LE BÉTON
<= Notes sur les pratiques techniques
Le béton est un matériau composite aggloméré
constitué de granulats durs de diverses dimensions collées entre eux par un
liant. Dans les bétons courants, les granulats sont des grains de pierre, sable, gravier, cailloux et le liant est un
ciment, généralement un ciment portland. Si le type de liant utilisé n'est pas un ciment, on parle
alors, selon le liant utilisé, de béton de résine, de béton d'hydrocarboné, de
béton d'argile, etc.
Le ciment: Le composé de base des ciments actuels est un mélange de silicates et d’aluminates de calcium résultant de la combinaison de la chaux (CaO) avec la silice (SiO2), l’alumine (Al2O3), et l’oxyde de fer (Fe2O3). La chaux nécessaire est apportée par des roches calcaires (carbonate de calcium CaCO3, 80% de la charge), l’alumine, la silice et l’oxyde de fer par des argiles (20% de la charge). Les matériaux se trouvent dans la nature sous forme de calcaire, argile ou marne et contiennent, en plus des oxydes déjà mentionnés, d’autres oxydes et en particulier Fe2O3, l'oxyde ferrique. Calcaires et argiles sont extraits des carrières, puis concassés, homogénéisés, portés à température de fusion (1450°C) dans un four. Le produit obtenu après refroidissement rapide (la trempe) est le clinker, qui, moulu, donne le ciment.
Les différents granulats forment le squelette granulaire du mortier ou du béton. Le ciment, l'eau et les adjuvants forment la pâte liante. Lorsqu'il y a pas de squelette granulaire, on parle de pâte de ciment. La pâte est un élément unique et actif du béton enrobant les granulats. Les granulats remplissent plusieurs rôles:
- diminution de la quantité de liant, plus cher
- augmentation de la résistance, car ils sont plus résistant que le ciment
- augmentation de la stabilité dimensionnelle (retrait, fluage)
Le ciment: Le composé de base des ciments actuels est un mélange de silicates et d’aluminates de calcium résultant de la combinaison de la chaux (CaO) avec la silice (SiO2), l’alumine (Al2O3), et l’oxyde de fer (Fe2O3). La chaux nécessaire est apportée par des roches calcaires (carbonate de calcium CaCO3, 80% de la charge), l’alumine, la silice et l’oxyde de fer par des argiles (20% de la charge). Les matériaux se trouvent dans la nature sous forme de calcaire, argile ou marne et contiennent, en plus des oxydes déjà mentionnés, d’autres oxydes et en particulier Fe2O3, l'oxyde ferrique. Calcaires et argiles sont extraits des carrières, puis concassés, homogénéisés, portés à température de fusion (1450°C) dans un four. Le produit obtenu après refroidissement rapide (la trempe) est le clinker, qui, moulu, donne le ciment.
Le ciment usuel est aussi appelé liant hydraulique(1), car il a la propriété de s’hydrater et de durcir en présence d’eau et par ce que cette hydratation transforme la pâte liante, qui a une consistance de départ plus ou moins fluide, en un solide pratiquement insoluble dans l’eau. Ce durcissement est dû à l’hydratation de certains composés minéraux, notamment des silicates et des aluminates de calcium.
Composants principaux du ciment portland:
- Clinker (K)
- Le silicate
tricalcique 3CaO.SiO2 (C3S) (50-70% du clinker)
- Le silicate
bicalcique 2CaO.SiO2
(C2S) (10-30% du clinker)
- L’aluminate tricalcique 3CaO.Al.O3 (C3A) (2-15% du clinker)
- L’alumino-ferrite tétracalcique (Ferro-aluminate tetracalique) 4CaOAl2O3.Fe2O3 (C4AF) (5-15% du clinker)
- Alcalis (Na2O, K2O) et magnésie (MgO) doivent rester à l'état de traces, car ils influencent défavorablement la stabilité du ciment durci
- gypse CaSO4 destiné à régulariser la prise du ciment
- Calcaires (L ou LL):
- Laitier
granulé de haut fourneau (S): Le laitier
est un sous-produit de l'industrie métallurgique ayant des propriétés hydrauliques.
Il est obtenu par refroidissement rapide (trempe) de certaines scories fondues
provenant de la fusion du minerai de fer dans un haut fourneau.
- Cendres volantes:
- Les cendres volantes siliceuses (V) qui ont des propriétés pouzzolaniques(2)
- Les cendres volantes calciques (W) qui ont des propriétés hydrauliques et parfois pouzzolaniques
- Schistes calcinés (T): Ce sont des schistes que l’on porte à une
température d’environ 800 °C dans un four spécial. Finement broyés, ils
présentent de fortes propriétés hydrauliques et aussi pouzzolaniques.
- Fumée de silice (D): Les fumées de silices sont un sous-produit de l’industrie du silicium et de ses alliages. Elles sont formées de particules sphériques de très faible diamètre (Ci 0,1 µm). Pour entrer dans la composition d’un ciment en tant que constituant principal, elles doivent être présentes pour au moins 85 % (en masse). Les fumées de silices ont des propriétés pouzzolaniques.
- Pouzzolane (P ou Q):
- Fillers: Ce sont des constituants secondaires des ciments (<5% en masse). Ce sont des matières minérales, naturelles ou artificielles qui agissent par leur granulométrie sur les propriétés physiques des liants (maniabilité, pouvoir de rétention d’eau)
Ciments courants EN197-1:
sous-classe de résistance au jeune âge:
- N pour normale
- R pour rapide
caractéristiques
complémentaires:
- PM prise à la mer
- ES travaux en milieu acide (eaux
sulfatées)
- CP ciment à teneur en sulfure
limité pour béton précontraint
Ciments spécifiques:
Utilisations des ciments:
Chaux
NF P15-31:
Les chaux calciques et dolomitiques ne sont utilisées que comme enduit
(1) hydraulique: se dit d'un matériau ayant la propriété de faire prise, puis de durcir, en présence d'eau et de rester insoluble dans l'eau.
(2) pouzzolanique: se dit de la propriété qu'ont certaines substances, qui ne sont pas des liants hydrauliques, de se comporter comme des liants hydrauliques lorsqu'elles sont associées à du clinker
(1) hydraulique: se dit d'un matériau ayant la propriété de faire prise, puis de durcir, en présence d'eau et de rester insoluble dans l'eau.
(2) pouzzolanique: se dit de la propriété qu'ont certaines substances, qui ne sont pas des liants hydrauliques, de se comporter comme des liants hydrauliques lorsqu'elles sont associées à du clinker