Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

4 - Arabi - PDF Saad Dahleb 2

Download as pdf or txt
Download as pdf or txt
You are on page 1of 112

UNIVERSITE DE SAAD DAHLAB DE BLIDA

Faculté des Science de l’Ingénieur


Département de Génie Civil

MEMOIRE DE MASTER

Spécialité : Structures, Réparation et Coût des constructions

FORMULATION ET PERFORMANCE D’UN BETON


AUTOPLACANT A BASE DES GRANULATS RECYCLES ISSUS
D’UN BETON AUTOPLACANT

Par

BOUZIDA IBTISSEM

W. YAHIAOUI Doctorant, USDBlida Président

F. DEBIEB Maître de conférences A, U. de Médéa Examinateur

S. KENAI Professeur, USDBlida Rapporteur

O. KOUIDER DJELLOUL Doctorant, USDBlida Co-Rapporteur

Blida, Juin 2015


1

ABSTRACT

A self-compacting concrete (SCC) is a fluid concrete, very deformable, homogeneous,


stable and can set up by gravity and without the use of any means of vibration. In order to
achieve a greater fluidity of SCC and prevent segregation and bleeding, the high dosage in
mineral additions is a necessity for good design of SCC. The main objective of this work is
to study the effect of recycled concrete aggregates on the fresh and hardened state
properties of the SCC, by substitution of either 100% or 50% of natural aggregates by
recycled aggregates, and by comparing with a The method Okamura was used for making
self-compacting concrete. All compositions were made with fixed water ratio/binder (W/b
= 0.40), the same report/ratio G/S=1, report/ratio S/M with 0.50 constant and according to
the results of optimization on the mortar proportioning while superplastifiant is 1.8% of the
weight of cement. Tests conducted in the experimental program for determining the
rheological characteristics of the SCC are: Slump flow, V funnel flow, test for L- box and
Sieve stability test. Compressive strength, non-destructive tests, water permeability, were
also studied. The results have shown that the subtitution of 50% or 100% of natural
aggregates by recycled concrete aggregates gives SCC with very comparable workability
to that of the reference SCC.The substitution of natural aggregates by recycled aggregates
decreases compressive strength and increase the plate depth of penetration.

Key words: Self-compacting concrete, Recycled aggregates, Workability, compressive


strength, permeability.
2

RESUME

Le béton autoplaçant (BAP) est défini comme un béton très fluide qui se met en place sous
l’effet de son poids propre, sans vibration interne ou externe. Afin d’atteindre une grande
fluidité de BAP et d’empêcher la ségrégation et le ressuage, le dosage élevé en additions
minérales est une nécessité pour une bonne conception de BAP. L’objectif principal de ce
travail est d’étudier l’influence des granulats recyclés sur les propriétés du BAP à l’état
frais et durci en substituant 100% et 50% de granulats naturels par des granulats recyclés,
et en comparant avec un BAP de référence à base de 100% de granulats naturels. La
méthode Okamura à été utilisé pour formuler le béton autoplaçant. Toutes les compositions
ont été fabriquées avec rapport eau/liant fixe (E/L=0,40), un même rapport G/S=1, rapport
S/M à 0,50 constante et d’après les résultats d’optimisation sur le mortier le dosage en
superplastifiant est 1,8% du poids du ciment. Les essais menés dans le programme
expérimental qui pour déterminer les caractéristiques rhéologiques du BAP sont : essais
d’étalement au cône d’Abrams, d’écoulement à l’entonnoir en V, essai à la boite en L, et
de stabilité au tamis. La résistance à la compression, les essais non destructifs, la
perméabilité à l'eau ont été aussi étudiés. Les résultats expérimentaux montrent que la
substitution totale ou partielle des granulats naturels par des granulats recyclés donne
un BAP dont les propriétés et les caractéristiques à l’état frais restent plus au moins
comparable à celles du BAP à base de granulats naturels.. La substitution du granulats
naturels par des granulats recyclés diminue la résistance à la compression et augmenter
la profendeur de pénétration.

