellement
saturés ce qui entraîne une variation importante de la rhéologie du béton a l'état frais.
Ce phénomène est dificile à contrôler en production puisqu'ii varie en fonction du
temps, de la porosité des granulats et de leur degré de saturation lors du malaxage. II
convient donc de saturer les granulats, avant le gâchage, et d'établir leur degré
d'humidité pour corriger la quantité d'eau de gâchage de manière à contrôler le rapport
E L (Cormon, 1973).
Dans le cas des bétons contenant des matériaux de recycIage, la documentation
ne fait pas état d'une méthode de dosage spécifique, mais donne seulement des
indications quantitatives quant a leur pourcentage d'incorporation.
1.3 Les constituants du béton
Le béton conventionnel est un matériau relativement simple à fabriquer dont les
composantes sont bien connues. Cependant, l'arrivée de nouvelles contraintes
techniques, économiques et environnementales a conduit les chercheurs a expérimenter
de nouveaux matériaux au fil des années. Cette section a donc pour but de présenter une
description sommaire des principaux constituants des bétons légers.
ont la pro
1.3.1 Les liants hvdrauliaues
Les liants hydrauliques sont des poudres minérales qui ipriété de réagir
au contact de l'eau et de former des hydrates. Déjà il y a deux mille ans, les Romains
avaient découvert le ciment lorsqu'ils s'aperçurent que Ia chaux résultant de la
décarbonatation des calcaires, mélangée avec l'eau et des pouzzolanes (terres
volcaniques faites de silice et d'alumine) donnait un mortier qui durcissait (Tapit-
Hamou, 1995).
t e ciment Portland demeure le liant hydraulique le plus utilisé au Québec. 11 est
composé de chaux (Cao), de fer (Fez03), de silice (SiO3, d'alumine (A1203), de gypse
(CaS042H20) et de magnésie (MgO). En plus du gypse, le ciment Portland est constitué
de quatre principales composantes : l'alite (C3A) et la bélite (C2S) combinées à une
phase interstitielle de (C3A) et de (CdAF) appelée autrefois célite. Au contact de l'eau le
ciment s'hydrate : c'est l'hydratation. Le processus d'hydratation, lent et progressif, est
accompagné d'une perte progressive de plasticité jusqu'au durcissement complet de la
pâte de ciment.
Depuis quelques années, d'autres types de liants sont de plus en plus utilisés tels
les ajouts minéraux. Ces ajouts sont employés en complément au ciment Portland,
puisqu'ils conferent au béton une bonification de certaines de ses propriétés. On définit
les ajouts minéraux comme étant tout matériau autre que le ciment, l'eau, les grandats
qui sont ajoutés au béton et qui ont une réaction d'hydratation avec l'eau et le ciment.
Les ajouts minéraux sont des produits naturels ou des sous-produits industriels finement
moulus dont les principaux produits d'hydratation sont des C-S-H et des hydrates
d'aluminates. L'incorporation d'une certaine quantité d'ajouts minéraux permet
d'améliorer le comportement du béton à l'état frais et durci.
11 existe trois grandes familles d'ajouts minéraux : 1) les cendres volantes, sous-
produits de la combustion du charbon dans les centrales thermiques, 2) les laitiers de
haut fourneau. sous-produits de la production de la fonte, 3) les fumées de silice, sous-
produits de la production de silicium ou de ferrosilicium (Tapit-Hamou, 1995).
Ces ajouts minéraux ont la propriété de réagir avec la chaux libérée lors de
l'hydratation du ciment Portland et de former de nouveaux C-S-H. La nature de ces
C-S-H est la même que celle obtenue de l'hydratation du ciment Portland. Seul le
rapport chaux/silice est different, largement plus important que dans le cas des C-S-H
issus de l'hydratation du ciment Portland. Cette particularité semble leur permettre
d'incorporer dans la structure de leurs hydrates des ions de differentes natures dont les
alcalis. L'appauvrissement des alcalis dans la solution tend à abaisser le pH de L'eau
interstitielle de la pâte de ciment hydraté ('Tapit-Hamou, 1995).
Dans le présent programme de recherche, on compte utiliser de la fumée de silice
dans la formulation des bétons légers. II convient donc de donner quelques informations
additionnelles sur cet ajout minéral. La fumée de silice est constituée de grains
extrêmement fins et de formes sphérique d'un diamètre moyen d'environ 0,l pm, soit
200 fois pIus petits que la taille moyenne des grains d'un ciment Portland (Kosmatka,
199 1). La b é e de silice est constituée essentiellement de S i 9 et la surface spécifique
de ces grains e n de 20 000 à 25 000 m2kg comparativement à 350 m2/kg pour le ciment
Portland (type 10). Cette très grande fiesse de la fumée de silice en fait un produit
difficile a manipuler. De plus, son utilisation dans le béton augmente la demande en
eau.
La Fumée de silice contribue à améliorer la finition et la pompabilité du béton à
l'état frais. Elle contribue également a améliorer les résistances a la compression a jeune
ige et aux âges avancés des bétons, à augmenter la résistance aux cycles de gel-dégel et
à l'écaillage en présence de sels fondants, à diminuer le degré d'absorption et la
perméabilité et à augmenter la résistance aux sulfates (Kosmatka et coll., 1991).
1.3.2 Les pranulats
Un granulat est un ensemble de particules de matière solide, provenant de roches
meubles ou consolidées ou de matériaux de recyclage ; ces particules sont de dimension,
de forme et de nature diverses.
Le rôle des granulats dans le béton ne se limite pas au remplissage. Ils agissent
également de façon tout aussi importante sur les caractéristiques physiques et chimiques
du béton. De plus, certaines propriétés du béton frais et durci sont également
attribuables aux granulats (Kosmatka et coll., 1991). Le tabIeau 1.1 montre différentes
propriétés des granulats en relation avec les propriétés du béton sur lesquelles ils ont une
influence. II est a noter que ces paramètres sont généraux et que, selon le type
d'application, leur degré d'importance peut varier considérablement. Le choix des
granulats sera donc effectué de façon à permettre la production d'un Eton ayant une
résistance et une durabilité appropriées, et ce, au plus bas coit possible.
Tableau 1.1
Caractéristiques des granulats relativement aux propriétés du béton
Caractéristiques des
granulats
Résistance à l'abrasion
Et à la dégradation
Résistance au gel-dégel
Résistance de la surface
A la désintégration
Forme et texture de la
surface des particules
Granulométrie
Masse volumique
Densité
Absorption et humidité
superficielle
Résistance aux alcalis,
Réactivité et changement
De volume
(Kosmatka et coll., 1991
Propriétés du béton Essais de contrôle
Résistance à l'usure des planchers et
sur les granulats
CSA A23.2- 16A
chaussées
Ecaillage de surface, rugosité
CSA A23 $2- 17A
CSA A23.2-9B
et perte de profil
Résistance aux conditions climatiques
CSA A23.2-22A
CSA A23.2-9A
I
Ouvrabilité du béton frais
Ouvrabilité du béton frais, économie
CSA A23.2-15A
CSA A23.2-13A
CSA A23.2-2A
Calcul des mélanges et classification
CSA A23.2-5A
CSA A23.2-10A
Calcul des mélanges
Contrôle de la qualité du béton
Résistance aux changements de volume
CSA A23.2-6A
CSA A23.2- 12A
CSA A23.2-6A
CSA A23.2- 1 1 A
CSA A23.2- 12A
CSA A23.2- 14A
CSA A23.2- 1 SA
CSA A23.2-19A
CSA A23.2-20A
CSA A23.2-21 A
1.3.3 Les ad-iuvants
Dans le béton, les adjuvants sont devenus des composants indispensables pour
atteindre les propriétés recherchées. On utilise ces adjuvants chimiques, entres autres,
pour retarder ou pour accélérer la prise du ciment, pour réduire la quantité d'eau dans la
pàte. pour fluidifier ou pour entraîner de l'air. Leurs multiples applications résultent de
leurs effets chimiques ou physiques sur les grains de ciment et sur la pâte de ciment.
Malgré cette diversité, deux catégories d'adjuvants sont plus souvent utilisées pour la
confection de bétons légers. 11 s'agit des plastifiants pour leur aptitude à fluidifier le
béton ayant un faible rapport EIL et les agents entraîneurs d'air pour contrer les effets
dus aux cycles de gel-dégel.
1.3.3.1 Les agents entraîneurs d'air
On retrouve sur le marché plusieurs agents entraîneurs d'air, mais leur
composition chimique se résument à quelques produits dont les plus utilisés sont les sels
des acides gras. L'air entraîné améliore la maniabilité du béton Frais et la durabilité du
matériaux face aux cycles de gel-dégel en présence ou non de sels fondants.
I .3.3.2 Les agents moussants
Les agents moussants sont, en quelque sorte, des supers-agents entraîneurs d'air
qui ont pour fonction de substituer des bulles d'air à une partie de la pàte et des
granulats. Cette substitution permet donc une diminution de la masse volumique. On
distingue deux catégories d'agent moussant : les CLSM (Controlled Low-Strengfh
Marerials) et Les LD-CLSM (Low-Density Controlled Low-Strengfh Materiais). Les
C L S M , qui entraînent jusqu'à un maximum de 30 % d'air, donnent des bétons de masse
volumique sup6rieure à 800 kg/m3, comparativement aux LD-CLSM qui peuvent
entraîner juqu'à 70 % d'air pour des bétons de masse volumique inférieure à 800 kglm3.
Les agents moussants sont généralement composés de protéines hydrolysées ou
de résine de savon. On les utilise dans le béton léger. La répartition uniforme des bulles
est obtenue pendant le malaxage à haute vitesse (Neville, 1981). Il existe deux procédés
d'incorporation : le premier, pour les CLSM, consiste a ajouter le produit sous forme de
poudre ou de liquide dans le malaxeur et le second, généralement utilisé pour les LD-
CLSM, consiste à utiliser un fusil a mousse, celui-ci fait mousser le produit avant de
l'introduire dans le malaxeur.
1.3.3.3 Les superplastifiants
On utilise les superplastifiants pour réduire le rapport E L , ce qui permet
d'augmenter les résistances à la compression du béton tout en améliorant sa maniabilité.
Les superplastifiants sont des produits de synthèse, fabriqués pour les besoins de
l'industrie du béton. Ils sont constitués de polymères dont la composition et la taille
sont ajustées pour optimiser l'effet dispersant. La pureté de ces produits de synthèse
permet de les utiliser à fort dosage, sans être au prise avec des effets secondaires tels que
I'entrainement d'air et les retards de prise du ciment. Cependant, leur coût est
relativement élevé.
Les superplastifiants se subdivisent en deux grandes familles, soit les
polycondensés de forrnaldéhyde et de mélamine sulfonatée (PMS) et les polycondensés
de formaldéhyde et de naphtalène sulfonaté (PNS). On retrouve également quelques
autres types tels que des lignosulfonates modifiés, des polyacrylates et des esters
(Ramachandran et Malhotra, 1984).
Les particules de ciment présentent un grand nombre de charges négatives et
positives sur leur surface. Ces charges ont tendance a floçuler en présence d'un liquide
aussi poIaire que l'eau. La formation de flocons empr i so~e une quantité d'eau
grandement supérieure à celle nécessaire au mouillage des grains. L'ajout d'un
superplastifiant va, par adsorption à la surface des grains, permettre de charger tes grains
de ciment de même signe de manière à créer une répulsion de ces derniers. Les
particules, plus mobiles, se repoussent entre elles et favorisent ainsi un empilement
optimal qui est a l'origine de la réduction d'eau.
1.3.4 Les fibres
Les fibres jouent un rôle de micro-armatures, qui s'opposent à [a propagation des
fissures dans la pâte de ciment hydraté. Elles contribuent également à améliorer de
façon très significative le comportement mécanique du béton aprés rupture. Les bétons
renforcés de fibres ont une meilleure ténacité en flexion et une meilleure résistance a
l'impact sans pour autant remplacer le rôle de l'acier d'armature dans le béton armé.
L'ajout de fibres dans le béton modifie relativement peu les résistances a la
compression et à la traction avant la rupture. Leur introduction dans le béton entraîne
par contre une perturbation du squelette granulaire. Cette perturbation est accompagnée
par une perte de maniabihe proportionnelle au dosage en fibres. Pour compenser ce
manque, on doit souvent limiter a 20 mm la dimension maximale du gros granulat et
augmenter la teneur en éléments fins (sable et pâte). Cette modification aura pour effet
d'augmenter la compacité et la maniabilité du mélange.
On trouve sur le mmhé des fibres de différents matériaux (acier, fonte,
poIypropylene, kevlar, etc.) et de formes diverses (droite, ondulée, déformée, à double
tête). Le dosage en fibres est généralement compris entre 0,35 % et l,5 % en volume
(Gagne, 1994). L'effet des fibres sur les propriétés du béton sera donc très variable en
fonction de leur dosage et de leur type.
CHAPITRE 2
GRANULATS POUR BETON LEGER
2.1 Introduction
On peut définir trois catégories de granulat, directement associées aux propriétés
recherchées du biton : 1) les granulats usuels, 2) les granulats légers, 3) les granulats
recyclés.
La fabrication d'un liéton léger repose essentiellement sur l'utilisation de
granulats légers. Considérant l'importance de ceux-ci, il convient donc d'exposer les
principales caractéristiques et les types de granulats utilisés dans la confection de bétons
légers.
2.2 Les granulats usuels
Les granulats dits usuels sont ceux que l'on utilise dans le béton d'utilisation
courante, c'est-à-dire pour les fondations, les ponts, les routes, etc.
Ces granulats sont des sables et des pierres naturels dont la masse volumique
absolue avoisine 2700 kg/m3. La masse volumique absolue est la masse d'un corps par
unité de volume de matière pleine, imperméable, sans vide entre les grains (Dreux,
1990).
Le sable à béton provient généralement de deux sources : d'une sablière naturelle
ou d'une carrière par suite du concassage d'une pierre. Ce dernier est communément
appelé sable manufacturé. La pierre, appelés aussi gros granulats, provient
génbralement de la fragmentation et du criblage de roches consolidées ou d'une gravière,
c'est-à-dire de dépôts déjà fragmentés par altération. Ces altérations peuvent avoir été
causées soit par un cours d'eau ou par le mouvement des glaciers, ce qui est notamment
le cas pour la majorité des gravières au Québec.
Il est difficile d'associer au béton des propriétés spécifiques à partir des
caractéristiques des granulats puisqu'elles varieront de manière considérable en fonction
de plusieurs facteurs importants tels que le rapport EL, la granulométrie, le type de
ciment, l'utilisation d'ajouts, etc. En effet, pour un même dosage en granulats, on peut
atteindre des résistances à la compression totalement différentes seulement en faisant
varier le rapport E/L. De même, la nature du granulat peut avoir une incidence marquée
s u les propriétés d'un béton, même si le rapport E L est constant. Notamment, le
module d'élasticité peut varier du simple au double pour un béton de rapport E/L de 027
en substituant des granulats (sable et pierre) granitiques à des granulats de grès
(Baalbaki. 1990).
2.3 Les granulats légers
Les granulats légers sont caractérisés par une structure poreuse, ce qui explique
leur légèreté. Ils peuvent être d'origine naturelle ou artificielle et ayant subi ou non des
transformations. Leur utilisation dans le béton a pour but de diminuer de façon plus ou
moins importante, selon le granulat léger choisi, la masse volumique. Par contre, cette
réduction de la masse volumique a pour conséquence de diminuer la résistance à la
compression.
Dans la documentation, on dénombre trois catégories de granulats légers : ceux
destinés aux bétons Iégers structuraux, ceux pour les bétons Iégers isolants et ceux pour
les bétons Iégers de remplissage. La figure 2.1 résume les différents types de granulats
Iégers que l'on utilise dans les différentes applications rechechées. Les normes ASTM-
C 3 3 0 Standard specijication for lighhveight aggregates for structural concrete et
ASTM-C3 32 Standard specification for fighiweight aggregates for instrlating concrete
regroupent les exigences ainsi que la description des essais de contrôle pour les granulats
et les bétons légers de structure et les bétons Iégers isolants.
. ~
Y'WT P.* US OCTON DE STWCn'RE MASE VOLUYIQUE.4PPAREhl'E A 31. ( ~ k t l 4 ~ E . i C.4IRi E.. -Yg/mm
Figure 2.1 Classification des bétons légers suivant leur masses volumique apparente et
leur utilisation (Cormon, 1973)
Les granulats ldgers pour bétons structuraux - Les bétons légers structuraux sont
fabriqués à partir de granulats de source naturel tels que les pierres ponces, les scories ou
le tuf. Plusieurs granulats légers de type expansé ou fritté sont couramment utilisés :
argile expansée, schiste expansé, cendres volantes frittées, laitiers expansés, perlite,
vermiculite. Le procédé d'expansion de ce type de granulat consiste principalement à
chauffer la matière première homogénéisée sous forme de pâte préalablement extrudée à
des températures comprises entre 1000 et 1500 O C . Cette chdeur intense a pour effet de
produire la formation d'un gaz ou de vapeur d'eau au sein de la matière forçant ainsi son
gonflement. II en découle un matériau poreux et plus Iéger.
Les granulats légers pour bdtons isolants ou de remplissage - Les billes de
polystyrène expansée, fa perlite, la vermiculite ou tout simplement des agents moussants
sont couramment utilisés pour la confection de bétons légers isolants ou de remplissage.
Les sections suivantes décrivent les différents matériaux utilisés comme source
de granulat Iéger. Pour chacun d'entre eux, on présente la composition et l'origine du
matériau, sa méthode de fabrication et les propriétés du béton confectionné a partir de ce
type de granulat.
2.3. I Argile ex~ansée
Composition et origine - Les argiles ne sont pas toutes susceptibles de gonfler sous
l'effet de Ia chaleur. En effet, seules les argiles contenant de la pyrite, de l'hématite ou
de la dolomie sont réactives. A la fin du processus d'expansion, on obtient des
particules de forme généralement arrondie, présentant une peau brune rougeâtre
enveloppant une texture alvéolaire noirâtre.
Méthode de fabrication - Certaines argiles ont la propriété de gontler sous l'action de
fortes températures de l'ordre de 1000 O C . Ce gonflement est associé à un dégagement
de gaz lié au ramollissement de la matière. Lors de la cuisson, une peau se forme par
vitrification à la surface du matériau. A la suite du refroidissement, on obtient un
granulat léger, dur, à texture cellulaire. Par concassage, on obtient des granulats de
tailles variées et dont la masse volumique apparente varie entre 300 et 1000 kg/m3.
Propriétés du béton - La figure 2.2 montre la relation entre la résistance à la
compression de bétons confectionnés à partir d'argiles expansées et leur masse
volumique. Les résultats montrent que l'on peut obtenir des bétons de résistance tout à
fait acceptable, de l'ordre de 30 à 35 MPa. Pour ce qui est des masses volumiques, elles
se situent autour de 1650 kg/m3 pour les bétons légers structuraux comparativement a
1200 kg/m3 pour les bétons légers isolants. Les autres propriétés du béton léger
confectionné à partir d'argile expansée sont présentées dans le tableau 2.1.