Mots clés :Béton autoplaçant, Granulats recyclés, Ouvrabilité, Résistance à la


compression, perméabilité.
3

‫ــ ــ ــ‬

`S GaCN‫ام أي و‬eO[N‫ ودون ا‬B^M‫ وز‬GUVWX ‫ة‬JZ[VS‫ و‬GVMB][S ،GMJS GMBNJT P‫ ھ‬BCD‫ ذا‬GHIHJKL‫ ا‬GMBNJOL‫ا‬
،GCtBKL‫ازات ا‬Jvw‫ وا‬B^DBMIqKL GlJr[L‫ ا‬sWS‫ و‬BCD‫ ذا‬GHIHJKL‫ ا‬GMBNJOaL GM‫و‬JKL‫` ا‬S JUj‫ر أ‬el mCZnD op‫` أ‬S‫و‬.‫از‬h[‫ھ‬i‫ا‬
oKxL‫ف ھ•ا ا‬e^{ .eCp ~CK•[L |CaOL‫ ا‬Pv ‫ا‬ep GZClJL‫ ا‬GCMexKL‫اد ا‬IKL‫` ا‬S GCLBy GUVM zay ‫ي‬I[n{ ‫| أن‬CaOL‫ ا‬zay }]{
GMBNJOaL GM‫و‬JKLB•tB•T zay ‫ت‬B{BWUL‫ ا‬GMBNJT ‫ت‬B{BrWL‫` ا‬y ƒDBWL‫„ ا‬LBKx[N‫د ا‬BxKL‫ ا‬oSJL‫ وا‬z•nL‫ ا‬JC…‚D GN‫ درا‬zL‫ا‬
B^LBKx[N‫د ا‬BxS ‫ى‬JT‚X BCxCU‫ج ط‬JO[VKL‫ ا‬oSJL‫ وا‬z•nL‫` ا‬S ٪100 ‫ او‬٪50 ‫ال‬eU[NBX ‡L‫ وذ‬BCD‫ذا‬GHIHJKL‫ا‬
G[XB… }VWX ‫ت‬JŒŽ }Cj‫ا‬J[L‫ ا‬oj .‫را‬ISBj‫ أو‬GZ{J‫ط‬BWZU•DB•aOL‫ ا‬JCŒn[L‫و‬.GCxCU‫اد ط‬IS `S GMIqS GMBNJOX B^[M‫ر‬BZS‫و‬
GMIKL‫ ا‬zay GCKCCZ[L‫ ا‬ƒtB[WL‫ وا‬.0.50 = z•nL‫ ا‬/ GMIS ،1 = z•nL‫ ا‬/ oSJL‫• ا‬rM‫ و‬،0.4 = |X‫ا‬JL‫ ا‬/ ‫ء‬BKL‫ ا‬GUVM :B^WS
e{en[L PU{J][L‫ ا‬ƒSBMJUL‫ ا‬Pv ‘{Jp‫ أ‬P[L‫رب ا‬B][L‫ وا‬،‘WKNi‫ ن وزنا‬٪ 1.8P‫زة ھ‬B[KKL‫ت ا‬BMeaL‫ ا‬GUVM ‫[‘ أن‬U…‫أ‬
L mveD ‫ر‬BU[T‫ ا‬،VsKZL‫ ا‬mveD‫ و‬،hS‫ا‬JX‫وط ا‬JOS J”M GXJ]D :P‫ ھ‬BCD‫ ذا‬GHIHJKL‫ ا‬GMBNJOaL GCpILI{JL‫“ ا‬tB•OL‫ا‬
|–š ‫د‬Ip‫ و‬sS ‫ه‬BCKL‫ ا‬G{‫ذ‬BrM GN‫ درا‬BŒ{‫~ أ‬D.GCv•D‫ا‬JC˜ ‫ص‬Inv .|–ŒL‫ة ا‬Il ‫س‬BCl ~… .oOWS ‫•ل‬T `S ‫ار‬JZ[Ni‫وا‬
‫د‬BxKL‫ ا‬z•nL‫ وا‬oSJLBX PxCU•L‫ ا‬z•nL‫ وا‬oSJL‫` ا‬S ٪100‫ و‬٪50 œ{IxD ‫ ان‬GCU{J][L‫ ا‬GN‫را‬eL‫ ا‬ƒtB[M ‫ت‬J^‫اظ‬.‫ه‬BCKL‫ا‬
‫د‬BxKL‫م ا‬BjJLBX GCxCU•L‫ ا‬sSB]KL‫•ل ا‬Ž‫ا‬.GCxCU•L‫اد ا‬IKLBX GMBNJOaLG^XB”[S ep GM‫و‬JS ‫ ذات‬GMBNJT žWK{ „LBKx[N‫ا‬
.‫ه‬BCKL‫ذ {„ ا‬BrM mKy `S e{h{‫–| و‬ŒL‫ة ا‬Il oaZ{ „LBKx[N‫ا‬