Figure 2.2 Variation de la résistance à la compression du béton confectionné a partir
d'argiles expansées en fonction de sa masse volumique apparente (dans des
conditions normales de conservation : 20 OC, 65 % d'humidité relative),
(Cormon, 1973)
Tableau 2.1
Propriétés du béton léger confectionné à partir d'argile expansée
2.3.2 Schiste expansé
Argile , expansCe
Composition et origine - Les schistes servant à la fabrication des granulats légers
peuvent provenir de diverses origines, soit de schistes naturels (schistes carboniferes,
houillers et bitumineux), ou de schistes plus classiques, en provenance de carrière ou
encore d'ardoise (Cormon, 1973).
Méthode de fabrication - Le procédé de fabrication des granulats légers a partir de
schistes est similaire au procédé par expansion. D'abord, on procède au broyage des
matières premières pour réduire la taille des particules de schiste à un diamètre maximal
de 800 p. Ensuite, on mélange cette poudre à 10 % d'eau pour obtenir une pâte que
l'on va extruder aux environs de 80 O C sous forme de coudes. Les nodules extrudés de 5
à 15 mm sont ensuite sichés et expansés au four à une température de 1300 à 1450 OC.
L'expansion est d'autant plus importante que la température est élevée. Par exempte, la
masse volumique en vrac est d'environ 1000 kg/m3 à 1300 O C comparativement à 380
kg/m3 pour une température de 1450 O C (Dreux, 1990).
P kg/mJ
600 1800
Propriétés du béton - Les bétons légers confectionnés a partir de schistes expansés
atteignent des masses volumiques parmi les plus élevées et, par le fait même, les
meilleures résistances a la compression. Pour cette raison, ils sont majoritairement
utilisés dans la conception de bétons structuraux. La figure 2.3 présente la fourchette de
f c (MPa)
35
A ( k c a ~ m h ' ~ )
0.20 A 0.75
Traction (MPa)
(RclRr& 4 A 8
Retrait (mmlm)
0.3 a 0,6
E (GPa)
6 8 20
Dilatation ( m m h OC)
6 A 7 * IO"
résistance à la compression en fonction des masses volumiques qu'il est possible
d'obtenir avec des schistes expansés. Les autres propriétés du béton contenant des
schistes expansés sont présentées dans le tableau 2.2.
Figure 3.3 Variation de la résistance à la compression du béton confectionné a partir de
schistes expansés en fonction de sa masse volumique apparente (dans des
conditions normales de conservation : 20 O C , 65 % d'humidité relative)
(Connon. 1973)
Tableau 2.2
Propriétés du béton léger confectionné à partir de schistes expansés
Schiste expansé
P kg/m3
800 il 1800
f c (MW IO à 50
Traction (MW
(RclRT)z 10
E @Pa) > 20
Retrait (mmlm)
0.5 à 0.7
Dilatation (mmlm OC)
6 il 7 IOd
A ( k c a ~ m b ' ~ )
0.15 h 0.6
2.3.3 Cendres volantes frittées et exuansées
Composition et origine - Les cendres volantes sont constituées principalement de silice
(50 %) et d'alumine (32 %). Ce sont des sous-produits récupérés de la combustion du
charbon pulvérisé aux environs de 1500 O C . Elles sont constituées en grande partie d'une
matière vitreuse, formée de billes creuses (sphérulites) ou pleines et de micromâchefer
de dimension généralement inférieure à 200 p.
Méthode de fabrication - La méthode de fabrication qui semble être la plus utilisée
consiste au frittage de boulettes produites par un granulateur. L'agglomération des
cendres volantes dans un granulateur est rendue possible grâce a leur propriété
Iorsqu'elIes sont sous forme de poudre humide, de s'agglomérer sous forme de billes
lorsqu'on les malaxe. Cet effet est créé par la tension superficielle entre l'eau et les
particules très fines. Une fois les granules formés, de taille suffisante, ils sont envoyés
vers le four pour le frittage. Le procédé de frittage consiste à souder entre elles les
petites particules de cendre par fusion a haute température (1300 O C ) . A la sortie du
four. on obtient un produit dont la masse volumique apparente avoisine les 800 kg/m3.
Cette faible masse volumique s'explique du fait que l'opération de frittage permet de
créer de petits espaces d'air entre les particules de cendre.
Propriétés du béton - Les bétons fabriqués a partir des cendres volantes frittées
présentent une bonne étendue de masse volumique et de résistance à la compression. A
titre d'exemple il est possible de fabriquer du béton caverneux à partir de cendres
volantes fnttées dont la masse volumique est de 900 kg/m3. On peut égaiement
fabriquer un béton structurai avec une masse volumique de 1850 kg/m3 en passant par
des mélanges avec air entraîné pour la fabrication de panneaux isolants a 1350 kg/m3.
La figure 2.4 définit la relation entre la masse volumique du béton et la résistance à la
compression. Les autres propriétés du béton contenant des cendres volantes expansées
sont présentées dans le tableau 2.3.
Figure 2.4 Variation de la résistance à la compression du béton confectionné a partir de
cendres volantes frittées et expansées en fonction de sa masse volumique
apparente (dans des conditions normales de conservation : 20 OC, 65 %
d'humidité relative) (Cormon, 1973)
Tableau 2.3
Propriétés du béton léger confectionné à partir de cendres volantes frittées et expansées
2.3.4 Laitier expansé
Cendres volantes
Composition et origine - La composition chimique des laitiers est en grande partie
constituée de silice, d'alumine et de chaux. ils sont obtenus lors de la production de la
fonte dans les hauts fourneaux.
P kg/ni3
900 il 1850
Pc (MPa) 5 il 45
Traction (MPa) 2.5 il 3.0
E (CPa)
20
h ( k ra~mh '~ )
0,15 B0.6
Retrait (mmlm)
03 A 0.7
Dilatation (rnmlrn*~)
8 * 10 "
Méthode de fabrication - Le matériau en fusion qui surnage au-dessus de la fonte en
fusion est solidifié par refroidissement rapide par injection d'air ou d'eau. L'eau
injectée sous pression produit une forte expansion par vaporisation qui donne une
structure alvéolaire. Le matériau encore incandescent est brusquement refroidi, ce qui
produit une recristallisation partielle de la matière et une première dislocation. Ce
refroidissement rapide donne naissance à des granulats alvéolaires poreux de nature
cristalline. La masse volumique apparente du granulat ainsi obtenu se situe autour de
900 kg/m3.
Propriétés du béton - La masse volumique des bétons fabriqués à partir de laitier
expansé varie de 1000 à 1800 kg/m3, selon les propriétés du sable utilisé. La figure 2.5
présente l'étendue des résultats obtenus par différents laboratoires quant à la variation de
la résistance à la compression en fonction de sa masse volumique. Les autres propriétés
du béton contenant des laitiers expansés sont présentées dans le tableau 2.4.
Figure 2.5 Fuseau regroupant les résultats obtenus par de nombreux laboratoires
français et étrangers concernant la variation de la résistance à la
compression du béton confectionné a partir de laitier expansé en fonction
de sa masse volumique apparente (dans des conditions nomales de
conservation : 20 O C , 65 % d'humidité) (Cormon, 1973)
Tableau 2.4
Propriétés du béton léger confectionné à partir de laitier expansé
2.3.5 Pierre Donce
Composition et origine - La pierre ponce est un matériau naturel d'origine volcanique.
Sa composition chimique présente une grande proportion de silice, d'alumine et
d'alcalis,
Méthode de fabrication - Aucune transformation particulière n'est requise mise à part
le concassage. La faible masse volumique en vrac (500 à 800 kg/m3) de la piene ponce
est due à la présence de bulles de gaz créées lors de sa formation.
Propriétés du béton - Les résistances a la compression du béton fabriqué avec de 19
pierre ponce sont fortement limitées par suite de la faible masse volumique de cette
dernière, indicateur d'une teneur excessive en vide. A moins d'utiliser une certaine
quantité de sable plus dense (densité 2,30 à 2,65), les masses volumiques resteront
relativement faibles. La figure 2.6 montre la fourchette de résistance à la compression
en fonction de la masse volumique apparente qu'il est possible d'obtenir. Les autres
propriétés du béton contenant de la pierre ponce sont présentées dans le tableau 2.5.
Figure 2.6 Variation de la résistance à la compression du béton confectionné à partir
de pierre ponce en fonction de sa masse volumique apparente (dans des
conditions normales de conservation : 20 O C , 65 % d'humidité relative)
(Cormon, 1973)
Tableau 2.5
Propriétés du béton léger confectionné à partir de pierre ponce
2.3.6 Billes de wlvstvrène
Composition et origine - La matière première servant à la formation des billes de
polystyrène est constituée de granules de polystyrène non expansé renfermant un
porogéne.
Poncc
Méthode de fabrication - Le porogene, sous l'action de la chaleur, passe à i'état
gazeux, ce qui provoque l'expansion. Une fois expansées, les perles peuvent avoir
P kg/mJ
750 ii l JO0
f c (MPa) 3 9 20
E (GPa) 29 10
Traction (MPa) 0.5 9 1.5
Retrait (mm/m)
I.OBL5
Dilatation (mmlm OC)
8d9* IO*
h ( k c a ~ m h * ~ )
0.40
atteint plusieurs fois leur diamètre initiai, de 0,4 à 2 mm (Cormon, 1973). Le polystyrène
présente une masse volumique parmi les plus faibles (10 à 40 kg/m3) en considération
aux autres matériaux étudiés (ACI, 1986).
Propriétés du béton - Les bétons confectionnés à partir de polystyrène ont une masse
volumique aussi faible que 550 a 800 kg/m3 selon que l'on emploie une portion de sabte
ou non. Ces bétons offient de piètres performances mécaniques : une résistance a la
compression de l'ordre de 2,O à 4,O MPa en fonction du pourcentage de sable utilisé
(Kosrnatka et coll., 1995). Il a été montré que la masse volumique de ces perles n'ont
aucun apport quant aux caractéristiques mécaniques de ces bétons (Connon, 1973). Les
autres propriétés du béton contenant des billes de polystyrène sont présentées dans le
tableau 2.6.
Tableau 2.6
Propriétés du béton léger confectionné à partir de billes de polystyrène
2.3.7 Perlite
Traction (MPa) 0.3 h 1.5
Composition et origine - La perlite est une pierre volcanique de la famille des siliceux
amorphes. Elle est composée principalement de silice (70 %) et de d'alumine (15 %).
Méthode de fabrication - Cette pierre peut augmenter son volume de 20 fois lorsqu'elle
est chauffée à des températures variant de 900 a 1100 OC. Une fois expansée et
concassée, on obtient un granulat dont la masse volumique est aussi faible que 120 à 190
kg/m3 (ACI, 1986).
E (CPa)
2
Retrait (mmlm)
1.0 A 2.0
Dilatation (mmlm OC)
t O IO9
1 (kcaI/mho~)
0,05 à 0.25
Propriétés du béton - Les bétons contenant seulement de la perlite permettent d'obtenir
des mélanges dont la masse volumique est aussi faible que 330 à 560 kg/& et dont les
résistances à la compression varient de 0'7 à 3,l MPa. En additionnant du sable au
mélange. les masses volumiques peuvent augmenter au-delà de 1000 kglm3 et accroître
ainsi les résistances a la compression de 6,2 à 17,3 MPa (Wilson, 1981). Les autres
propriétés du béton contenant de la perlite sont présentées dans le tableau 2.7,
Tableau 2.7
Propriétés du béton léger confectionné à partir de perlite
Composition et origine - On associe la vermiculite ii des micas ou à la famille des
chlorites. Chimiquement, on la regroupe dans la famille des alminosilicates de fer et de
magnésium comme les micas d'où ils proviennent par hydratation et pertes d'alcalis. La
vermiculite est d'origine naturelle et on la traite à la chaleur pour obtenir des particules
de 1 à 10 mm.
Méthode de fabrication - Le minéral extrait est concassé et séché jusqu'a l'obtention
d'une teneur en eau de 3 %. Par la suite, les granules sont chauffés à une température de
800 a 1100 T pendant 2 minutes provoquant l'exfoliation, c'est-à-dire que, sous l'effet
de la chaleur, les molCcules d'eau séparant les lamelles se transforment en vapeur et
provoquent ainsi l'expansion. Par suite de cette expansion, le volume des granules peut
atteindre 30 à 30 fois son volume initial.
A (kcaI/mhoc)
0.07 a O, 18 Perlite
E (CPa)
0.5ii1.8
P kdm'
300 ii 800
Retrait (mmlm)
Dilatation (mmfm OC)
r c (MPa)
I l 5
Traction (MPa) O.là0.5
Propriétés du béton - Les bétons confectionnés à partir de vermiculite présentent des
résistances a Ia compression très faibles de l'ordre de 0,5 à 1,5 MPa avec des masses
volumiques de 350 à 600 kglm3 respectivement. Cette piètre performance mécanique
explique pourquoi ce béton léger est utilisé avant tout pour ses propriétés thermiques
plutôt que mécaniques (Cormon, 1973). Les autres propriétés du béton contenant de la
vermiculite sont présentées dans le tableau 2.8.
Tableau 2.8
Propriétés du béton léger confectionné à partir de vermiculite
2.4 Les matériaw légers de recyclage
Un des objectifs principaux de ce travail de recherche est, non seulement de
produire un béton ultra-léger, mais également de lui incorporer des matériaux recyclés.
Les matériaux recycles légers peuvent représenter une excellente source de granulats
compte tenu du rejet quotidien d'une quantité importante de produits de consommation.
Le béton constitue donc un bon matériau pour la récupération puisqu'il est facile d'y
incorporer des matériaux recyclés lors de sa fabrication. L'utilisation de matériaux
recyclés dans le béton favoriserait, d'une part, la récupération des matériaux en
circulation et, d'autre part, la protection des ressources naturelles. Le béton ainsi produit
pourrait être utilisé pour fabriquer une multitude de produits de consommation et, par le
fait même, r e d o ~ e r une seconde vie à ces déchets. Toutefois, une expérimentation est
nécessaire pour évaluer les performances de ces matériaw recyclés comme granulats sur
les propriétés du béton à l'état fiais et durci.
Vermiculite
Tc (MPa)
l a 2
P kg/m3
300 à 800
E (GPa)
0.8 à 1.7
Traction (MPa)
0,2 à 0.4
Dilatation (mm/m OC)
8 *lo6
Retrait (mmfm)
3.0 i 4.0
X ( k c a h h o c )
0.20 ii 0.30
Il existe plusieurs types de matériaux recyclés. Cependant, compte tenu des
critères de sélection établis (disponibilité, coût, masse volumique, résistance mécanique,
etc.), deux materiaux retiennent particulièrement l'attention : les plastiques et les
caoutchoucs. La documentation concernant L'ajout de ces matériaux dans k béton est
passablement limitée et les paragraphes suivants en présentent les éléments pertinents.
2.4.1 Les ulasticiues
Composition et origine - Il existe deux groupes de plastique : tes thermodurcissables,
dont le durcissement, obtenu 5i chaud, est irréversible, et les thermoplastiques, qui se
ramollissent sous l'effet de la chaleur et durcissent au froid de façon réversible. Les
matières plastiques occupent une place importante dans l'ensemble des produits de
consommation. En 1996, près de 1 357 000 tonnes de plastique ont été consommées au
Québec, dont 322 000 tonnes en produits d'emballage. De ce nombre, 52 000 tonnes
proviennent du secteur résidentiel et 270 000 tonnes de celui des industries (Recyc-
Québec).
Méthode de fabrication - Pour les thermoplastiques, la méthode consiste à réduire les
produits récupérés en petites particules et de les faire fondre pour obtenir une toute
nouvelle résine pouvant servir au moulage de nouveaux produits. Puisqu'il est
impossible de les faire refondre, les thermodurcissables sont concassés en particules de
dimension désirée et sont utilisés comme matériaux de remplissage.
Propriétés du béton - La documentation sur le béton confectionné avec des granulats à
base de matières plastiques se concentre sur les propriétés mécaniques du béton
(Soroushian et coll., 1994). Ces recherches visent principalement à valider l'influence
d ' lm substitution du granulat fin par une matière plastique et d'en vérifier l'incidence
sur les propriétés du béton durci. Dans l'ensemble, l'ajout de matières plastiques
contribue a diminuer le retrait au séchage du béton. 11 semble que les particules de
plastique puissent agir comme renfort permettant de freiner la microfissuration au sein
de la pâte de ciment hydraté : les particules relativement plates, dont la dimension
nominale est de 1 O mm, forment un pont en travers des fissures. Une substitution de 20
% du sable par des matières plastiques améliore la résistance à la flexion du béton d'un
facteur de 4 à 5 comparativement au béton de contrôle et d'un facteur 8 lorsque ce
pourcentage passe a 40 %.
L'incorporation de matières plastiques s'est toutefois révélée néfaste quant a la
résistance à la compression. Cette diminution de la résistance peut être attribuée, d'une
part, à la diminution de la masse volumique et, d'autre part, à la faible rigidité des
matières plastiques (module d'élasticité inférieur à 1 GPa). Cependant, si l'on considère
la baisse de résistance du béton en relation avec la diminution de sa masse volumique,
on constate une légère augmentation de la résistance spécifique de ce béton. Par
ailleurs, on note un apport positif quant à la résistance aux impacts au-delà de la
fissuration initiale. Cet effet s'explique de la même manière que pour le retrait de
séchage, c'est-à-dire que les particules plastiques servent de pont à l'intérieur de la
fissure.
2.4.2 Les caoutchoucs
Composition et origine - Les caoutchoucs peuvent être utilisés dans le béton comme
matériaux de substitution a la masse granulaire. La plus grande source de caoutchouc
susceptible d'être recyclée est sans contredit les résidus de pneu. En effet, il se vend
annuellement au Québec 4,8 millions de pneus neufs, soit 4,3 millions de pneus
d'automobile et 500 000 de pneus de camion. Comme chacun des pneus de camion
représente l'équivalent de 5,8 pneus d'automobile, cela correspond a 7 millions de pneus
d'automobile. De ce nombre, on évalue que 15 % sont récupérés (revente ou
exportation), 5 % ne sont pas récupérables (conservés ou enfouis) et 80 %, soit 5.6
millions, sont disponibles pour le recyclage (Recyc-Québec). Étant donné le volume
disponible, les pneus représentent une excellente source d'approvisionnement pour la
fabrication des bétons. Les pneus sont composés d'un mélange très complexe
d'élastomères, de fibres de textiles, et de fils d'acier. Parmi ces élastomères, on trouve
en grande partie le styrène-butadiène incorporé pour ses propriétés de traction et de
résistance à l'abrasion Lee et coll. (1998). De plus, le caoutchouc offre des
caractéristiques intéressantes du point de vue de la densité et de l'élasticité.
Méthode de fabrication - Le pneu est introduit dans un appareil qui, dans une première
étape, retire la carcasse d'acier. Ensuite, le caoutchouc est déchiqueté en particules de
différentes dimensions que l'on passe a travers une série de tamis. Le tamisage permet
de classifier les particules en différentes classes (0-20 mesh, 12-20 mesh, 2.5 mm, 5,O
mm) pour répondre aux diverses applications.
Propriétés du béton - La documentation fait état de quelques essais réalisés sur des
bétons contenant des particules de pneu. Cependant, ces études ne concernent pas les
bétons légers, mais elles permettent de comprendre de façon globale l'influence d'une
incorporation de particules de pneus recyclés dans le béton.
Lee et coll. ont évalué la résistance a la compression, a la traction, a la flexion et
aux impacts de bétons au latex avec ajout de particules de pneu sur cinq bétons : un
béton de référence (SC), un béton au latex (LMC), un béton au latex avec 5 % de pneus
recyclés en remplacement d'une partie du sable (TALCF), un béton au latex et 5 % de
pneus recyclés en remplacement d'une partie du latex solide (TALCIL) et un béton avec
5 % de remplacement d'une partie du sable (SUR). Tous les bétons fabriqués avaient
un rapport EL constant de 0,45. Le latex utilisé est un styrènes-butadiène de la
compagnie Dow Chemical (densité = 1 ,O 1, concentration en solides 48 %). La taille des
particules de pneu est d'environ O , j mm. Le tableau 2.9 présente l'ensemble des
résultats sous forme comparative entre les cinq différents bétons. De façon globale, Lee
et all. (1998) concluent que:
1) la résistance du béton avec une substitution du sable par 5 % de particules de
caoutchouc (SC/R) est inférieure à la résistance du béton de rkférence (SC) :
-compression : perte de 21 %;
-traction : perte de 23 %;
-flexion : perte de 48 %;
2) les résistances a la compression, a la traction et à la flexion du béton avec latex
(LMC) sont supérieures aux résistances du béton de référence (SC) ;
3) tes résistances a la compression, à la traction et à !a flexion du béton au latex avec
une substitution de 5 % par des particules de caoutchouc (TALCK) sont supérieures
aux résistances du béton de référence (SC) ;
4) le latex est un facteur dominant pour l'amélioration de la résistance a la flexion
W C ) ;
5) dans les bétons au latex et au caoutchouc, i1 est avantageux de substituer le latex par
5 % de particules de caoutchouc (TALCIL) pour améliorer Ia résistance a Ia
compression et à la traction. Pour La résistance a la flexion il est plus avantageux de
conserver une plus grande partie de latex et de substituer les particules de
caoutchouc au granulat fin (TALCF) ;
6) Ies bétons avec latex et caoutchouc (TALC) présentent ies meilleures perfomances
aux essais d'impact.
Tableau 2.9
Indice de variation comparative de cinq bétons (conventionnel, latex. caoutchouc et deux latex-caoutctiouc)
(d'après Lee et coll., 1998)
SC : béton de réfirence LMC : béton au latex TALCJF : béton au latex avec une substitution du granulat fin par 5 % massique de particules de
caoutchouc. TALCJL : bdton au latex avec une substitution du latex solide par 5 % massique de particules de
caoutchouc. SC!R : béton avec une substitution du granulat fin par 5 % massique de particules de
caoutchouc. Base sur l'essai Charpy aptes 7 jours de mûrissement sur des prismes de 7 x 2 x 7,6 cm, charge appliquée 120 Ib-fi.
2
Goulias et Ali (1998) ont évalué le comportement d'un béton contenant 20 à 30
Résistance à la flexion
% de particules de caoutchouc dont le diamètre varie de O a 10 mm utilisées en
Résistance aux impacts*
substitution du granuiat fin. Les résultats ont montré que l'incorporation d'une trop
grande quantité de particules de pneus recyclés a pour effet de réduire les modules
dynamiques d'élasticité. Ils ont égaiement constaté une grande déformation avant la
rupture complète du béton sous charge. La figure 2.7 présente Ies courbes de
contrainteldéformation de trois bétons : un béton de référence et deux autres auxquels on
a substitué 20 et 30 % du granulat fin par des particules de caoutchouc. Cette étude
conclut qu'une substitution de 20 % du granulat fin par un volume équivalent de
particules de caoutchouc représente un compromis optimal en ce qui concerne Ies
propriétés du béton et son coût de fabrication.
Figue 2.7 Courbe de contrainte/défomation d'un béton conventionnel et de bétons
avec substitution du granuiat fin par 20 et 30 % de particules caoutchouc,
(Goulias et Ali, 1998).
Biel et Lee (1996) ont évalué le mode de rupture de bétons contenant des
particules de caoutchouc avec l'ajout d'oxychloride de magnésium, pour améliorer la
Iiaison entre la pâte de ciment et les particules de caoutchouc (0-10 mm). Dans ces
conditions, les essais de compression ont montré que la substitution du sable par des
particules de caoutchouc dans une proportion inférieure A 15 %, présente un mode de
rupture sous forme d'explosion similaire à celui d'un béton conventionnel. Cependant,
lorsque le pourcentage de substitution en particdes de caoutchouc augmente, le mode de
rupture varie pour passer de l'explosion à une fissuration lente et progressive,
proportionnellement à la quantité de substitution. Le pourcentage de substitution est
limité par le faible module d'élasticité du caoutchouc. En effet, lorsqu'on applique une
charge verticale sur une particule de caoutchouc, celle-ci se déforme. La déformation
crée un déplacement vertical qui est transposé proportionnellement dans l'axe
horizontal. Cette déformation horizontale de la particule a pour effet de créer des
tensions internes orthogonales à la charge appliquée. Cette déformation a aussi pour
effet de détruire la liaison entre la pâte de ciment et les particules de caoutchouc. II en
résulte des contraintes de traction au sein de la microstructure du béton pouvant induire
une rupture prématurée du béton. Les résultats des essais sur tes bétons contenant du
caoutchouc et de l'oxychloride de magnésium ne montrent pas d'avantage significatif
sur Ie comportement du béton aux essais d'écrasement. Ces essais ont montré que, peu
importe si l'on utilise de l'oxychloride de magnésium ou non, une substitution
supérieure à 25 % de caoutchouc par rapport au volume de sable réduisait les résistances
a la compression de 90 % (figure 2.8).
Figure 2.8 Relation entre la résistance a la compression et le taux de substitution du
sable par des particules de caoutchouc de béton avec (MOCC) et sans (PCC)
oxychloride de magnésium (rapport E/L constant de 0,57) (Biel et Lee,
1996).
CHAPITRE 3
CONCEPTION ET CHOIX DES CONSTITUANTS
POUR LA CONFECTION D'UN BÉTON LÉGER
3.1 Introduction
La conception d'un béton Iéger comporte deux phases préliminaires : la
définition des critères de conception et le choix des constituants. En effet, pour
divelopper un béton Iéger, on doit premièrement fixer des critères de conception pour
répondre aux propriétés recherchées du béton et. conséquemment, à la nature de
l'ouvrage. Deuxièmement, le choix des constituants ainsi que leur dosage approprié
permettent de garantir au béton léger des propriétés conformes aux critères recherchés.
3.2 Critères de conce~tion
Dans la perspective d'élaborer en laboratoire un béton Iéger, il convient de fixer
les critères de conception à rencontrer. 11 est difficile de fixer des limites précises quant
à la résistance, a la durabilité, à la texture ou à la rhéologie puisqu'elles sont
nécessairement tributaires de l'application choisie (type d'élément). Dans le cadre de ce
travail, on a donc fixé des critères applicables à divers types d'éléments. Les critères de
conception se subdivisent en deux catégories : les critères de conception liés aux aspects
techniques et ceux liés aux aspects économiques. Les sections subséquentes présentent
les éléments de réflexion qui ont conduit aux différents critères de conception pour la
confection d'éléments en béton Iéger destinés à la vente au détail.
3.2.1 As~ects techniaues
Les aspects techniques reliés à la conception d'un béton léger sont les paramètres
qui définissent les propriétés physiques du béton à l'état frais et durci. Ces paramètres
sont regroupés en quatre catégories : 1) la masse volumique, 2) la rhéologie à l'état fiais,
3) la durabilité, 4) la résistance mécanique.
La masse volumique - La masse volumique est sans contredit l'un des aspects
techniques les plus important de la présente recherche puisque les travaux sont axés sur
la Iégèreté des éléments de béton pouvant être manipulés manuellement. Par exemple,
on peut penser à un élément décoratif extérieur comme une boîte à fleurs de forme
cubique de 400 mm avec des parois de 20 mm d'épaisseur. Le volume de béton d'un tel
élément est de 0.016 m3. Dans le cas oii le béton utilisé pour la confection de ces
éléments aurait une masse volumique de 1000 kg/m3, la masse de l'élément serait de 16
kg. Considérant qu'il s'agit d'un élément en béton avec les propriétés qu'on lui connaît,
cette masse est, à toutes fins pratiques, raisonnable. Dans le cas d'un béton
conventionnel, la masse de l'élément serait plutôt de 38 kg. La valeur de 1000 kg/m3
représente donc une valeur appropriée quant a la masse volumique recherchée du béton.
La Iégèreté représente un aspect économique important puisque tout le potentiel
de mise en marché de ces éléments en béton repose sur le fait qu'ils puissent ètre
facilement manipulés manuellement. II est donc essentiel de minimiser autant que
possible la masse volumique du béton pour qu'il puisse servir à un nombre maximal
d'application.
La rhéologie ih l'état frais - Les critères de conception liés à la rhéologie A l'état
plastique sont fonction des conditions de mise en place, de la forme, des dimensions, du
fini et de la structure de l'élément. Bien que le béton que l'on cherche à développer ne
soit pas associé à la conception d'un élément spécifique, il est toutefois possible de
concevoir un dosage pouvant convenir à plusieurs conditions de mise en place. A priori,
on peut supposer que l'épaisseur des parois des éléments de béton à fabriquer devra être
mince, entre 10 et 20 mm. Pour cette raison, la formulation du béton doit limiter le
diamètre maximal des granulats (5 mm) et la viscosité du béton de façon à permettre la
mise en œuvre par moulage. En ce qui concerne la méthode de mise en place du béton,
il est usuel d'utiliser des vibrateurs internes. Compte tenu de I'épaisseur des parois, la
table vibrante représente un moyen intéressant puisqu'elle permet une vibration
uniforme et facilement applicable en milieu industriel. En fait, le béton doit avoir une
viscosité suffisante pour permettre un moulage facile tout en ayant une cohésion
suffisante pour éviter les phénomènes de ségrégation (séparation partielle de diverses
parties homogènes d'un alliage pendant sa liquéfaction). L'essai d'étaiement va servir
d'indicateur de la rhéologie et L'ajustement de la formulation devra être faite par suite
des observations faites en laboratoire. Dans ce projet, un aspect important demeure le
type de finition de la surface. A priori, aucun critère spécifique de la finition de la
surface ne sera fixé puisque, d'une part, il s'agit d'une étude exploratoire et que, d'autre
part. cet aspect peut, dans bien des cas, être maîtrisé par le type de moule utilisé et par
les conditions de moulage.
La durabilité - La notion de durabilité est associée a la résistance du béton face aux
cycles de gel-dégel ou de mouillage-séchage. Les bétons architecturaux sont souvent
soumis à des conditions d'exposition sévères, ce qui doit être pris en considération lors
de la formulation. Dans la perspective d'une étude exploratoire, on se limitera d'abord a
évaluer la durabilité au gel. Pour ce faire, on définit le critère de conception quant à
l'écaillage (BNQ 262240) en une perte de masse maximale de 1,O kglm2 lorsque des
éprouvettes de béton sont soumises à 25 cycles de gel-dégel en présence de sels
fondants. Le critère de résistance interne (ASTM-C666) pour des prismes de béton
soumis à 300 cycles de gel-dégel est un allongement maximal de 250 @m.
La résistance mécanique - La résistance mécanique représente un critère de conception
important. Généralement, on admet que la résistance à la compression est un bon
indicateur des propriétés mécaniques d'ensemble du béton à l'état durci (résistance à la
traction, à la flexion et aux intempéries). La résistance a la compression représente
également un critère de conception du béton assurant l'intégrité structurale de l'élément
fabriqué. Compte tenu qu'il s'agit d'applications architecturales, une résistance à la
compression d'environ 10 MPa et une résistance a la traction de 1,O MPa (mesurée par
l'essai brésilien) semblent appropriées.
3.2.2 Aspects économiaues
Dans I'ensemble, le choix des constituants est défini en fonction de trois
éléments : 1) leur disponibilité sur le marché, 2) le coût de revient, 3) I'applicabiiité en
milieu industriel. Dans le présent programme de recherche, on a limité le critère de
conception associé aux aspects économiques au coût des matières premières.
Globalement, le cout des matières premières devrait être le plus faible possible, tenant
compte du prix unitaire de chacun des constituants utilisés. Un coût de 200 $lm3 de
béton semble a priori raisonnable. Ce coût peut paraître élevé, mais compte tenu des
propriétés et du faible volume de béton requis pour la confection des éléments, il
demeure justifié. Par exemple, avec un prix de revient de 200 $lm3 de béton, le coût de
la boîte à fleurs présentée précédemment serait de 3'20 $.
3.2.3 Svnthèse des critères de conception
Le sommaire des différents critères de conception présentés précédemment sont
regroupés dans Ie tableau 3.1. Pour chacun d'eux, on a associé les conditions d'usage à
des limites d'acceptabilité.
Tableau 3.1
Synthèse des principaux critères de conception
- Massr
volumique
thtologie d
I'Çtat frais
Résistance
mtcaniquc
Dunbilitt
CRITÈRES DE CONCEPTlON
CONDITIONS
D'USAGE INDICATEURS VALEURS
CIBLES
MatCriaux Itgtrs pour ln
wnfcction d'éltmcna Massc volumique 1000 kg
destin& 3 la vente au dttail (ASTM C185)
ElCrntnts moults avec parois Etalemtnt
dc 10 d 20 mm (ASTM C230) Pour fin de contrdfc
Misc cn place par tablc Une bonne cahtsion
vibranie Visutl sons stgrtgation
Eltmcnis non sinictumwt f, 10 MPa
hsurer I'iniÇgriir! en cas dc (ASTM C39) 128 jours
Iissumtion, rtsisruicc 3 la Brbilien 1 MPI
lraction (ASTM C 496) à 28 jours
Flexion
(ASTM C78) Aucune
RcSismcc aux cycles dc Allongcmcnt 250 ptrain
gelilégcl 1 Module dynamique 1 60% du modulc milid
Nombre de cycles 300 cycles
(ASTMC666)
(BNQ 2622-420) (25 cycles)
3.3 Choix des pranulats
Comme on l'a vu au chapitre 1, outre le type de granulat ou l'utilisation d'wi
agent moussant, les constituants utilisés dans la confection des bétons légers sont les
mêmes que ceux utilisés pour les bétons conventiomels. En définitive, la principale
caractéristique recherchée est davantage axée sur sa masse volumique que sur sa
résistance mécanique. Puisque le granuiat occupe une partie importante du volume dans
le béton, il faut donc tenter de substituer une partie de la masse granulaire par des
granulats légers et même ultra-légers. Par ailleurs, les caoutchoucs et les plastiques de
recyclage présentent des caractéristiques intéressantes pour produire des bétons ayant
une bonne durabilité et une faible masse volumique. Ces matériaux de recyclage
représentent donc une source de granulat potentiellement intéressante à étudier.
3.3.1 Choix du wanulat léger
Compte tenu de La masse volumique recherchée (1000 kg/m3), les granulats
utilisés pour fabriquer des bétons isolants (voir figure 2.1) représentent une source
intéressante de matières premières. Au Québec, les matériaux généralement utilisés
pour produire des bétons isolants sont les billes de polystyrène, la perlite ou les agents
moussants.
Polystyrène - Les billes de polystyrène offrent une masse volumique apparente
comprise entre 10 et 40 kg/m3. Les propriétés thermiques et acoustiques des bétons
confectionnés à partir de billes de polystyrène sont intéressantes. Le principal
désavantage lié à i'utilisation des billes de polystyrène dans le béton vient du fait
qu'elles ne contribuent pas a la résistance mécanique du béton.
Agent moussant - Les agents moussants n'ont pas été retenus comme constituant du
béton Iéger recherché parce que, d'une part, leur comportement est difficile à contrôler
et, d'autre part, les bulles d'air incorporées dans le béton sous l'action de l'agent
moussant risquent de compromettre la durabilité du béton.
Perlite - Le coût de la perlite est similaire a celui des billes de polystyrène, mais sa
masse volumique apparente est de trois a quatre fois plus grande. Du point de vue
mécanique, les bétons constitués avec de la perlite ofient une performance légèrement
supérieure à celle des bétons confectionnés avec les billes de polystyrène. Un des
désavantages importants de l'utilisation de la perlite est le degré d'absorption élevé qui
peut causer un retrait de dessiccation important en plus de compliquer le dosage. Un
second désavantage aaribuable a la perlite est sa disponibilité. En effet, on retrouve un
seul distributeur de perlite dans la région métropolitaine dont le gisement est situé en
Gréce.
Dans le cadre de ce travail, les billes de polystyrène ont donc été retenues
pour confectionner des bétons légers considérant leur faible masse volumique, leur
disponibilité et leur facilité d'utilisation.
3.3.3 Choix du nranulat recyclé
Comme on l'a souiigné au chapitre 2, les piastiques et les caoutchoucs ont f i t
!'objet de plusieurs recherches. Bien qu'elles ne reflètent pas spécifiquement tous Ies
aspects de la formulation d'un béton Eger pour la confection d'éléments destinés à la
vente au détail, elles ont toutefois permis de cerner les principales propiétés du béton
que l'on est susceptible d'obtenir avec ces matériaux. Les propriétés mécaniques des
bétons confectionnés à partir de plastique ou de caoutchouc recyclés sont passablement
les mêmes : 1) une meilleure résistance aux chocs, 2) une meilleure résistance à la
flexion. Pour ces deux produits, les recherches ont montré que leur utilisation doit
toutefois être limitée à de faibles proportions, soit de 15 a 20 % de la masse du granulat
fin.
Plastique - Les plastiques utilisables comme granulat artificiel sont couramment
disponibles depuis iongtemps. Par contre, leur prix de base (1 $/kg) n'est pas très
avantageux comparativement au caoutchouc (0,43 $/kg). De plus, le prix du plastique
est aléatoire puisqu'il fluctue au même titre que celui des résines en fonction des
marchés boursiers. Dans une perspective de production industrielle, il n'est donc pas
avantageux d'utiliser ce type de produit dont le prix est instable.
Caoutchouc - Les résidus de pneus représentent une source intéressante de matières
premières utilisables dans la confection de bétons légers en substitution aux granulats
conventionnels. Le prix des résidus de pneu est somme toute abordable puisqu'il est de
deux à cinq fois plus faible que celui des plastiques. Par ailleurs, dans une perspective
de préservation de l'environnement, l'utilisation dans le béton de résidus de pneu peut
contribuer à la récupération de matériaux polluants. La société québécoise préconise de
plus en plus l'utilisation, sous diverses formes, de pneus recyclés plutôt que d'enfouir ou
de stocker ces matériaux. Ainsi, les entreprises ont maintenant intérêt à investir dans la
récupération des pneus, ce qui entraîne une plus grande diversité de fournisseurs pour les
acheteurs potentiels, apportant ainsi tous les avantages de la concurrence (prix, qualité et
service). De plus, la disponibilité des résidus de pneu est garantie puisqu'il s'agit d'un
produit de consommation d'usage commun. Pour ces raisons, et principalement pour
le prix, des résidus de pneu seront utilisés dans le présent programme de recherche.