‫ة‬Il ،GM‫و‬JKL‫ ا‬zay eyBVKL‫ز ا‬B[KKL‫ن ا‬eaKL‫ا‬،„LBKx[N‫د ا‬BxKL‫م ا‬BjJL‫ا‬،BCD‫ ذا‬GHIHJKL‫ ا‬GMBNJOL‫ ا‬:!"# $ ‫ت ا‬ ‫ا‬
.G{‫ذ‬BrWL‫ ا‬،|–ŒL‫ا‬
4

REMERCIEMENTS

Au terme de ce travail, je tiens à remercier en premier lieu Dieux le miséricordieux


qui nous a donné du courage et de la volonté avec lesquels ce mémoire a été achevé.

Cette thèse est le fruit d’un long travail qui n’aurait pu arriver à terme sans l’aide de
nombreuses personnes. Je tiens à ce que chacune d’elles sache que je la remercie
sincèrement.

Mes gratitudes vont aussi à notre encadreur MonsieurKenai Said, Professeur à l’université
de Blida pour son aide, sa disponibilité, et pour la confiance qu’elle faisait en nous, et
également pour sa gentillesse et sa modestie. Je le remercie pour le temps qui a consacré
pour corriger ce mémoire.

Un grand merci à notre Co-encadreur Monsieur Omar Kouider Djelloul, ici j’écris ce que
je devais dire avant d’écrire : merci beaucoup monsieur de nous avoir guidés et suivis. Je
ne saurai oublier son aide efficace lors de la réalisation de la partie expérimentale, qu’il
soit profondément remercié.

Je remercie aussi les membres de jury pour l’honneur qu’ils nous ont accordé en acceptant
de juger notre travail :

Je tiens à adresser toute ma gratitude à MrYAHIAOUI Walid Maitre, mes chaleureux


remerciements vont vers cette personne, pour sa gentillesse, ses conseils, ses orientations
pris pour mener à bien ce travail.

Je souhaiterai également remercier Monsieur Fortas Abdelkader, laborantin de


laboratoire de la Géomatériaux du département de Génie Civil de l'Université de Blida
pour leur aide précieuse et leur soutien permanant.

Je tiens également à remercier tous les enseignants de département de Génie civil qui ont
contribué à ma formation, commençant par celui qui m’avait fait m’asseoir pour recevoir
le premier cours et finissant par celui qui me fait me lever pour exposer mon travail.

Je remercie tous mes collègues de travail, Rouis Naima, Lakhel Zhor, pour leur aide et leur
gentillesse spontanée et pour tous les moments que nous avons traversé ensemble sans
5

oublier de remercie tous mes amis de promotion.

Mes vifs remerciements du tout mon cœur ma famille, A mes chers frères, mes sœurs et en
particulier mes parents qui m’ont soutenu durant mes études et qui m’ont toujours
encouragé. Leur générosité est inestimable. Merci aussi à tous mes amies, meriem,
Soumia, feriel.

Je terminerai en remerciant du tout ceux et toutes celles qui ont contribué, de près ou de
loin, à la réalisation de ce travail.
6

TABLE DES MATIERES

Résumé .................................................................................................................................. 2

Remerciements....................................................................................................................... 4

Table des matières …. ........................................................................................................... 6

Liste des figures et des tableaux .......................................................................................... 10

Liste des symboles et des abréviations ................................................................................ 15

Introduction générale ........................................................................................................ 17

Chapitre 1 : Le Béton Auto-Plaçant – Etude bibliographique

1.1 Généralités ..................................................................................................................... 20

1.2 Définition des bétons autoplaçants …. .......................................................................... 20

1.3.1 Historique des bétons autoplaçants .................................................................. 20

1.3 Spécificité de la composition des BAP ......................................................................... 21


a-Volume de pâte élevé ............................................................................................................... 21

b.Quantité élevée de fines (particules < 125 µm) ................................................................... 21

c. Utilisation de superplastifiants… ............................................................................................ 22

d. Utilisation éventuelle d’un agent de cohésion (rétenteur d’eau) ........................ 22

e.Faible volume de gravillons ............................................................................................ 22

f. Un rapport E/C faible et un dosage en eau limité [4]…. ..................................... 22

1.4 Formulation d’un béton auto plaçant ............................................................................. 23

1.4.1 Méthodes basées sur l'optimisation des mortiers ........................................................ 23


1.4.2 Méthodes basées sur l'optimisation du volume de pâte .............................................. 24
1.4.3 Méthodes basées sur l'optimisation du squelette granulaire… ................................... 25
1.4.4 Méthode basée sur un plan d'expérience..................................................................... 25
1.4.5 L’approche basée sur l'utilisation du mortier du béton équivalent MBE ................... 25
1.5 Principe et application des approches ............................................................................ 26
I.5.1 Approche Japonaise ou la méthode générale............................................................... 26
7

1.5.2 Approche Suédoise (CBI)… ....................................................................................... 27

1.5.3 Approche du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées LCPC ............................. 28


1.6 Propriété du BAP à base de granulats recyclés ............................................................. 28
1.6.1 Caractéristiques des granulats recyclés ...................................................................... 28

a. Granulométrie, teneurs en fines et forme des gravillons…. ................................. 29

b. Dureté .......................................................................................................................... 29
c. Absorption d’eau ........................................................................................................ 31

1.7 Propriété du BAP à base de granulats recyclés.............................................................. 32


1.7.1 À l’état frais .............................................................................................................. 32
1.7.2 À l’état durci …. ......................................................................................................... 39
1.7.2.1 Résistance à la compression .................................................................................... 39
1.7.2.2 Résistance à la compression et à la traction ............................................................. 39

1.7.2.3 Résistance à la traction .............................................................................. 43

1.7.2.4 Module élastique ......................................................................................... 43

1.7.2.5 Retrait ….................................................................................................................. 43

a. Retrait plastique ............................................................................................................... 43


b. Retrait endogène .............................................................................................................. 43

c. Retrait de séchage ............................................................................................................ 44

d. Retrait plastique ............................................................................................................... 46

1.7.2.5 Absorption d’eau …................................................................................................. 46

1.7.2.6 Perméabilité ............................................................................................................ 47


1.7.2.7 Carbonatation .......................................................................................................... 47

2.5 Conclusion ..................................................................................................................... 47

Chapitre 2 : Matériaux et Méthodes d’essais

2.1 Introduction ................................................................................................................... 49

2.2 Caractéristiques des matériaux utilisés …. .................................................................... 49

2.2.1 Ciment ........................................................................................................................ 49

2.2.2 Les Granulats naturels ............................................................................................... 50


8

2.2.2.1 Le sable .................................................................................................................... 50

2.2.2.2 Le gravier ................................................................................................................. 51


2.2.3 Les Granulats recyclés…. ................................................................................... 51

2.2.4 L’eau de gâchage ................................................................................................ 56