3.3.3 Svnthèse du choix des manulats
Avant de s'attarder au dosage, on a procédé à la sélection des granulats. Le
tableau 3.2 présente, pour chacune des catégories de granulat, le type choisi ainsi que la
justification de ce choix.
Tableau 3.2
Sommaire des granulats retenus pour la confection d'un béton léger
1 Type de granulat 1 Type choisi 1 Justification I I
Conventionnel
Léger
Sable 1 Résistance mécanique, consistance et fini de surface
Recyclé
Polystyrène Légèreté, disponibilité et propriétés thermiques et
acoustiques
Caoutchouc Disponibilité, légèreté et coût
3.4 Dosage
Les paramètres de dosage ont déjà été définis a la section 1.2.3. Il convient
maintenant de calculer la proportion de chacun des constituants de manière à produire le
béton léger en laboratoire répondant aux qudités recherchées. La méthode de dosage
choisie, en l'occurrence celle des volumes absolus, permet d'équilibrer le mélange.
Cependant, elle ne fournit pas d'indice quant aux proportions nécessaires pour obtenir
les résultats escomptés dans le cas des bétons légers.
Dans le cadre de cette recherche, on ne peut pas utiliser les abaques développés
par l'AC1 puisqu'il n'y pas de spécification pour les bétons Iégers avec des granulats tels
que le polystyrène et le caoutchouc. Par conséquent, les proportions initiales ont donc
été choisies en posant certaines hypothèses relativement aux notions énoncées au
chapitre I sur les principes de dosage. À l'exception des matériaux granulaires (sable,
polystyrène et caoutchouc), les sections suivantes définissent et justifient la proportion
de chacun des constituants fixée pour le dosage initial. Le tableau 3.3 présente la
synthèse de ces hypothèses pour chacun des constituants.
Tableau 3.3
Dosages et hypothèses de départ pour la confection du béton léger
Afin d'obtenir une masse volumique très faible, on se doit d'utiliser une portion
importante de granulats très légers. Malheureusement, ceux-ci ont une piètre résistance
mécanique. Pour compenser cette lacune, la pâte doit avoir une qualité exceptionnelle.
Comme on I'a indiqué au chapitre 1, la qualité d'une bonne pâte de ciment se définit a
priori par un faible rapport EL et une quantité suffisante de liant. Pour ces raisons, un
rapport EL de 0,30 est indiqué, compte tenu de la résistance et de la maniabilité
recherchées. Un tel rapport EL est couramment utilisé pour la confection de bétons a
haute performance.
3.4.2 Le liant
Symboles
C
FS
E
C,
S
PL
SP
EA
Le liant choisi est à base de ciment Portland combiné a de la fumée de silice. La
proportion de fumée de silice est de 8 % de façon a être représentative des produits
*Volume d'air cible : 5 10 %
COÛT Coostiiuants
Ciment
Fumée de silice
Eau
Caoutchouc
Sable
Polystyrene
Superpiastifiant
Entraîneur d'air
Symboles
C'
FS'
E'
Ca'
S'
PL'
SP'
EA'
Dosage
( WmJ)
460 kg
40 kg
150 kg
C,=S*O,15
?
?
18 L
2,j L *
$
O, 15
0,27
0'00
0,43
0,O 1
3,90
1'75
1,20
$ k g
$IL
Densité
pc
PFS
PE
pca
Ps
PPL
PSP
PEA
3,15
2.22
1'00
1'20
2'68
0,04
1.2 1
1,00
pré-mélangés en usine, ce qui a pour avantage de mi~miser les manipulations au
malaxage en plus d'assurer une meilleure homogénéité. Compte tenu des dosages usuels
pour les bétons à haute performance, le dosage totai en liant est fixé à 500 kg/m3 de
façon à offrir une pâte suffisamment dense et durable.
3.4.3 L'agent entraîneur d'air
Les billes de polystyrène n'ont pas la capacité de jouer le rôle de l'air entraîné
pour protéger le béton contre les effets du gel. L'ajout d'un agent entraîneur d'air est
requis et le dosage exact est déterminé en laboratoire de façon a obtenir une teneur en air
comprise entre 5 % et 10 %.
Pour les bétons de faible rapport EL, il est usuel d'utiliser un superplastifiant.
Un dosage initial de 12 ~ / r n j est nécessaire pour obtenir une rhéoiogie acceptable.
3.4.5 Les fibres
Des fibres sont ajoutées au mélange dans le sed but d'en vérifier l'incidence sur
les propriétés à l'état Frais et durci du béton léger. Elles ne seront également pas
considérées dans le calcul du dosage. Le choix du type de fibres utilisé tient compte de
la légèreté, de la finesse, de la résistance, du coût et des contraintes de mise en place. Il
s'agit d'une fibre de fonte résistante et très mince dont la densité est relativement faible
pour une fibre métallique. Cette faible densité a pour avantage de minimiser la quantité
nécessaire pour obtenir une bonne distribution dans l'ensemble du béton. Le dosage en
fibres est fixé à 3 kg/m3 pour tenir compte du coût et des contraintes de mise en place.
3.4.6 Dosane manulaire
A partir des dosages fixés pour le liant, l'eau et les adjuvants, on peut définir les
dosages en sable, en polystyrène et en caoutchouc de façon à répondre aux critères de
conception de la masse volumique et du coût du béton. Ces critères peuvent être décrits
algébriquement par les équations 3.1 et 3.2.
Optimisation de la masse volumique du mélange :
Optimisation du coût des constituants : (3.2) *
(CxC') + (FSxFS') + (WxW1) + (C,x C,') + (SxS*) + (PLxPLt) + (SPxSP9) + (EAxEA') = ZOO %/m3
Sable - Le dosage en sable dans le mélange va combler fa discontinuité granulaire qu'il
y a entre le diamètre des grains de ciment et de polystyrène. Cette discontinuité ne peut
être comblée entièrement par le caoutchouc, compte tenu de la faible quantité utilisée.
Quant au dosage exact de sable nécessaire, il doit être établi à partir des équations 3.1 et
3.2 qui représentent un compromis entre les contraintes de masse volumique et de coût.
Polystyrène - Le dosage de polystyrène nécessaire est important compte tenu de la
faible masse volumique recherchée. En effet, un béton de masse volumique de
1000 kg/m3 ne peut être obtenu qu'en utitisant une proportion importante de granulat
ultra léger d'autant plus que la masse de liant fixée au départ est de 500 kg/m3, ce qui
correspond à seulement 16 % du voIume total. Le dosage en polystyrène requis est
difficile à évaluer et ne peut être fixé aléatoirement. Pour cette raison, les équations 3.1
et 3.2 permettent d'optimiser la quantité nécessaire.
Caoutchouc - Comme on l'a vu au chapitre 1, on recommande de limiter le dosage en
caoutchouc. Puisque des granulats ultra-légers (billes de polystyrène) sont utilisés, il est
plus avantageux de minimiser la quantité de particules de caoutchouc, de façon it ne pas
avoir d'effet trop néfaste sur la résistance à la compression. On préconise donc d'utiliser
comme valeur de départ du dosage en caoutchouc une proportion de 15 % de la masse
du sable.
Étant donné l'interaction entre le dosage en polystyrène, en caoutchouc et en
sable, les équations 3.1 et 3.2 représentent un système a deux équations, deux inconnues,
que l'on peut résoudre par substitution. On obtient des dosages respectifs de 18,4 kg
pour le polystyrtitne, de 270,6 kg pour le sable et de 40'6 kg pour le caoutchouc. La
synthèse du dosage initial théorique est présentée dans le tableau 3.4.
Tableau 3.4
Dosage initial théorique
1 1 Qté (kg/,? 1 Densité 1 Volume ( ~ m ' ) I~oiîthnitair 1 coiUtota1 (
OPTIMISER 1 1000 kg 1-1 * n'incluant pas l'eau du superplastifiant.
3.4.7 Gâchage en laboratoire
L'optimisation du dosage de ces constituants ne tient pas compte des conditions
optimales du point de vue rhéologique. Pour cette raison, il convient d'effectuer
quelques bétons en laboratoire, dont les résultats sont présentés à l'annexe A, pour
valider ou ajuster ces dosages. Le dosage initial théorique présenté dans le tableau 3.4
devient donc, à la suite des essais en laboratoire, le dosage optimal pratique du tableau
3.5 devant servir à l'élaboration du programme expérimental.
Tableau 3.5
Dosage optimal pratique
OPTIMISER 1 1000 kg 1 * n'incluant pas l'eau du superlastifiant.
CHAPITRE 4
PROGRAMME EXPÉRIMENTAL
A la lumière de la revue de la documentation, plusieurs études portent sur les
bétons légers. Toutefois, aucune d'entre elles ne fait l'objet de bétons avec matières
recyclées pour la confection d'éléments en béton ultra-léger. Certes, il existe certaines
études sur l'incorporation de pneus recyclés dans le béton (Biel et Lee, 1996 ; Lee et
coll.. 1998 ; Goulias et Ali, 1998). Cependant, ces dernières avaient pour but d'étudier
l'influence du pourcentage d'incorporation des matières recyclées sur des propriétés
mécaniques de bétons de masse volumique usuelle (2000 à 2400 kg/m3). Or, il reste à
voir de façon plus spécifique quelle sera leur incidence sur les propriétés d'un béton
Iéger : l'influence sur la masse volumique, sur la résistance à la compression, sur la
durabilité et sur le coût. En définitive, la revue de la documentation et la définition des
critères de conception ont permis d'élaborer un dosage initial théorique pour un béton
Iéger pouvant répondre aux objectifs du présent travail, c'est-à-dire la fabrication
d'éléments en béton Iéger destinés à la vente au détail.
A partir d'un processus expérimental, il convient maintenant de valider et de
préciser les dosages du béton léger recherché. L'élaboration d'un programme
expérimental structuré en laboratoire s'impose pour deux raisons : 1) ajuster Le dosage
initial théorique afin de définir un dosage optimal pratique relativement aux
propriétés rhéologiques recherchées; 2) vérifier la performance et la sensibilité du
dosage optimal pratique quant aux critères de conception définis à la section 3.2
(tableau 3.1).
Le programme expérimental vise à évaluer la sensibilité du dosage optimal
pratique proposé en faisant varier des facteurs clés relativement à la performance et au
coût pour établir leur incidence sur les critères de conception. Bien entendu, on doit
attribuer a ces facteurs des limites acceptables à l'intérieur desquelles on veut vérifier
leur incidence. Ces limites doivent être, dans la mesure du possible, ni trop grandes,
pour ne pas dépasser la région intéressante, ni trop petites, sinon elles risquent d'être
imprécises.
Le tableau 4.1 présente les critères de performance et les facteurs clés retenus
dans le cadre de ce programme expérimental. Trois facteurs ont été retenus : le rapport
EIL, les dosages en caoutchouc et en fibres. Le tableau 4.2 donne les niveaux d'étude
des facteurs clés pour élaborer un plan d'expérience factoriel à deux niveaux (2'). Ce
plan factoriel va permettre de déceler les paramètres significatifs et leur degré
d'interaction. Le plan d'expérience se résume à la confection en laboratoire des huit
bétons tels que donnés dans Ie tableau 4.3.
Tableau 4.1
Paramètres du programme expérimental
CRITERES DE PEWORMANCE
Maniabilité
Masse volumique
Teneur en air
Résistance a la compression
Module d'élasticité
Résistance a la flexion
Essai brésilien
Résistance au gel-dégel
Résistance a l'écaillage
Coût
FACTEURS CLES
Rapport E/L
Quantité de caoutchouc
Quantité de fibres
Tableau 4.2
Niveaux d'influence des facteurs clés
FACTEUR CLE
en réference ii la masse de sable 1 O I 70
Rapport WL
% de particules de caoutchouc exprime
NIVEAU D'INFLUENCE
Tableau 4.3
Plan d'expérience 23
Limite inférieure
027
Quantité de fibres (kg/rn3)
Limite sripéneure
0,32
O 3
CHAPITRE 5
DESCMPTION DES MATÉRIAUX ET DES BÉTONS
5.1 Introduction
Ce chapitre présente la caractérisation des matières premières utilisées ainsi que
la description des bétons confectionnés pour la mise en application du programme
expérimental.
5.2 Caractérisation des matières memières
La caractérisation des matières premières est structurée de façon à fournir les
caractéristiqlies principales des matériaux. 11 est a noter que les prix présentés servent
d'indice pour établir le coût du béton.
De manière à respecter l'objectif de départ, c'est-à-dire d'utiliser des produits
d'usage courant, le ciment choisi est un ciment Portland type 10. Le ciment utilisé est
produit par la compagnie Ciment St-Laurent et fabriqué à son usine de Joliette. La
fumée de silice, non agglomérée, provient de la compagnie SKW de Bécancour. Les
caractéristiques physico-chimiques du ciment et de la fumée de silice sont données dans
les tableaux 5.1 et 5.2.
Le prix au détail de ces matériaux est de 150 $/tome pour le ciment de type 10 et
270 $/tonne pour la fumée de silice. Quant au produit prémélangé en usine (ciment type
1 OSF), son prix de détail est d'environ 170 $/tonne. Pour des raisons de disponibilité, le
ciment et la fumée de silice ont été utilisés séparément pour la confection des bétons.
Tableau 5.1
Caractéristiques physico-chimiques du ciment de type 10
Analyse chimique (%) I Propriétés physiques 1 m
Alcalis (NazO équi.) 1 0,78 1 Finesse Blaine (m2kg) 1 384 1 I 1
Pertes au feu (P.A.F.) 1 I
Composition de Bogue (%)
Insolubles 1 1 I
Temps de prise initiale (Vicat)* 1 170 min 1
Finesse passant 45 pm (%)
0,5 1 Stabilité à l'autoclave (%) 1 -0,02
C h a u libre
Temps de prise finale (Vicat)' ( 280 min 1
92
0.4 1 Résistance aux sulfates (%) 1 -0,003
Teneur en air (%)
Fausse prise (%)
Résistance à la compression (MPa) 1
Ces résultats d'essai satisfont toutes les exigences de la norme en vigueur CSA-A3000lA5-98.
c3s C2S
, C3A
C4AF
'Essai sur mortier
RÇsultats d'essais pour la période de production de janvier 1999 provenant de l'usine de Joliette.
62,7
11,3
5'6
875
À 3 jours
À7jours
A 28 jours
35,O
31,3
40,3
Tableau 5.2
Caractéristiques physico-chimiques de la fumée de silice
Propriétés physiques 1 Si02
Fez03
A1203
Ca0
M g 0
NazO
KzO
C
S
P.A.F. *
Surface spécifique (rn2lg) 1 18-20 1 96,s
2,O
0,5
0'8
099
0,4
2,o
2'7
O,?
3,5
Rdsultats conformes ii la nonne C
* Pertes au feu.
1
Densité 1
2'22
Masse volumique apparente (kglm3) 1
I 250 - 300
J
Analyses chimiques (%)
Finesse (0 moy) (pn)
L'eau utilisée pour les bétons est celle de l'aqueduc municipal sans aucun
traitement particulier, si ce n'est un conditionnement à une température de 20 OC.
Compte tenu qu'il s'agit d'une eau propre à la consommation, il est inutile de procéder a
des essais de la qualité. Au Québec, le prix de l'eau peut être négligé puisque le tarif
exigé par les municipalités est dérisoire comparativement aux autres constituants du
béton.
-
-
- -
O, 1 - 0,2
Pourcentage passant 45 pm (%)
Forme des particules
Structure cristalline
-
-
-
-
95 - 100
Sphérique
Amorphe
I
SA
5.2.3 Entraîneur d'air
L'agent entraîneur d'air utilisé est le Micro-air de la compagnie Master Builders.
Ce produit est reconnu sur le marché des bétons prêts-a-l'emploi pour son aptitude a
former des bulles d'air microscopiques et stables. Les données techniques fournies par
le manufacturier sont présentées dans le tableau 5.3. Quant aux normes applicables, le
produit rencontre les spécifications des normes ASTM C260 et CSA A 266.1. Le prix
de vente est d'environ 1,20 $/L. Le produit est disponible en contenant de 200 litres ou
en vrac. Le dosage recommandé est de 120 rnL par 100 kg de ciment. Cependant, des
essais préliminaires ont montré qu'un tel dosage est insuffisant. Après essais en
laboratoire. il a été convenu d'utiliser wi dosage d'environ 2,5 ~ / r n ~ . Cette surdose
semble nécessaire pour contrer les effets néfastes que semble avoir le caoutchouc sur
l'efficacité de I'agent entraîneur d'air.
Tableau 5.3
Propriétés de l'agent entraîneur d'air
Propriétés physiques Apparence Point de congélation ( O C )
. - - 1 - - 7 -
Odeur Acide gras 1
Valeurs Liquide brun foncé
-2 Point d'ébullition (OC) Solubilité dans l'eau (%) Densité s~ecifiaue
Le superplastifiant utilisé est de type sulfonate polycondensé de naphtaiene
(SPN) de la compagnie Master Builders. Il répond aux exigences de la nonne ASTM
C494 type F. Les données techniques du superplastifiant sont présentées dans le tableau
105 1 O0 1 ,O2
r
5.4. Le coût du superplastifiant est de 1,75 $A,, ce qui est raisonnable lorsqu'il est
utilisé dans des proportions prescrites par le manufacturier.
Tableau 5.4
Propriétés du superplastifiant
1 Propriétés physiques 1 Valeurs I Apparence Point de condation (OC1
l Odeur I Aromatiaue I
Liquide brun foncé -5
Point d'ébullition (OC) Densité spécifique PH
5.2.5 Caoutchouc
1 00 1,20 8 s
Les particules de caoutchouc proviennent du recyclage de pneus, principalement
de pneus de camion. Le fournisseur est la compagnie SCOPCAT de Lavai, une
entreprise spécialisée dans le recyclage des pneus. Seule la granulométrie a été
transmise par le fournisseur. La valeur de 1,2 a été utilisée pour la densité du matériau,
laquelle a été établie en référence aux valeurs usuelles présentées dans la documentation.
Compte tenu que les particules de caoutchouc doivent être considérées comme un
substitut du sable, leur granulométrie doit s'apparenter à celle du sable. Pour ce faire, on
a mélangé deux classes de particules offertes par le distributeur, soit le 0-20 mesh et le
13-20 mesh dans des proportions respectives de 65 % et de 35 %. Les granulométries de
ces deux classes de particules et le combiné sont présentés dans le tableau 5.5. La
granulométrie du combiné rencontre les spécifications d'un sable a béton CSA A23.1.
Le prix de vente des particules de caoutchouc est fixé, tout comme pour la pierre,
en fonction de sa fuiesse. A titre d'exemple, le prix du 0-20 mesh est de 0,49 $/kg
comparativement à 0,33 $/kg pour la classe plus grossière 12-20 mesh. Pour ce qui est
du combiné utilisé le prix de revient est de 0,43 $kg.