2.2.5 Le Superplastifiant ............................................................................................ 56

2.3 Formulations adoptées ................................................................................................... 57

2.3.1 Formulation du mortier ............................................................................................... 57


2.3.1.1 Confection des mortiers …. ..................................................................................... 58

2.3.2 Formulation du BAP de Référence ............................................................................. 59


2.3.2.1 Confection des BAP................................................................................................. 61

2.4 Essais de caractérisations technologiques des BAP ..................................................... 62

2.4.1 Essais relatifs au Mortier à l'état frais …. ................................................................... 62

2.4.1.1 Essai d'Etalement au Mini-Cône .............................................................................. 62


2.4.1.2 Essai à l'entonnoir en V (V-Funnel test) ............................................................... 63

2.4.2 Essais relatifs au BAP à l'état frais ............................................................................. 63

2.4.2.1 Essai d'étalement au cône d’Abrams (Flow test) .................................................... 65

2.4.2.2 Essai à l'Entonnoir en V (V-Funnel test)…. ........................................................... 67

2.4.2.3 Essai à la boite en L (L-Box test) ........................................................................... 68

2.4.2.4 Essai de résistance à la ségrégation par tamisage ............................................... 69

2.5 Démoulage et conservation des éprouvettes…. ............................................................ 70

3.5.1 Résistance mécanique à la compression ..................................................................... 71

3.5.2 Les essais non destructives…. ................................................................................... 71

3.5.2.1 Scléromètre (marteau de rebondissement de Schmidt) ........................................... 71

a-Principe fondamental ....................................................................................................... 71

b-Procédé de mesure ..................................................................................................... 71

3.5.2.2 Ultrason (Essai de la vitesse d’impulsion ultrasonique) …. ................................... 73


a. Principe fondamental ...................................................................................................... 73
b. Procédé de mesure .......................................................................................................... 75
3.5.3 Perméabilité à l’eau…. ......................................................................................... 75
9

2.6 Récapitulatif du programme des essais réalisés ............................................................ 77

Chapitre 3 : Résultats Expérimentaux et Discussion

3.1 Introduction ................................................................................................................... 80

3.2 Optimisation du rapport Superplastifiant ....................................................................... 80

a. Etalement au mini-cône pour les mortiers ................................................. 81

b. Temps d'écoulement à l'entonnoir en V pour mortiers .............................. 83


3.3 Effet du taux de substitution de granulats recyclés sur l’ouvrabilité des BAP ............. 84

3.3.1 Mesures d’étalement et du temps T50 au cône d'Abrams .......................................... 87


3.3.2 Mesure du temps d'écoulement par l'essai d'entonnoir en V (V-Funnel)…. ............. 88

3.3.3 Mesures du rapport H2/H1, les temps d’écoulement T20 et T40 de l’essai de la boîte
en L (L-Box) ....................................................................................................................... 89
a. Mesure le rapport H2/H1 ................................................................................................ 89

b. Mesure du temps d’écoulement T20 et T40 .............................................. 90

3.4.6 Mesure de résistance à la ségrégation par tamisage ................................................... 90

3.4 Effet du taux de substitution de granulats recyclés sur les BAP à l'état durci ............... 91
3.4.1 Mesure l’indice de rebondissement ...................................................................... 92

3.4.2 Mesure la vitesse ultrasonique ................................................................................... 93

3.4.3 Résistance à la compression… ................................................................................... 94


3.4.4 La perméabilité à l’eau ............................................................................................... 96

Conclusion Générale et Perspectives................................................................................ 98

Référence .......................................................................................................................... 101

Annexe A : Exemple de calcul de la composition du mortier

Annexe B : Exemple de calcul de la composition du béton


10

LISTE DES FIGURES ET DES TABLEAUX

Liste des Figures :

Figure 1.1 : Composition d’un béton ordinaire (BO) et d’un BAP 23

Figure 1.2 : Notion d'excès de pâte : la pâte remplit la porosité (1) et écarte-les 24
granulats (2)