Tableau 5.5
Granulométrie des particules de caoutchouc
Les billes de polystyrène proviennent de la compagnie Franzyl de Terrebonne,
spécialisée dans La fabrication de produits isolants pour le marché de la construction et
des emballages. Les billes de polystyrène expansé ont un diamètre qui varie de 1 a 2
mm. Le tableau 5.6 présente les propriétés typiques du polystyrène expansé (EPS)
fabriqué a partir des billes de polystyrène. Le prix des billes de polystyréne est de 3,90
$ k g .
Tamis
10 mm 5.0 mm 2 , j mm 1 2 5 mm 630 pm 315 pm
- ~
Tamisat (%)
160 pm 1 O 80 pm t 0,4 O
0-20 mesh (A) 1 O0 1 O0 100 100 8 1 16
CombinL (65 OhA+35 %B)
1 O0 99 96 77 56 1 1 i
0,3
' 12-10 mesh @) 100 97 87 35 1 O 2
Fuseau CsA Q3.1
IO0 - 100 100-95 100 - 80 85 - 50 60 - 25 30 - 10 10-2
1
Tableau 5.6
Propriétés physiques du polystyrène expansé (EPS)
Propriétés Conductivité thermique 125F Facteur K 1 4OF
à 7SF Résistance thermique à 25F Valeur ( R ) à 40F
A 70F Résistance ii la compression A 1 O % de dtformation Flexion Traction Cisaillement Module de cisaillement Module d'klasticité Perméabilitd à la vapeur d'eau WVT Absorption d'eau par volume Capillarité Coefticient de dilatation thermique Gamme de températurecontinue Long terme Intermittent
d'épaisseur
Les donntks ont C t i fournies par BASF Wyandotte Corporation.
Résultats 0.23 0.24 0.26 4,35 4,17 3,85
10-14 25-30 16-20 18-21 280-320 180-220 1,- - 3.0 moins que 2,5 aucune 0,000035
167 180
5.2.7 Sable
Le sable utilisé provient du banc Lépine B St-Félix-de-Valois. II s'agit d'un sable
de silice ayant une densité sèche de 2.68 et un taux d'absorption de 0,71 %. Le tableau
5.7 présente la granulométrie du sable dont la granularité est conforme aux exigences de
la norme CSA A23.1. On retrouve également dans le même tableau la granulométrie
combinée du sable et du caoutchouc dans les proportions de 80 % et de 20 %.
Tableau 5.7
Analyse grandométrique du sable et du combiné sable-caoutchouc
5.2.8 Fibres
Tamis
10 mm 5 mm
?,5 mm 1,25 mm 630 prn 315 pm 160 pm 80 pm
Les fibres utilisées sont des fibres de fonte : FIBRAFLEX de SEVA (groupe
Saint-Gobain). La fibre de fonte est obtenue par trempe à l'eau d'un jet de métal liquide
Tamisat ( O h )
en rotation sur une roue a grande vitesse. Cette trempe donne une structure amorphe
(non cristalline), ce qui confère aux fibres une bonne souplesse et une grande résistance
mécanique. De plus, l'état amorphe permet, avec la présence du chrome, d'obtenir une
Fuseau CsA ,423-1
100 100 100 95 100 80 85 50 60 25 30 10 10 2
excellente résistance à la corrosion. Les caractéristiques techniques des fibres de fonte
sont présentées dans le tableau 5.8 et le tableau 5.9 présente les différents modèles
(80 O h A - 20 % B) 1 O0 97 86 74 5 3 2 1 6
1'7
Sable (A) 100 96 84 73 5 2 24 7
2,O
disponibles sur le marché. Dans le cadre de la présente recherche, le choix s'est arrêté
sur le modèle FF20EO. Ce choix tient compte du rapport entre le coût, le nombre de
fibres par kilogramme et la longueur des fibres.
Caoutchouc Combiné (B)
1 O0 99 96 7 7 56 1 1 1 0,3
Tableau 5.8
Propriétés des fibres de fonte
Caractéristiques
Densité
Résistance à la traction (MPa)
Composition
Résistance à la corrosion
Emballage disponible
Résultats
7,20
1400 à 2300
Métal amorphe (Fe,Cr)so(P,C,S)zo
Excellente résistance dans les milieux salins
(chlorures, sulfates) et acides.
Essais de corrosion dans H Cl (0,I N) et Fe CI3
(0,4 N) : pas de réaction après 24 heures.
Sacs de IO kg, palettes de 500 kg
Gros sacs de 250 kg
Tableau 5.9
Dimension et coût des fibres de fonte
I 1
FF 1 OEO 1 O 1
Modèle
, 1
FFI SEO 15 1
Longueur
(mm)
Largeur
(mm)
Épaisseur
24
24
Nombre de
fibresikg
(1000)
1100
580
Surface
spécifique
en m2/kg
1 1,6
1 1,6
Coût
$/kg
1 1 ,O0
11,80
5.2.9 Synthèse des matériaux
Le tableau 5.10 présente la synthèse des principales caractéristiques des
matériaux utilisés (densité, coût unitaire et type).
Tableau 5.10
Caractéristiques des matériaux utilisés
Matériau
Ciment
Fumée de silice
Eau
Sable
Polystyrène
Caoutchouc
5.3 Description des bétons
Densité
Entraîneur d'air
Superplastifiant
Fibres
A partir du dosage optimal praîique (tableau 3.51, le programme expérimental
propose de faire varier des facteurs clés (rapport EL, quantité de caoutchouc et de
3,15
2,22
1 ,O0
2,68
0,04
1,20
fibres). Ces changements ne peuvent s'effectuer aléatoirement sans qu'il n'y ait une
perturbation massique et volumétrique des dosages. De façon a minimiser cet impact,
Coût
($/kg)
1 ,O0
1'21
7,20
les facteurs clés varieront dans les limites fixées par le programme expérimental, tout en
TY pe
150
270
O
0,007
3,90
0,43
conservant les masses et les volumes respectifs de pâte et de matériaux granulaires
10
Non agglomérée
d a
Silice
EPS
Styrène-butadiène
1,20t
1,75*
14,OO
Micro-air
SPN
Fonte
établis par le mélange optimum pratique, soit un volume de matériaux granulaires de
650 L/m3 (sable, billes de polystyrène a particules de caoutchouc) comparativement à
350 L/m3 pour la pâte (eau, ciment, fumée de silice, adjuvants et bulles d'air).
Les équations 5.1 à 5.4 énoncent les relations massiques et volumétriques pour la
pâte et les granulats. Partant de ces équations et des limites imposées aux facteurs cles,
il a été possible d'établir par substitution algébrique les huit bétons d'essai du
programme expérimental tels que présentés au tableau 5.1 1. 11 est à noter que la masse
et le volume des fibres n'ont pas été utilisds dans les calculs puisque ces dernières sont
négligeables compte tenu de la faible quantité utilisée.
Tableau 5.1 1
Composition des bétons mis a l'essai dans le cadre du programme expérimental
* Les caractères gras indiquent les variables du programme expdrimental.
CHAPITRE 6
DESCRIPTION DES ESSAIS EN LABORATOIRE
6.1 Introduction
Cette section décrit les essais réalises en laboratoire pour évaluer l'impact des
variations proposées par le programme expérimental. On retrouve également les
techniques de fabrication ainsi que la taille et le nombre d'éprouvettes requises pour
chacun des essais (tableau 6.1).
6.2 Techniaues de fabrication
Cette section regroupe toutes les étapes complémentaires à la réalisation des
essais soit le conditionnement des matériaux, le malaxage, la consolidation et le
mûrissement des éprouvettes.
Conditionnement des matériaux - Tous les matériaux utilisés pour la confection des
bétons ont été maintenus, à l'état sec, a la température ambiante du laboratoire, soit
20 * 2 O C .
Tableau 6.1
Liste des essais réalisés et dimension des éprouvettes
tlexion 1 A23.1-8C 1 55 x 100 x 400 1 2 1 - 7 1 0,006 Résistance a la 1 Cylindre 1
-
compression et module d'élasticitc! Résistance la
Nombre d'éprouvettes
Malaxage - Pour tenir compte des variations volumétriques et des pertes, le volume des
Risistance a la
Essai Volume de Mon (m3)
traction Résistance à l'écaillage Allongement
gâchées d'essai a été fixé à 0,03 m'. Le malaxeur utilisé est à tambour rotatif incline
Dimension des ~~rouvettes
1
Nome
A 3 2-9C
d'une capacité de 0,05 m3. Ce dernier a rendu possible homogénéisation du mélange
Nombre de couches
I
3 3 Cylindre IO0 r 200 Poutre
(-el-de el) I 0,003
A23.2-13C BNQ
2622420 ASTM -
dans un temps raisonnable. La séquence de malaxage est présentée dans Ie tableau 6.2.
0,003
Tableau 6.2
Séquence de malaxage
150x300 Cylindre 75 x 150 Poutre
3
3
Matériaux
Sable, ciment, fumée de silice, billes de polystyrène
de caoutchouc et des fibres lorsque requis I
Durée de malaxage
!4 minute
S/J eau, Yi S.P., EA
!A eau, '/4 S.P.
Vérification de la consistance et ajout des particules
2
- 7
L/, minute
1 % minutes
1/4 minute
Consolidation - La mise en place s'est faite avec une table vibrante puisqu'elle
représente une excellente méthode pour la préfabrication d'éléments en béton. D'autre
0,0 I l
0,OO 1
1
M a h ~ a g e final 2 minutes
part, La mise en place par pilonnage tend à former des poches d'air provoquées par
l'adhérence des particdes de polystyrène sur te bourroir. L'intensité de la vibration doit
permettre d'atteindre une répartition homogène du béton sans ségrégation ou ressuage.
Le remplissage des éprouvettes est conforme aux exigences de la norme ACNOR
A23.2-3C pour l'ensemble des essais, a l'exception du nombre de couches (voir tableau
6.1).
Mûrissement - Après le moulage, les éprouvetîes ont été entreposées jusqu'a la
réalisation des essais dans une chambre humide, à l'intérieur de laquelle le degré de
saturation est de 100 % et la température demeure comprise entre 21 et 25 O C .
6.3 Mesure de l'essai d'étalement
La mesure de l'étalement a pour but de fournir un indice de la maniabilité du
mélange. L'essai consiste à remplir un cône normalisé en deux couches de volumes
égaux et à pilonner chacune d'elles de 20 coups de bourroir répartis uniformément sur
toute la surface. Par la suite, on retire le cône et on actionne la table a chocs
d'étaiement : le plateau doit tomber 25 fois a raison de 1 coup a la seconde. On mesure
ensuite l'étalement en quatre points à l'aide d'une régle prévue a cet effet. Finalement,
on additionne les quatre valeurs obtenues qui donne le pourcentage d'étalement moyen.
6.4 Mesure de La masse volumiaue
La méthode préconisée pour évaluer la masse volumique du béton à l'état frais
consiste à remplir une jauge de 400 mL en trois couches égales et à pilonner 20 coups à
chacune des couches. A la suite du pilonnage, on doit frapper sur la paroi extérieure de
Ia jauge de façon à refenner les vides laissés par le pilon. Une fois remplie, on nettoie et
on pèse la jauge pour déterminer la masse du béton. La masse volumique est donnée par
la masse du béton divisée par le volume de la jauge.
6.5 Résistance à la com~ression et mesure du module d'élasticité
La résistance à la compression et le module d'élasticité ont été mesurés sur la
même éprouvette (O 100 x 200). La résistance à la compression a été déterminée selon
les exigences de la norme ACNOR 23.2-9C. La résistance se calcule en divisant la
charge maximale par l'aire moyenne de la surface de l'éprouvette, telle que définie dans
la formule 6.1 ci-dessous.
Le module d'élasticité correspond à la pente de la partie linéaire de la relation
contrainte/déformation. Le module d'élasticité a été mesuré à l'aide d'un extensomètre
(LVDT) positionné dans la partie centrale de l'éprouvette. Le capteur permet de
mesurer de façon graduelle la déformation du cylindre lors du chargement, dors qu'une
cellule de charge permet de connaître simultanément le moment de contrainte dans
I'éprouvette. Le module d'élasticité peut donc être calculé en divisant la résistance à la
compression par la déformation unitaire lors du chargement tel que défini dans la
formule 6.2. Le module d'élasticité a été évalué à 40 % de la charge de rupture sur le
dernier des 3 cycles de chargement.
Résistance à la compression : (6.1)
fc - - P - f, : résistance à la compression (MPa)
S P : charge de rupture (N) S : surface (mm')
Module d'étasticité :
E : module d'élasticité (MPa) a : contrainte à 40 % de f, E : déformation unitaire (mmlmm)
6.6 Résistance à La flexion
La résistance à la flexion a été établie selon les exigences de la norme ACNOR
,423.2-8C. On définit ainsi le module de rupture, R, sur une poutre simplement appuyée,
chargée au tiers de sa portée. On obtient le module de rupture par l'équation suivante :
Résistance à la flexion : (6.3)
R = fl R : module de rupture (MPa) b : largeur (mm) bd' P : charge maximale (N) d : épaisseur (mm)
1 : portée (mm)
6.7 Résistance aux cvcles de gel-dégel (ASTM C-666)
Cet essai permet d'évaluer l'effet de la variation des constituants sur la résistance
du béton aux cycles de gel-dégel. Les éprouvettes sont placées dans un cabinet de gel
pouvant en contenir 18 de dimension 76 x 100 x 400 mm. L'appareil est muni d'un
système de refroidissement et de chauffage permettant de produire entre 6 et 9 cycles de
gel et de dégel sur une période de vingt-quatre heures. La température des cycles de
gel-dégel est contrôlée par une éprouvette témoin dans lequel des sondes de température
sont introduites. Les systèmes de chauffage et de congélation sont tels que, à la fin du
cycle de gel. le centre de l'éprouvette témoin atteint -17,8 k 1,7 OC et. inversement, à la
fin du cycle de réchauffement, la température atteint 4,4 k 1'7 OC.
Les mesures de contrôle s'effectuent à une Fréquence ne dépassant pas 36 cycles
et consistent à mesurer l'élongation des éprouvettes sur deux faces opposées ainsi que le
module d'élasticité dynamique. L'allongement est calculé selon la formule 6.4 et le
module d'élasticité dynamique relatif est donné par la formule 6.5. Lors de la prise de
mesure. on doit également examiner l'apparence visuelle et noter toute défectuosité de
l'éprouvette. L'essai peut être considéré comme terminé lorsqu'on atteint une de ces
conditions : 1) 300 cycles, 2) 250 p d m d'allongement ou 3) l'éprouvette est brisée ou
désagrégée.
Allongement unitaire :
E = Lo - Ln - (At x a)
La
Module d'élasticité dvnarnique relatif:
Lo : Iongueur initiale (mm)
Ln : longueur à n cycles (mm)
E : allongement unitaire
At : diffërentiel de température ( O C )
a : coefficient de dilatation du béton
IO& ( d m / OC)
Pc = (Nih2) x 100 Pc : module d'élasticité dynamique relatif (%)
Ni : tiéquence magnétique après C cycles de gel-dégel
N : fréquence magnétique à O cycle
6.8 Résistance à l'écaillage en rése en ce de sels fondants (BNO 2622-420)
La réalisation de cet essai permet de déterminer l'effet de la variation des
constituants sur la résistance i l'écaillage des surfaces exposées aux cycles de gel et de
dégel en présence de sels fondants. Les cylindres de 0 100 x 200, sont plongés dans un
porte cylindre rempli de saumure (NaCl, 3 % massique) et placés dans une chambre
froide permettant de produire un cycle de congélation-décongélation de façon continue.
Chacun de ces cycles doit avoir une durée de 24 heures dont 16 h + 1 h pour la
congélation et les 8 h i l h suivantes pour la décongélation. Lors du cycle de
congélation, l'air ambiant de cette chambre atteint -15 O C t 3,O "C au cours de l'heure
qui suit le début du cycle. four ce qui est du cycle de décongélation, la température ne
doit en aucun temps dépasser 30 O C . La capacité de l'appareil doit être telle que la
température à l'intérieur des éprouvettes soit de -15 O C 1: 3,O O C lors des deux dernières
heures du cycle de congélation et égale ou supérieure à 5 OC a la fin du cycle de
décongélation.
Avant l'essai, les éprouvettes sont séchées à l'air pendant une période de 7 jours,
à une température comprise entre 15 O C et 30 OC et à une humidité relative de 3 0 % a
70 %. Une telle procédure de séchage est usuelle pour l'étude de la résistance a
l'écaillage du béton. La microfissuration de la pâte de ciment hydraté due au séchage,
améliore la résistance à l'écaillage (Sellevold et Radjy 1976). Par la suite, les
éprouvettes peuvent être placées verticalement sur des cales, a l'intérieur d'un récipient
a immersion ne contenant qu'une seule éprouvette. L'éprouvette doit être recouverte de
cette solution par au moins 4 _+ 2 mm dans un contenant hermétiquement fermé. Le
rapport du volume de la solution saline sur le volume de l'éprouvette doit être compris
entre 1 et 2. A la suite du trempage de 24 heures dans la solution saline à une
température comprise entre 15 O C et 30 OC, l'éprouvette est soumise aux cycles de
gel-dégel
Aux IOC et 25' cycles, la masse des débris qui se sont détachés de l'éprouvette est
mesurée. L'éprouvette est rincée à l'eau du robinet et, à l'aide d'un pinceau, on enlève
toutes les particules détachées. Les particules recueillies lors du rinçage ainsi que celles
recueillies au fond du contenant doivent être lavées et tamisées à l'aide d'un tamis
80 Fm, puis séchées et pesées. Les pertes de masse cumulées ainsi obtenues sont
comptabilisées en kilogrammes par mètre carré de surface.
6.9 Résistance à la traction : essai brésilien
L'essai de fendage, dit brésilien, a été effectué selon les dispositions de la norme
ACNOR A23 2-1 3C. La résistance au fendage, T, d o ~ e une bonne approximation de
la résistance à la traction d'un béton. L'essai consiste à mettre sous pression radiale un
cylindre de 150 mm de diamètre sur 300 mm de longueur, ce qui a pour effet d'induire
une contrainte diamétrale de traction. On peut calcuIer la contrainte de traction à partir
de la relation suivante :
Résistance à la traction : (6-6)
T - 2P P : charge de traction (N)
x l d T : résistance à la traction (MPa) 1 : longueur (mm) d : diamètre (mm)
CHAPITRE 7
PRÉSENTATION DES &SULTATS
7.1 Introduction
Comme il a été mentionné dans les chapitres précédents, notre expérimentation
visait l'élaboration d'un béton léger pour la confection d'éléments destinés à la vente au
détail. Il convient maintenant de présenter une synthèse des résultats obtenus. Dans un
premier temps, on présente la composition des bétons et, dans un deuxième temps, les
résultats des performances des bétons pour chacun des facteurs clés étudiés.
Pour évaluer l'effet des différents facteurs clés, on a calculé un résultat moyen
issu du regroupement des bétons correspondant à chacune de ces limites. Pour chaque
série d'essais, deux éprouvettes ont été mises à l'essai. La moyenne pour chacun des
facteurs clés aux limites inférieures et supérieures est donc représentée par huit résultats
d'essais distincts. Toutefois, dans le cas de l'évaluation de la résistance aux cycles
accélérés de gel-dégel, une seule éprouvette a été fabriquée par série.
7.2 La comuositions des bétons
Le tableau 7.1 donne la composition réelle de chacun des bétons fabriqués en
laboratoire. Les sections suivantes présentent certaines observations sur le pourcentage
d'air et la masse volumique.
Tableau 7.1
Proportions réelles des bétons confectionnés en laboratoire
*eau incluant celle du superplastifiant.
Ciment
FS*
Eau*
Sable
Polystyrène
Caoutchouc
Fibre
E.A.
S.P. (solide)
Rapport (EIL)
Massevolumique(kg/m')
Volume d'air (%)
Etalement (%)
7.2.1 Teneur en d'air
Les teneurs en air présentées dans le tableau 7.1 ont été établies par le calcul des
volumes absolus partant de la masse volumique mesurée en laboratoire.
-
MELANGES
Les dosages en agent entraîneur d'air ont été ajustés lors des essais en laboratoire
pour obtenir des teneurs en air variant de 5 a 10 %. II est clair que le rapport EL
influence la teneur en air dans les bétons, soit 2,s ~ / r n ~ pour un rapport EL de 0,27 et
0,l ~ l r n ~ pour un rapport WL de 0,32. Cette variation s'explique en partie par
l'augmentation de l'étalement dans le cas du rapport EL de 0,32 permettant une
1
447,8
38,9
133,4
323,s
20,3
0,O
0,O
2,4
I4,6
0,274
981
6,8
38
2
410,3
35,6
144,9
306,l
19,2
0,O
0,O
0,l
7,O
0,325
923
11,l
60
4
418,6
36,4
147,4
261,l
18.6
51,3
0,O
0,1
7,l
0,324
941
9,3
44
3
45 1,8
39,3
134,6
272,9
19,5
53,6
0,O
2,4
14,7
0,274
989
5,9
12
S I h 7
430,9
37,5
128,3
260,2
18,6
51,l
3,O
2,3
14,l
0,274
943
10,3
16
446,3
38,8
132,9
322,4
20,2
0,0
3,O
2.4
14,5
0,274
978
7,l
20
8
421.9
36,6
148,6
263,l
18,8
51,7
3,O
0,1
7,2
0,324
948
8,5
40
404,l
35,1
142,7
301,s
18,9
0,O
3,O
0,1
6,9
0,325
909
12,4
52
meilleure homogénéité et une meilleure distribution du réseau de bulles d'air. D'autre
part, en abaissant le rapport E/L, il est usuel d'utiliser des dosages plus importants en
agent entraîneur d'air : la cohésion de la pâte de ciment et la quantité réduite d'eau libre
exigent un dosage plus important en agent entraîneur d'air. Pour ce qui est de
l'influence des deux autres facteurs (caoutchouc et fibres), ils ne semblent pas présenter
ni d'avantage ni de désavantage du point de vue de la variation de la teneur en air.
De façon globale, bien que le volume d'air varie en fonction des rapports EL, les
teneurs en air calculées pour chacun des huit bétons demeurent tout à fait acceptables.
7.2.2 Masse volumique
Les masses volumiques présentées dans le tableau 7.1 ont été mesurées tout de
suite après la période de malaxage. Dans l'ensemble, les masses volumiques des bétons
varient de 910 à 990 kg/m3, ce qui répond parfaitement a la valeur cible de 1000 kg/&
établie comme critère de conception au départ. La variation de la masse volumique des
bétons peut être expliquée en grande partie par la fluctuation de la teneur en air dans les
bétons.
Le deuxième objectif de cette recherche était d'utiliser des produits de recyclage
légers pour tenter de diminuer la masse volumique. A cet égard, l'utilisation des
particules de caoutchouc n'apporte pas de variation notable. L'effet non significatif de
l'utilisation de ces dernières peut être expliqué en partie par le faible dosage utilisé.
7.3 La performance des bétons
Dans cette section, on présente les résultats de performance selon les critères de
conception établis : 1) la rhéologie du béton a l'état frais, 2) les propriétés à l'état durci,
3) la durabilité, 4) les aspects économiques.
7.3.1 La rhéologie des bétons a t'état frais
Le tableau 7.2 présente Ia rhéologie des bétons à l'état frais qui a été mesurée par
l'étalement.
Tableau 7.2
Rhéologie des bétons à l'état plastique : résultats
des mesures d'étalement
Facteurs clés éîudiés
Rapport E/L - Lors de la mise en place du béton, on a pu constater une diminution de
la plasticité du béton lorsque le rapport EL diminue. Les résultats des essais sont clairs
a cet effet : l'étalement moyen passe de 20 % (na 1, 3, 5 et 7) a 50 % (nos 2, 4,6 et 8)
pour les bétons de rapport E/L de 0'27 et de 0,32 respectivement.
Pourcentage de particules de caoutchouc - Le dosage en particules de caoutchouc
semble également avoir un effet significatif sur la plasticité du béton. En effet,
l'étalement chute de façon importante lorsque le béton contient des particules de
caoutchouc (tableau 7.2). L'étalement moyen diminue de 43 % (nos 1, 2, 5 et 6) à 28 %
(nos 3,4. 7 et 8) lorsque l'on ajoute des particules de caoutchouc dans le béton.
Quantité de fibres - L'étalement diminue trés légèrement lorsqu'on ajoute des tibres
dans le béton. L'étalement moyen des bétons passent de 39 % (no' 1, 2, 3 et 4) à 32 %
(nos 5 6 , 7 et 8) avec l'ajout de fibres de fonte.
7.3.2 Propriétés du béton à l'état durci
Les propriétés à l'état durci caractérisent le béton relativement a sa résistance
mécanique. Les essais réalisés ont permis de déterminer la résistance a la compression,
le module d'élasticité, la résistance à la flexion et la résistance a la traction. Les
résultats de ces essais sont présentés dans le tableau 7.3.
Tableau 7.3
Résultats* des propriétés mécaniques (mûrissement : 28 jours)
Série no
1 5 3 7 2 6 4 8
* Résultats complets à l'annexe B
Facteurs clés dtudiés Critères de performance EIL
0'27
0,32
Brésilien (MPa)*
039 1 ,O 1,o A
0 3 1,O 0,8 0'7 0'9
Caoutchouc (%)
O
20
O
f. (MPa)*
498 5 s 5,7 3 2 3,4 3,1 3,1 3,3
Fibres (kplm3)
O 3 O 3 O 3 0
Ec (GPa)*
798 5'3 7,7 4,7 3,4 4,4 3,s 4,3
Flexion (MPa)*
295 2 s 2,5 2 2 1'9 1'9 1 3 2,o 20 3
7.3.2.1 Résistance à la com~ression
La résistance à la compression a été mesurée sur des cylindres de 0
100 r( 300 mm après un mûrissement humide de 28 jours. Dans l'ensemble, les
résistances à la compression sont relativement faibles. Les valeurs présentées dans le
tableau 7.3 représentent la moyenne de deux éprouvettes pour chacun des bétons. En ce
qui concerne les écarts de résistance mesurés au . limites des facteurs clés étudiés, la
résistance moyenne est obtenue de quatre séries d'essai.
Rapport E/L - En regard à la résistance à la compression moyenne pour les deux
familles étudiées de rapport E L , l'écart des résistances à la compression est signiticatif :
3.2 MPa (nos 2 ,4 ,6 et 8) et 4,8 MPa (nos 1,3, 5 et 7) pour des rapports E/L de 0,32 et de
0.27 respectivement. Le béton de la série 7 dont la teneur en air est plus éievée (tableau
7.1) présente un comportement isolé. En omettant le résultat du béton de la série 7, la
résistance à la compression moyenne est alors de 5,3 MPa plutôt que de 4,8 MPa (nm 1,
3. 5 et 7). Cette dernière semble plus représentative de la réalité. Pour cette raison, les
résultats de la série 7 seront donc exclus du calcul des moyennes pour évaluer
l'influence des paramètres clés étudiés sur la performance à la résistance mécanique.
Pourcentage de particules de caoutchouc - Les résultats obtenus montrent une légère
diminution de la résistance à la compression lorsqu'on ajoute du caoutchouc au béton,
soit une diminution de 4,2 MPa (nos 1,2,5, et 6) à 4,O MPa (nos 3 ,4 et 8).
Quantité de fibres - Le dosage en fibres n'a également pas d'effet très important. La
moyenne des résistances à la compression des bétons sans fibres est de 4,3 MPa (n" 1,2,
3 et 4) comparativement à 3,8 MPa (nos 5,6 et 8) pour les bétons avec fibres.
7.3.2.2 Module d'élasticité
Le module d'élasticité a été évalué lors des essais de résistance à la compression
a 40 % de la charge de rupture. Les courbes contrainte-déformation obtenues sont
présentees aux figures 7.1 à 7.6. Dans l'ensemble, le module d'élasticité des bétons est
faible (E,.,,,,, = 5 GPa) comparativement a celui des bétons usuels (E, = 20-30 GPa). La
présence de particules de polystyrène est à l'origine de ce comportement.
Rapport E/L - Le rapport E L du béton semble avoir un effet sur le module d'élasticité
du béton. En effet, les résultats moyens montrent une légère augmentation de 3,9 GPa
(nos 2'4.6 et 8) a 6,9 GPa (nos 1'3 et 5) lorsque le rapport E/L passe de 0,32 a 0.27.
Les courbes de contrainteldéformation des figures 7.1 et 7.2 présentent l'effet de
la variation du rapport E/L sur le module d'élasticité. L'augmentation du rapport E/L
tend à augmenter les déformations unitaires pour une contrainte donnée.
Pourcentage de particules de caoutchouc - Le module d'élasticité ne présente pas de
variation importante lorsqu'on ajoute des particules de caoutchouc dans Ies proportions
retenues pour cette étude, si ce n'est une légère diminution.
Les figures 7.3 et 7.4 présentent la relation contrainte/défomation lorsqu'on
ajoute du caoutchouc au béton.
Quantité de fibres - L'ajout de fibres de fonte au béton a un effet sur le module
d'élasticité. En effet, les résultats moyens du tableau 7.3 montrent une augmentation de
5.6 GPa (nos 1'2'3 et 4) à 4'7 GPa (nos 5'6 et 8) lorsqu'on ajoute 3 kg/m3 de fibres dans
le béton.
I I I
0.0008 0,00 1 2
Deformation (mmfmm)
Figure 7.5 Courbes contrainte-ddformation du béton sans ajout de fibres de fonte dans le béton
7.3.2.3 Résistance à la flexion
La résistance à la flexion a été mesurée sur des poutres de 75 x 100 x 400 mm
après un mûrissement humide de 28 jours. Dans l'ensemble, la résistance à la flexion est
relativement élevée (moyenne de 2,2 MPa) comparativement à la résistance à la
compression. Dans le cas des bétons ordinaires, il n'est pas rare d'avoir des valeurs de 3
à 5 MPa de résistance à la flexion pour des bétons ayant des résistances à la compression
supérieures à 30 MPa (Neville, 1981).
Rapport E/L - Les résistances à la flexion augmentent de 1,9 MPa (nos 2, 4, 6 et 8) a
2.5 MPa (nos 1.3 et 5) pour une réduction du rapport E/L des bétons de 0,32 a 0,27.
Dosage en particules de caoutchouc et en fibres - L'ajout de caoutchouc et de fibres
ne semble pas avoir d'effet important sur la résistance à la flexion.
7.3.2.4 Résistance à la traction (essai brésilien)
La résistance à la traction a été mesurée sur des cylindres de 0150 x 300 mm
après un mûrissement humide de 28 jours. La résistance à la traction est souvent
estimée comme étant environ 10 % de la résistance à la compression (Metha, 1986).
Pour les bétons étudiés, les résultats vont bien au-delà de cette estimation puisque la
résistance à la flexion équivaut à 55 % de la résistance à la compression.
Aucun des facteurs étudiés dans le cadre de ce programme expérimental ne
présente un effet significatif sur la variation de la résistance a la traction (essai brésilien).
7.3.3 Durabilité
Compte tenu des applications architecturales prévues pour les bétons à l'étude, la
durabilité représente un critère important. Le comportement des bétons fabriqués a été
évalué par deux essais qui caractérisent la durabilité au gel du béton : 1) la résistance à
I'écaillage, 2) la résistance aux cycles accélérés de gel-dégel.
7.3.3.1 Résistance à l'écaillage
La résistance à l'écaillage a été mesurée sur des cylindres de 0 75 x 150 mm
après un mûrissement humide de 28 jours. Les résultats sont présentés dans le tableau
7.4 et montrent que les bétons soumis à l'essai offrent une excellente performance à
l'écaillage indépendamment des dosages utilisés. Cependant, les pertes de masse
moyennes pour les rapports E L de 0,32 sont supérieures à celles des bétons de rapport
E/L de 0.27 (tableau 7.4). Dans l'ensemble, les résultats sont très concluants : tous les
bétons étudiés ont une bonne résistance à l'écaillage. La perte de masse maximale
mesurée est égale à 0'27 kg/m2 (béton no 6) ce qui est bien inférieur à la limite spécifiée
de 1 kg/m2 (BNQ 2622-420). De surcroît, la compilation des résultats montre une
progression lente et stable de la perte de masse (figure 7.7). Les photographies des
éprouvettes après 25 cycles de gel-dégel en présence de sels fondants sont présentées
aux figures 7.8 à 7.1 1. On constate que les éprouvettes des bétons ayant un rapport E/L
de 0.32 sont davantage dégradées que celles des bétons de rapport E L de 0,27. Par
ailleurs. la partie supérieure des cylindres représentant le fond du moule est nettement
plus dégradée. Il est possible qu'il y ait eu une survibration dans cette partie du
cylindre, modifiant ainsi la qualité du réseau d'air dans le béton.
Tableau 7.4
Résultats des essais de résistance à l'écaillage des bétons
(miirissement 28 jours)
*~ésultats complets présentés il l'annexe C
Rapport EIL - La perte de masse a l'écaillage est de 0,03 kg/m2 (nos 1, 3 et 5) pour un
rapport E/L de 0'27 comparativement à 0 , l j kg/m2 (nos 2,4,6 et 8) pour un rapport E/L
de 0,32. Comme mentionné précédemment, la série 7 présentait des résistances
mécaniques inférieures a son groupe (rapport E/L de 0,27) par suite d'une teneur en air
élevée. Dans le cas de la résistance à l'écaillage, on retrouve également un écart pour
cette série. Cependant. la différence est ici moins significative bien que la teneur en air
élevée du béton de la série 7 ait pour effet de limiter sa résistance a I'écaillage. Une
forte quantité d'air peut réduire la résistance à l'écaillage puisque, après séchage, une
partie des vides d'air en peau du béton est rendue accessible par le réseau de
microfissures. Ce phénomène accentue ainsi les effets du gel (saturation des bulles)
plut8t que de protéger la pâte de ciment hydraté du phénomène de surface : l'écaillage
(Perraton, 1986).
Pourcentage de particules de caoutchouc - La perte de masse à I'écaillage est plus
faible lorsque le béton contient des particules de caoutchouc. Les résultats indiquent une
perte de masse de 0,05 kg/m2 (nos 3, 4 et 8) pour les bétons confectionries avec des
particules de caoutchouc et de 0,12 kg/m2 (nos 1,2, 5 et 6) pour ceux qui ne contiennent
pas de caoutchouc.
Quantité de fibres - Les résultats obtenus indiquent une augmentation de la perte de
masse lorsque des fibres sont ajoutées au béton : 0,07 kg/m2 (nos 1, 2, 3 et 4) pour les
béions sans fibre et 0,13 kg/& (nos 5 ,6 et 8) pour les bétons avec fibres.
7.3.3.2 Résistance aux cvcles de gel-dégel : cvcles accélérés
La résistance aux cycles accélérés de gel-dégel a été mesurée sur des prismes de
75 x 100 x 400 mm après un mûrissement humide de 90 jours. Le tableau 7.5 présente
l'allongement moyen des prismes après 300 cycles de gel-dégel et la variation du
moduie d'élasticité dynamique relatif. La figure 7.12 présente l'évolution de
l'allongement des prismes en fonction du nombre de cycles et la figure 7.13 montre la
diminution du module d'élasticité dynamique en fonction du nombre de cycles.
Dans l'ensemble, la résistance des bétons aux cycles accélérés de gel-dégel est
révélatrice de la bonne qualité des bétons fabriqués.
Tableau 7.5
Résultats des essais de résistance aux cycles accélérés de gel-dégel
(mûrissement 90 jours)
*Résultats complets prdsentes tt l'annexe D
Série no
1 5 3 7 2 6 4 8
Facteurs clés étudiés
E/L
0,27
0,32
Critères de performance
Allongement après 300
cycles (prn/m) *
198 218 1544 624 520 348 142 160
Caoutchouc (%)
O
20
O
20
Module d'élasticité dynamique
relatif (%)* 99 86 5 7 70 67 87 93 8 6
Fibres &dm3)
O 3 O 3 O 3 O 3
Air (%)
6,8 7,1 5,9 1 0,3 11,l 12,4 9,3 8,s
150 200
Nombre de cycles
Figure 7.13 Variation du module d'élasticité dynamique relatif en fonction du nombre de cycles de gel-dégel
Cependant, on doit considérer le nombre de cycles produits par période de 24
heures. En effet, l'essai a été réalisé à une fréquence de 3 à 4 cycles par jour
comparativement aux 6 à 9 cycles prescrits par la norme. Cette réduction du nombre de
cycles est atmbuable aux cmctéristiques particulières des bétons confectionnés dont la
conductivité thermique est beaucoup plus faible que celle des bétons ordinaires : la
teneur élevée en billes de polystyrène est a l'origine de ce comportement. Par
conséquent, l'appareillage est beaucoup moins performant pour refroidir et réchauffer
les prismes. En conséquence, bien que la diminution du nombre de cycles journaliers
doive être prise en considération dans l'analyse de la performance des bétons étudiés, il
est difficile d'en juger l'impact.
Rapport E L - Contrairement à la résistance à l'écaillage, les bétons ayant un rapport
€IL de 0'27 présentent une moins b o ~ e performance face aux cycles de gel-dégel.
Après 302 cycles, l'allongement moyen est de 646 pdrn (nos 1 ,3 ,5 et 7) pour les bétons
de rapport EIL de 0,27 et de 293 p d m (nos 2, 4,6 et 8) pour les bétons de rapport E/L de
0.32. Cependant, on a pu constater une détérioration plus sévère de la surface (écaillage)
des prismes ayant un rapport E L de 0,32. Une analyse de la qualité du réseau d'air
(facteur d'espacement des vides d'air) serait appropriée pour analyser avec plus de
précision ces résultats.
Pourcentage de particules de caoutchouc - On ne constate pas de variation du
comportement à l'essai de résistance face aux cycles accélérés de gel-dégel pour les
bétons contenant des panicules de caoutchouc comparativement aux autres bétons
fabriqués sans particules de caoutchouc.
Quantité de fibres - L'ajout de fibres semble contribuer à diminuer l'allongement sous
l'effet des cycles accélérés de gel-dégel. En effet, l'allongement moyen des bétons
contenant des fibres est de 338 prdm (nos 5,6,7 et 8) comparativement à 601 p d r n (nos
1. 2. 3 et 4) pour les mélanges sans fibre. Ce résultat est intéressant puisqu'il est
généralement reconnu que les fibres ont pour effet de limiter la propagation des
microfissures dans le béton. Le choix des fibres de fonte permet, compte tenu de leur
faible épaisseur, d'assurer une plus grande répartition dans la masse : pour un prisme de
75 x 100 x 400, il y a en moyenne 2475 fibres, soit une fibre de longueur de 2 cm par
centimètre cube de béton.
Comme le prescrit la norme ASTM-C666, on a égaiement mesuré Ie module
d'élasticité dynamique relatif qui donne un indice de la résistivité d'un matériau. Les
résultats sont révélateurs puisqu'on dénote une concordance avec les allongements
mesures. En effet, les prismes présentant des allongements plus élevés, ayant une
diminution de la densité du matériau induite par le gonflement dû à l'absorption d'eau,
ont également un module d'élasticité dynamique relatif inférieur.
7.3.4 Aspects economiaues
L'aspect économique demeure un élément important dans le développement des
bétons à l'étude. Le potentiel économique d'éléments en béton léger pour la vente au
détail est non seulement tributaire de [a légèreté du béton, mais également de son coùt
lié à celui des matières premières. A cet égard, le tableau 7.6 présente le coUt total des
matières premières des bétons étudiés.
Tableau 7.6
Résultats des propriétés économiques
1 1 Facteurs clés 1 Coût du 1
* Coût établi h partir des rnatikres premieres seulement.
Série no
Rapport E/L - Le cout du béton varie en fonction du rapport E L . En effet, le coût
moyen des bétons ayant un rapport EL de 0,27 est de 256 $fm3 (nos 1, 3, 5 et 7)
comparativement à 222 $/m3 ( t f s 2,4 ,6 et 8) pour les bétons de rappon EIL de 0'32.
Pourcentage de particules de caoutchouc - L'ajout de caoutchouc influence
également Ie coût des bétons. L'augmentation associée a l'ajout de 20 % de particules
de caoutchouc en remplacement du sable est de 20 $lm3 . Il est donc normal que le coi3
du béton contenant des particules de caoutchouc soit plus élevé (voir tableau 5.10).
E/L
Quantité de fibres - Tout comme pour l'ajout de particules de caoutchouc,
l'augmentation du coût des bétons associée a l'ajout de fibres n'est pas négligeable. En
effet. une augmentation de 45 $ le in3 est associée a l'ajout de fibres au béton.
Caoutchouc (% )
Fibres (kp,/m3)
béton * ($lm3)
CHAPITRE 8
ANALYSE DES RÉSULTATS
8.1 Introduction
L'analyse des résultats vise à mettre en relief les effets des trois facteurs clés
étudiés sur les propriétés du béton et a évaluer s'ils peuvent être jugés significatifs. Au
chapitre précédent? on a vu qu'il y a effectivement des variations de la performance du
béton en rapport aux facteurs étudiés. Cependant. pour être en mesure de juger si ces
variations sont significatives, on doit procéder a une analyse plus approfondie. Cette
analyse va permettre non seulement de confirmer ou d'infirmer si l'un des facteurs a un
effet significatif, mais également de préciser son degré de confiance. A la lumière de
cette analyse. il sera alors possible de cibler la composition optimale du béton selon Ies
propriétés recherchées.
La méthodologie d'analyse est basée sur une analyse de la variance des résultats.
Cette méthode permet de dire s'il existe une différence significative entre trois
moyennes ou plus. De façon très sommaire, la table de compilation d'une analyse
statistique fournit des valeurs de la probabilité que le facteur soit significatif sur le
paramètre étudié (P-Value) pour chacun des facteurs clés. 11 est usuei de considérer
qu'un facteur est significatif lorsque la valeur de P est inférieure à 0,05. L'application
de la méthode est relativement ardue pour une résolution manuelle. Pour faciliter
l'analyse, on a utilisé le logiciel statistique STATGRAPHICS Plus 4.0.
Il aurait été avantageux de réaliser une répétition des séries d'essai pour
augmenter la représentativité des résultats. Cette répétition aurait, entre autres, permis
de préciser les résultats obtenus pour le mélange numéro sept qui semble présenter des
résultats inférieurs à sa catégorie.
8.2 Analyse des résultats
L'analyse qui suit est basée sur les travaux réalisés en laboratoire et sur les
résultats de la table d'ANOVA.
8.2.1 L'étalement
L'étalement représente le premier indice obtenu lors des essais en laboratoire.
Dès cet instant, on a pu constater que le rapport E/L et l'ajout des particules de
caoutchouc avaient un impact sur la mise en place des bétons.
L'analyse de la variance présentée dans le tableau 8.1 a été obtenue a partir des
valeurs d'étaiement présentées dans le tableau 7.2. Les résultats de l'analyse montrent
une forte probabilité avec un degré de confiance de (P = O) de l'effet du rapport E/L et
de (P = 0,02) pour ce qui est de l'effet du caoutchouc, ce qui confirme que ces deux
paramètres ont un effet significatif sur la rhéologie du béton. Quant à l'ajout de fibres,
les résultats indiquent qu'elles n'ont pas montré d'effet significatif sur le pourcentage
d'étalement.
Malgré l'utilisation de 25 JJm3 de superplastifiant, les mélanges ayant un rapport
E/L de 0.27 présentent un étalement plus faible que les bètons de rapport E L de 0,32.
La quantité insufisante de superplastifiant peut être à l'origine de ce phénomène.
L'effet des particules de caoutchouc sur la diminution de l'étalement peut
possibIement s'expliquer par quatre raisons : 1) les particules de caoutchouc minimisent
l'effet du superplastifiant, 2) une incompatibilité existe entre ces deux polymères, 3) la
testure de surface des particules de caoutchouc O& possiblement plus de résistance au
frottement 4) une moins bonne mouillabilité du caoutchouc équivaut à une demande en
eau plus élevée.
Par suite des manipulations de laboratoire, on juge que les valeurs obtenues
d'étaiement et de cohésion des bétons de rapport E/L de 0,27 sont à la limite de
l'acceptabilité considérant la méthode de consolidation choisie, c'est-à-dire la table
vibrante. Ceci et d'autant plus vrai lorsque les fibres et le caoutchouc sont utilisés en
mème temps. Par contre, les vaIeurs d'étalement obtenues avec les bétons de rapport
E/L de 0,32 sont nettement plus acceptables, quoique légèrement élevées lorsqu'il n'y a
pas de fibres et de particules de caoutchouc.
Tableau 8.1
Analyse de Ia variance des résultats obtenus pour l'étalement
des bétons présentés dans le tableau 7.2
VaIeur de la Somme des
E L
I I I 1 I
Degré de
carrés
1512'5
E rreur
Total
Caoutchouc , 420.5
Fibres 1 84'5
Carrés
liberté
1
2,68 1 84'5
126
2 143,5
Rapport
1
O, 1768
Moyens
1512,s
4
7
430'5
31,5
F
48'02
probabilité
(P-Value)
0,0023
13,35 0,02 17
8.2.2 La résistance à ta com~ression
Les résistances à la compression des bétons étudiés sont relativement faibles, soit
de 3.0 à 5,O MPa pour des rapports E L de 0'32 et 0,27 respectivement. Bien que la
qualité de la pâte soit bonne, il reste que près de 50 % du volume des bétons est
constitué de billes de polystyrène qui n'offrent pratiquement aucune résistance
mécanique. De plus, s'ajoute un a u w 5 à 10 % du volume par des bulles d'air
entraînées. L'analyse de variance des résultats de la résistance à la compression
présentés dans le tableau 7.3 est donnée dans le tableau 8.2. La variation de la résistance
à la compression pour les deux groupes de rapport EL donne une valeur P-value de
0'06. On peut donc conclure qu'il y a un effet significatif du rapport EIL sur la
résistance à la compression. Ce résultat est normal puisque, comme on l'a évoqué au
chapitre 1, la qualité de la pàte de ciment diminue (porosité augmente) lorsque le rapport
E/L augmente.
En ce qui a trait à l'effet des particules de caoutchouc et des fibres sur la
résistance à la compression, les résultats du tableau 8.2 n'indiquent aucun effet
significatif.
Tableau 8.2
Analyse de la variance des résultats obtenus
pour la résistance a la compression des bétons présentés dans le tableau 7.3
Somme des
carrés
l I I I l
Degré de
liberté
Caoutchouc 1 0,32 I I 1 I 1
8.2.3 Module d'élasticité
I I 1 1 I
L'analyse de la variance des résultats du module d'élasticité présentés dans le
tableau 7.3 est donde dans le tableau 8.3. On constate une influence significative du
rapport E L avec une valeur de P = 0,05. Ce comportement peut s'expliquer par la perte
de rigidité de la pâte de ciment avec l'augmentation du rapport E L .
1
Fibres
Erreur
Pour ce qui est des particules de caoutchouc et des fibres de fonte, on ne peut
conclure de leur influence sur le module d'élasticité. D'aiIleurs, l'analyse de la variance
du tableau 8.3 ne présente pas de tendance significative à cet effet.
Vaieur de la
probabilité
(P-Value)
Carrés
Moyens
0,56
Rapport
F
0,32
0,4945 0,34 1 8
3,1345 4 1 0,783625 1
0,4 1
1
0,5576
0,44 1 8
Tableau 8.3
Analyse de la variance des résultats obtenus
pour le module d'élasticité des bétons présentés dans le tableau 7.3
E/L
8.2.3 Résistance à la flexion
Caoutchouc
Fibres
Erreur
Total
L'analyse de variance des résultats de la résistance a la flexion présentés dans le
tableau 7.3 est donnée dans le tableau 8.4. Les résultats indiquent que seul le rapport
E L est jugé comme étant un facteur significatif (P = 0,Ol). Ce résultat était prévisible
compte tenu des résultats relatifs à la résistance à la compression. En effet, la résistance
à la flexion est généralement tributaire de la résistance a la compression. Cependant, si
on compare le rapport entre la résistance à la flexion et la résistance en compression de
bétons ordinaires, on est a même de constater que celui-ci est supérieur dans le cas des
bétons légers étudiés. La qualité de la pâte (rapport EIL faible) peut expliquer, en partie,
cette performance des bétons légers.
Somme des
carrés
1,2 1229E7
Degré de
liberté
1 ,
595 12.5
1,73538E6
1,60287E6
595 12.5
1,73538E6
6.3 1 147E6
2,03293 E7
Carrés
Moyens
1,2 1229E7
1
1
4
7
i
Rapport
F
0,04
1 ,O8
VaIeur de la
probabilité
(P-Value)
0,8566
0'3 569
7,56 0,OS 14
Tableau 8.4
Analyse de la variance des résultats obtenus
pour la résistance a la flexion des Mons présentés dans le tableau 7.3
1 canés 1 liberté 1 Moyens 1 F 1 probabilité
Somme des Degré de
I I t I I
Caoutchouc 1 0,0021 125 1 f 1 0,0021 125 1 0,11 I 1 1 1 I
8.2.5 Résistance a la traction (essai brésilien)
Carrés
0,7562
Fibres 1 0,0001 125 1 1 1 0,0001 125 1 0,O 1
Erreur
Total
L'analyse de la variance des résultats de la résistance a [a traction présentés dans
le tableau 7.3 est donnée dans le tableau 8.5. Cette analyse montre qu'aucun des
facteurs clés n'a d'effet significatif sur la résistance a la traction. Cependant,
considérant les valeurs obtenues et des écarts (min-rnax) étudiés aussi faibles, il est
compréhensible qu'il soit dificile de percevoir une variation acceptable.
0,9425
Rapport
0,07645
0,6 14288
VaIeur de la
4 0,191 125
7
Tableau 8.5
Analyse de la variance des résultats obtenus
pour la résistance à la traction des bétons présentés dans le tableau 7.3
1 Somme des 1 Degré de 1 Carrés 1 Rapport 1 Valeur de la
E/L I I I I 1
carrés
0,0068445
Caoutchouc 1 0,0068445 1 1 1 0,0068445 1 0,85 1 1 1 1
Total 1 0,047248 1 7
0,4080
Fibres I I I ,
8.2.6 Résistance à l'écaillage
liberté
1
Erreur
L'analyse de variance des résultats de la résistance à l'écaillage présentés dans le
tableau 7.3 est donnée dans le tableau 8.6. Les résultats du tableau 8.6 indiquent que
seul le facteur "rapport EL" a un effet jugé statistiquement significatif (P = 0,04) sur la
résistance à l'écaillage.
0,001458 1 1 1 0,001458
0,032101 1 4 1 0,00802525 1
La différence entre la performance des deux familles de béton de rapport E L
confirme les concepts de dosage présentés au chapitre 1 sur l'amélioration de la qualité
de la pâte de ciment hydraté relativement à l'abaissement du rapport EL. Cependant,
les d e u ~ familles de rapport E 5 utilisées sont plus qu'acceptables, compte tenu de la
performance a l'écaillage et considérant que ce sont des valeurs utilisées dans les bétons
à haute performance. En effet, même les bétons préparés avec un rapport EL de 0,32
causent des pertes de masse bien en deçà des limites fixées, soit de O,f5 kg/m2
comparativement à 1,O kg/m2 qui représente le critère de conception fixé au chapitre 3.
Moyens
0,0068445
0,18
F
0.85
0,69 19
probabilité
( P-Value)
0,4080
Il paraît égaiement important de noter que l'utilisation d'agent entraîneur d'air a sans
aucun doute amélioré la performance des bétons à l'écaillage.
Cependant, malgré l'excellente performance des bétons itudiés, on se doit d'être
vigilant face aux résultats obtenus, en particulier pour les séries no' 2, 4, 6, 8. En effet,
malgré une perte de masse bien infërieure à 1,O kglm', les figures 7.8 à 7.11 permettent
d'observer des surfaces relativement dégradées pour les séries en question. Cette
divergence s'explique par la très faible densité des particules de polystyrène qui se
détachent de l'éprouvette. L'écaillage étant donné par la perte de masse par unité de
surface, rend cette relation grandement tributaire de !a densité des composantes du
béton. Pour pallier a ce phénomène, il y aurait lieu de fixer la perte de masse lors de
l'essai d'écaillage relativement a la masse volumique des grandats utilisés.
Tableau 8.6
Analyse de la variance des résultats obtenus
pour la résistance a l'écaillage des bétons présentés dans le tableau 7.4
Somme des
Caoutchouc 1 0,00735078 1 1 1 0,00735078 1 2,28 1 0,2059
carrés
I I 1 I 1
Fibres 1 0,00330078 1 1 1 0,00330078 1 1 ,O2 1 0,3693
Degré de
1 1 1 1 1
Erreur 1 0,0129221 1 4 1 0,00323053 1 I
liberté
1 1 1 1 I
Total 1 0,0526745 1 7 1
Cmés
Moyens
Rapport Valeur de !a
F probabilité
(P-Value)
8.2.7 Résistance aux cvcles de gel-dégel
L'analyse de la variance des résultats de la résistance aux cycles accélérés de
gel-dégel présentés dans le tableau 7.5 est donnée dans le tableau 8.7. Cette analyse
statistique confirme qu'il n'y a pas d'effet significatif du rapport EL sur la résistance
aux cycles accélérés de gel-dégel. Il est difficile d'expliquer ces résultats puisque les
bétons de rapport E L de 0'32 ont un allongement inférieur à ceux de rapport E/L de
0.27 ; par contre, ils présentent des surfaces beaucoup plus écaillées.
Tableau 8.7
Analyse de la variance des résultats obtenus pour la résistance aux cycles
accélérés de gel-dégel des bétons présentés dans le tableau 7.5
1 Somme des 1 Degré de 1 Carrés 1 Rapport 1 Valeur de la ( 1 carrés 1 liberté 1 moyens 1 F 1 probabilité 1
Caoutchouc 1 175825,O 1 1 1 175825,O 1 0,72 0,4427 1 I l I I I
Erreur 1 971130,O 1 4 1 242783'0 1 I 1 I I I 1
L 1 , L 1
Total 1 1,5357486 1 7 1
Fibres 1 138865,O 1 1 1 138865,O 1 0,57
Les résultats sont surprenants et inquiétants. Habituellement, les bétons de
rapport E/L aussi faible (0,27 et 0'32) présentent une bonne durabilité face aux cycles
accélérés de gel-dégel. Évidemment, ceci est vrai dans la mesure où le réseau d'air - présente un facteur d'espacement acceptable, (L < T C i i t i r p ) . II a été démontré que le
facteur d'espacement critique augmente avec une diminution du rapport EJL en deçà de
0.30 (Marchand, 1994).
0,49 16
Par ailleurs, il est reconnu que la teneur en air ne permet pas de garantir de la
qualité du réseau d'air (A% # 1). A priori. l'utilisation d'un agent enmineur d'air,
reconnu et performant (le Micro-air), une teneur en air ciblée élevée ( > 7 %) et un
rapport E/L faible représentent des critères favorables pour assurer une performance
acceptable face aux cycles de get-dégel. D'ailleurs, les résultats de la résistance à
l'écaillage ont confirmé ces choix. Dans ce contexte, la performance des bétons
confectionnés face aux cycles accélérés de gel-dégel laisse planer une ombre. Il en
ressort qu'une analyse du réseau d'air s'impose pour ces bétons de façon a orienter le
dosage des bétons pour assurer une performance adéquate aux éléments fabriqués.
D'autre part, on constate un écart remarquable de l'allongement entre la partie
iriferieure (dessous) et supérieure (dessus) des prismes pour les bétons de rapport E/L de
0,32 (tableau 8.8). On a vu précédemment que cette catégorie (E/L = 0,32) présentait
des pourcentages d'étalement relativement élevés Iors du moulage, ce qui a eu pour
conséquence de Former une strate de coulis de ciment de 2 a 4 mm d'épaisseur dans la
partie inférieure du prisme. Les cycles répétés de geldégel ont eu pour résultat de
decoIler et fissurer cette couche, ce qui explique possiblement l'écart entre les deux
résultats sur le mème prisme.
A la lumière de ces résultats, on peut conclure que le nombre d'éprouvettes mises
a l'essai, une seule par série, était certes insuffisant.
Finalement, I'anaIyse statistique du tableau 8.7 confirme que les particules de
caoutchouc et les fibres de fonte n'ont pas d'influence sur la résistance aux cycles
accélérés de gel-dégel.
Tableau 8.8
Variation de l'allongement des faces A et B
pour les bétons de rapport E/L de 0,32
l I 1
*Résultats complets présent& h l'annexe D
8.2.8 Le coût
Le coût est vraisemblablement influencé par les trois facteurs clés. En effet,
l'analyse statistique présentée dans le tableau 8.9, à partir des valeurs du tableau 7.6,
présente une corrélation parfaite des trois facteurs clés avec des valeurs de P = O pour
chacun d'eux.
Premièrement, le rapport E/L influence de façon importante le coût. En effet, le
coût associé au superplastifiant pour les bétons ayant un rapport EL de 0,32 est de 25 $
comparativement a 40 $ pour un rapport EL de 0,27.
Deuièmement, on a voulu évaluer la performance du béton en substituant une
partie du sable par des particules de caoutchouc. Afin de déterminer l'influence
économique de cette substitution, il suffit de comparer le prix du sable et du caoutchouc
par rapport à l'ensemble des granulats. Le prix du sable est de 0,007 $/kg et de
0,43 $/kg pour le caoutchouc ; le coût en granulats pour les bétons ne contenant pas de
caoutchouc est de 85 $, comparativement à 100 $ pour les bétons avec caoutchouc. Cet
écart représente 7 3 % du coût total du mélange, si ce dernier est estimé à 200 $. Cette
différence est somme toute relativement limitée par le faible taux de substitution.
Finalement, les fibres contribuent elles aussi aux propriétés économiques. En
effet, le prix des fibres est de 14 $/kg, utilisées dans une proportion de 3 kg/m3, ce qui
représente un COQ total en fibres de 42 $/rn3. Lorsqu'on cherche à produire un béton à
200 $lm3, il semble inapproprié d'utiliser ce type de fibres compte tenu qu'elles ne
semblent pas avoir d'effet significatif sur le comportement du béton.
Tableau 8.9
Analyse de la variance du coût des bétons présentés dans le tableau 7.6
Somme des
carrés
8.3 Svnthèse des résultats
Caoutchouc
Fibres
Erreur
Total
Cette section a pour but d'évaluer la performance des bétons en comparaison aux
critères de conception élaborés au chapitre trois. Elle permet aussi d'établir les niveaux
Degré de
liberté
E/L
722
3 528
O
6562
Carrés
Moyens
1
1
4
7
Rapport
F
23 12 2312
Valeur de la
probabilité
(P-Value)
1
722
3528
O
0,OO
0,OO
0,OO
optimum des facteurs clés déterminés par le programme expérimental ainsi que le choix
du mélange rencontrant ces paramètres. On présente enfin un tableau synthèse de
l'évaluation des résultats obtenus pour le béton choisi par rapport aux valeurs cibles.
A la lumière de l'ensemble des résultats, on constate qu'il y a un écart entre les
valeurs cibles et les valeurs obtenues :
1 ) la masse volumique moyenne des bétons fabriqués s'écarte quelque peu de la valeur
cible par suite de la fluctuation de la teneur en air;
2) un étalement de 40 % semble être une limite de consistance adéquate pour la
méthode de mise en place choisie;
3) du point de vue mécanique :
la résistance à la compression est près de la moitié de la résistance
escomptée. Le dosage élevé en particules de polystyrène est à l'origine de ce
comportement;
la résistance à la traction moyenne pour I'ensemble des bétons fabriqués est
de 0,9 MPa. Cette valeur est somme toute acceptable considérant la valeur
de 1 ,O MPa fixée initialement.
dans le cas de la résistance à la flexion, la valeur moyenne de 2,2 MPa est
au-delà de la valeur escomptée considérant la faible résistance a la
compression;
4) les résultats concernant les performances a la durabilité sont favorables :
i ) la perte de masse moyenne à l'essai d'écaillage est bien inférieure à la limite
d'acceptabilité;
ii) la durabilité des bétons face aux cycles accélérés de gel-dégel est un peu
moins performante avec un allongement moyen de 469 ps après 302 cycles.
Quoique les résultats soient acceptables globalement, on doit tout de même
être prudent compte tenu de la diminution du nombre de cycles journaliers
qui a été réduit de 7 à 3;
5) le dernier élément a considérer est l'aspect économique, c'est-à-dire le coût des
matières premières entrant dans la composition des bétons. Le coût moyen pour
l'ensemble des bétons fabriqués est de 239 $lm3. Ce coût, bien que légèrement
supérieur à la valeur cible, reste acceptable.
Par suite de l'analyse statistique de la performance des bétons fabriqués. il est
maintenant possible de fixer l'optimum de chacun des facteurs clés étudiés. A cet effet,
le tableau 8.10 montre qu'il est préférable d'utiliser tous les niveaux infërieurs proposés
par le programme expérimental.
Tableau 8.10
Choix des niveaux des facteurs clés
- - -
Le choix de fixer le rapport E/L a 0'27 est acceptable a bien
FACTEURS CLÉS
des égards.
RAPPORT E/L
0,27
Premièrement, les résistances à la compression, à la traction et a la flexion obtenues avec
les bétons de rapport EL de 0,27 sont supérieures à celles obtenues avec les bétons de
rapport E/L de 0'32. Deuxièmement, les performances des bétons de rapport E/L de
0.27 aux essais de durabilité sont plus qu'acceptables. Le choix de ne pas utiliser de
particules de caoutchouc et de fibres de fonte est tout à fait justifié à pariir des résultats
% DE PARTICULES
DE CAOUTCHOUC
O
QUANTITB DE FIBRES
O
obtenus. D'une part, elles n'apportent aucune amélioration des propriétés du béton à
l'état frais et durci et. d'autre part, elles contribuent à augmenter substantiellement le
coüt.
En considérant les résultats obtenus et l'optimisation des facteurs clés, le béton
de la série 1 respecte les trois facteurs clés et est donc celui qui présente le meilleur
dosage parmi les huit séries mises à l'essai. Si l'on compare la performance du béton de
la série 1 par rapport aux valeurs cibles des paramètres de conception (tableau 8.1 l), on
constate que, mis à part la résistance à la compression et le coût, la performance de ce
béton est conforme aux critères de conception fixés.
D'autres essais réalisés en laboratoire portent à croire qu'il serait possible
d'augmenter légèrement la résistance à la compression à 7 ou 8 MPa et de diminuer le
coiit des bétons en choisissant un rapport E L intermédiaire, soit E/L = 0,29. Selon
l'auteur de ce travail, un tel rapport aurait pour avantage de réduire la quantité de
superplastifiant nécessaire, entraînant par le fait même une diminution des coûts. De
plus. il a été possible de constater, lors d'essais en laboratoire, qu'un tel rapport
produisait une meilleure rhéologie, apportant ainsi une plus grande compacité et donc
une meilleure résistance mécanique. Pour ce qui est de la durabilité, un rapport E/L de
0,29 devrait être tout aussi acceptable considérant la bonne performance des bétons
zyant un rapport E L de 0,32.
Tableau 8.1 1
Synthèse des résultats du béton de la série 1
INDICATEURS
hlnsse 1 Masse volumique
volumique (ASTbI C 185)
EWcmcni + Visuel
Allongcmcnt
Module dynamique
Nombre de cycles
(ASTMK666)
Pcnc dc muse
<1 I'écrillagc
(BNQ 2622420)
VALEURS
CIBLES
Pour lin de cunirdlc
Unc bonne cohérrion
sans stgrCgn~ion
10 MPa
h 28 jours
l MPa
28 jours . -. ... . -
Aucune
2SO p
60 %du modulc initial
300 qclclcs
38 %
Bonne cohésion
sw sbgrtgnrion
lonquc I'dralerncni
estdc40%
4,s MPa 1 0.9 MPa --k- 2,s M P r 1 d
150 p d
91 % J
301 cycles J
(25 cycles)
CHAPITRE 9
CONCLUSION
Les essais en laboratoire proposés dans ce programme expérimental ont permis
de développer un béton léger pouvant être utilisé dans la fabrication d'éléments destinés
à la vente au détail en utilisant des particules de pneus recyclés comme source de
granulat léger. Ces essais ont été réalisés en suivant un plan d'expérience pour trois
facteurs à raison de deux niveaux (2').
La masse volumique des bétons est excellente. En effet, tous les résultats
montrent une masse volumique inférieure à 1000 kglm3, telle que spécifiée par les
critères de conception. Considérant que le développement des éléments destinés à la
vente au détail repose en grande partie sur la légèreté du béton, il est de bon augure que
cette première contrainte soit validée.
Par contre, l'utilisation des particules de caoutchouc comme substitut granuIaire
ne semble pas être avantageuse. En effet, leur usage n'a pas permis d'amétiorer les
propriétés à l'état frais et durci du béton. Au contraire, elles ont plutôt provoqué une
diminution de la maniabilité et une augmentation des coûts. Du point de vue
économique, leur utilisation telle que préconisée dans le cadre de cette étude n'est pas
favorable. Cependant, ce travail de recherche ne se veut pas une étude exhaustive sur
l'utilisation des particules de caoutchouc dans le béton et d'autres types d'application
peuvent être envisagés.
Du point de nie des performances mécaniques et de durabilité l'utilisation des
fibres de fonte n'a pas donné les effets escomptés. Elles présentent même un effet
négatif significatif en ce qui concerne les coûts. Pour ces raisons, il n'est pas justifié
d'utiliser ce types de fibres dans le béton du présent programme de recherche. 11
faudrait maintenant vérifier si un autre type de fibres pourrait être plus adéquat, telle une
fibre de polypropylène, considérant le poids et le coût.
Du point de vue économique, la majorité des bétons fabriqués dans le cadre de
cette recherche présente un coût supérieur a l'objectif initial de 200 $/m3. Ces Ccarts
sont attribuables au dosage élevé en superplastifiant pour les rapports E L de 0,27 et au
prix élevé des fibres de fonte et des particules de caoutchouc. Il est donc raisonnable de
penser qu'il serait possible d'atteindre cet objectif en utilisant un rapport E L
intermédiaire et en excluant l'utilisation des particules de caoutchouc et des fibres de
fonte.
Les performances de tous les bétons aux essais de durabilité se sont révélées
excellentes. Ces résultats sont encourageants puisqu'ils permettent une plus grande
diversité dans la fabrication d'éléments, particulièrement pour des applications soumises
aux intempéries.
Pour la résistance à la compression, les résultats sont quelque peu décevants
compte tenu de la limite de 10 MPa fixée au départ. En effet, la résistance moyenne des
bétons fabriqués est de 4 MPa. Cependant, la valeur de 10 MPa était arbitraire puisque
le programme expérimental n'était soumis à aucune contrainte structurale. Néanmoins,
L'auteur croit qu'il serait possible d'augmenter légèrement les résistances à la
compression a 7 ou 8 MPa avec quelques modifications apportées au dosage. Par
contre, il est utopique de croire qu'il soit possible de fabriquer un béton de 10 MPa ou
plus en conservant la limite de coût fixée. Quant aux résistances à la flexion et à la
traction, elles sont relativement peu élevées. Cependant, elles ne représentent pas des
critères de conception importants pour le béton considéré dans cette étude.
L'expérimentation permet de croire qu'il est possible de développer des éléments
en béton léger pouvant être vendus dans les commerces au détail. En effet, les essais ont
montré la faisabilité de produire un béton ayant une masse volumique de 1000 kg/m3, à
un coût unitaire de 200 $ avec une excellente durabilité et une résistance à la
compression de 7 à 8 MPa. Cependant, les essais n'ont pas permis de conclure qu'il
était justifié d'utiliser du caoutchouc ou des fibres de fonte, puisqu'ils n'ont eu aucun
apport bénéfique sur les propriétés du béton à l'état plastique et durci.
BIBLIOGRAPHIE
AC1 Conmittee 523. (1986). Guide for Cast-in-Place Low-Densi9 Coprcrete, AC1
Journal, septembre-octobre, pp. 830-836.
Aïtcin P-C., Jolicoeur, G., Mercier, M. (1983). Technologie des granzilats, Les éditions
du griffon d'argile inc., Sherbrooke, Québec, 370 p.
Association Technique de l'Industrie des Liants Hydrauliques (ATILH). (1989). Les
bitons exposés o1t.r agressions hivernales, Édition CONSEILS, Paris, France, 27 p.
Biel, Timothy D., Hosin, Lee. (1996). Magnesitim oxychloride cement concrete with
r-ecycird rire nrbber, Transport Research Record, vol. 1561, pp. 6- 13.
Baalbaki, W., (1990). Béton à haute peifiormance u matrice constante : influence de la
matrice des granulnts sur le comportement mécanique, Mémoire de maîtrise, Université
de Sherbrooke.
Baron. J., Sauterey, R. (1982). Le béton hydraulique connaissance et pratique, Presse de
l'école nationale des ponts et chaussées, Paris, France.
Brase. C., H., Brase, C., P., (1998) Pour comprendre la statistique, Guérin, Montréal,
pp. 554-564.
Chandra, S., Ohama, Y. (1994). Polymers in concrete, CRC presse inc., Floride.
Cormon. P. (1973). Bétons légers d'aujourd'hui, Les Éditions Eyrolles, Paris, France,
391 p.
Derucher, K.N., Korfiatis, G.P., Ezetdin, A.S., (1998). Materials for civil & Highway
engineers, Prentice hall, New Jersey, 470 p.
Drew, G. (1990). Nouveair guide du béton, Eyrolles, Paris, France, 329 p.
Gagné. R. (1994). Notes de cours GCI-715 : Matériaux de construction, Université de
Sherbrooke.
Goulias, D.G., Ali, A.-H. (1998). Evaluation of rubber-Jlled concrete and correlation
benveen destructive and nondestructive iesting resttlts, Cernent Concrete and
Aggregates, 20(1), pp. 140-144.
Kosmatka, S. H., William C. Panarese, AIlen Gerald, Stanly Cumrning (1991). Dosage
et contrôle des mélanges de béton, (5' éd.), Québec : Association canadienne du ciment
Portland, 2 13 p.
Lee, H.S., Lee, H,, Moon, J.S., Jung, H.W. (1998). Development of tire-added latex
concrete, AC1 Materials Journal, 95(4), pp. 356-364.
Marchand, J. (1994) Les effets du séchage sur la résistance a l'écaillage du béton avec et
sans fumée de silice, C m , Université Laval, Québec, Canada, 16 p.
Metha, P. K. (1 986) Concrete structure, properties and materials, Prentice Hall inc.,
Englewood Cloffs, New Jersey, pp. 66-69.
Neville, A., M., (198 1 ) . Properties of Concrefe" Pitman Publishing Inc., London, Great
Britain, 779 p.
Perraton. D, (1998). Notes de cours : Science des Matériuux Cm-356, École de
technologie supérieure, Université du Québec, Montréal.
Perraton, D. (19l6). Contribution à i 'éiirde de la résistance à I'e'cailluge de béions mec
er sans fumée de silice soumis à des cycles de gel-dégel, Mémoire de maîtrise, Québec,
197 p.
Pigeon, M . (1981). Compmiiion et hydraiation du Ciment Portland. Symposium
Progress in Concrete, J.R.M. Marcil éditeur, Section du Québec et de ['Est de l'Ontario
de 1'.4merican Concrete Institute. pp. 35-72.
Rarnac handraii, V .S.. Malhotra, V.M. ( I 984). Concrefe Admixtures Handbook
proprrries, science and rechnologie, National Research Councii Canada.p.2 1 1 .
Sado, G., Sado, M-C. (1991). Les plam d'expériences de l'expérimentation a
1 'ussirrance qualité, Afnor, Paris, France, 365 p.
SeIlevold, E.J., Radj y, F. ( 1 9%) Drying and resaiuration egects on internai fiiction in
hnrdened cemenrpastes, Journal o f the Amerkain Ceramic Society., Vol. 59, nos 5-6, pp.
256-258.
Shah, S.P.. Batson. G.B. (1987). Fibre reinforced concrete properties and applications
American Concrete Institute, Detroit.
Soroushian, P., Alhozaimy A., Eldarwish A. 1. (1994). Mechanical properties of
lighhveight concrete incorporating recycled synthefic wasres, Transptation Research
Record, no. 1458, pp 80-84.
Tagnit-Hamou, A., (1995). Notes de cours GCI-7 t 2 : Microsrmcrure er physico-chimie
des ciments et des be'tons, Université de Sherbrooke.
Wilson, H.S. (1981). Lighhveighr aggregafes - Vermicdite, Perlire, Pirmice - For
insuluring concrete, Énergie, Mines et Ressources Canada, CANMET report 8 1 - 1 5E. P.
1,10, 11-20.
ANNEXE A
Mélanges d'essais pour ajustement des propriétés rhéologiques
ESSAIS PRCLIMINAIRES
ANNEXE B
Résultats des propriétés mécaniques des bétons étudiés
- -
Essais destructifs
ii ; & ..
Flexion O Traction , - - ~ 1
1 2A 3 4A 5 6A 7 8A
Échantillons
ANNEXE C
Résultats des essais de résistance a l'écaillage des bétons étudiés
CAROTTES DE &TON ESSAIS DE DURA~ILTTE
BON DE COMMANDE : DOSSIER No :
DATE DE FABRICAION :
NORME : BNQ26224tO
DATE DE R ~ E P T I o N ESSAIS EFFECTUES PL= DATE DES ESSAIS : O& b-qq
Auam écaillage ~caillage très léger (une distance maximale de 3 mm de profondeur sans gms granulat) ccaiilage léger 4 mad- kaillage modére (quelques gros granulais visibles sur 50 36 de la Surface) tcaillage modere a sévère (quelques gr&& visibles atr 75 % de la Surfa) kai~age severe (gras granula& visibles sur Wta La surfa)
CAROiTES DE BÉTON ESSAIS DE DURABILITE
CLIENT :
BON DE COMMANDE :
LOT No :
DATE DE FABRICATION :
NORME :
DOSSIER N* : N* ~CHAMILLON :
DATE DE R&EPTION :
BNQ262240 ESSAIS -6s PAR : DATE DES ES SAiS :
REMARQUES TABLEAU D'INDICE b'tCAJLLAGE DE SURFACE
~ u c m ecaiiiage ha i~age tres léger (une distance m a d e de 3 mm de profondeur sans gros granuiat) taitlage léger a modéré . kaillage modére (quelques gros granulats visibles suf 50 % de la surfm) kaillage modéré a sévére (quelques granuiats visibles sur 75 % de la sufface) &~age sévére (gros granulais visibles art toute la swface)
CAROTTES DE &TON ESSAIS DE DURABUTE
CLIENT :
BON DE COMMANDE : DOSSIER N' :
LOT N' : N* ÉCHAMILLON :
DATE DE FA0R 1 CATON : DATE DE R&EPTION :
NQRME : BNQ262240 ESSAIS EFFECTUtS PAR :
DATE DES ESSAIS :
REMARQUES TABLEAU D'INDICE D'!~AILIAGE DE SURFACE
Aveun écaiilage kaiilage Ires leger (une di- maximale de 3 mm de profondeur sans gros granulat] kaiîage léger a modére . kaillage modeie (quelques gros granufats visiiles air 50 31 de la surlace) tcaillage modère à s é v h (quefques granulats visibles sw 75 % de la surface) kaillage çévére (gros grmiab visibles sut bute la
ANNEXE D
Résultats des essais de résistance aux cycles accélérés de gel-dégel des bétons étudiés
Allongement unitaire (alfa)
Ln :allongennient (mm) '1%: iempkrature du prisme lors de la mesure Alfa: allongement unitaire (mdmm)
Allongement unitaire (alfa)
TOC: tcmpérature du prisme lors de la mesure
Alfa: allongement unitaire (nim/mm)
Module d'élasticit6 dynamique relatif
Pc : module d'élasticitd dynamique relatif (%) N, : frequence magnétique aprés C cycles de geUdégel N : fréquence rnagnCtique A O cycle