Figure 1.3 : Forme des granulats recyclés 29

Figure 1.4 : Corrélation entre la teneur en mortier et le Los Angeles 31

Figure 1.5 : Variation de l’étalement de BAP avec des granulats recyclés en 34


fonction de la qualité des fines
Figure 1.6 : Comparaison entre l’étalement d’un BAP (GN) et BAP (GR) 35

Figure 1.7 : Comparaison entre l’étalement des BAP ordinaires et recyclés 35

Figure 1.8 : Effet des granulats fins recyclés sur le diamètre d’étalement d’un 36
BAP de granulats recyclés

Figure 1.9 : Comparaison entre le taux de remplissage des BAP ordinaires et 37


recyclés
Figure 1.10 : Comparaison entre la résistance à la compression à 7 et 28 jours 40
pour les deux types du BAP
Figure 1.11 : Résistance à la compression pour des BAP avec (0, 50 et 100%) de 40
granulats recyclés
Figure 1.12 : Résistance à la compression pour des BAP avec (0, 50 et 100%) de 42
granulats recyclés
Figure 1.13 : Résistance à la traction pour des BAP avec (0, 50 et 100%) de 42
granulats recyclés

Figure 1.14 : Retrait de séchage pour BAP avec GR (25, 50, 75 et 100%) et 44
rapport E/L=0.53
11

Figure 1.15 : Retrait de séchage pour BAP avec GR (25, 50, 75 et 100%) et 45
rapport E/L=0.44
45

Figure 1.16 : Retrait de séchage pour BAP avec 100% GR et rapport E/L (A=0, 46
44, B=0,40 et C=0,35)

Figure 1.17 : Absorption d’eau pour des BAP avec (0, 50 et 100%) de granulats 50
recyclés

Figure 2.1 : Figure 2-1 : Sable corrigé 50

Figure 2.2 : Courbes Granulométriques des granulats naturelles et recyclés 51

Figure 2.3 : Gravier Naturel 51

Figure 2.4 : Les éprouvettes en béton autoplaçont 53

Figure 2.5 : procédure de fabrication des granulats recyclés 53

Figure 2.6 : Concasseur à mâchoire 54

Figure 2.7 : Les granulats recyclés 54

Figure 2.8 : Comparaison entre le Masse volumique apparente des granulats 55


naturels et recyclés

Figure 2.9 : Comparaison entre la Masse volumique absolue des granulats 55


naturels et recyclés

Figure 2.10 : Comparaison entre le coefficient d’absorption d’eau (Ab) des 56


granulats Naturels et recyclés

Figure 2.11 : Séquence de malaxage du mortier 59

Figure 2.12 : Malaxeur à mortier 59


12

Figure 2.13 : Malaxeur pour béton 60

Figure 2.14 : Séquence de malaxage du béton autoplaçant 61

Figure 2.15 : Essai d’Etalement pour Mortier 62

Figure 2.16 : Essai à l’Entonnoir en V pour Mortier 63

Figure 2.17 : Essai d’étalement au cône d’Abrams (slump flow) 64

Figure 2.18 : Mesure du diamètre d’étalement 64

Figure 2.19 : Dispositif de l’essai d’entonnoir en V (V-Funnel). 66

Figure 2.20 : Essai de la boîte en L 67

Figure 2.21 : Essai de résistance à la ségrégation au tamis 68

Figure 2.22 : les éprouvettes dans l’eau de laboratoire 69

Figure 2.23 : Dispositif de l’essai de compression simple 70

Figure 2.24 : Appareil du scléromètre utilisé 71

Figure 2.25 : Scléromètre en cours d’utilisation 72

Figure 2.26 : Appareil de l’ultrason utilisé 74

Figure 2.27 : Ultrason en cours d’utilisation 74

Figure 2.28 : Essai de perméabilité à l’eau 75

Figure 2.29 : Essai Brésilien 76

Figure 2.30 : Mesure de la profondeur de pénétration d’eau 76

Figure 2.31 : Diagramme des essais réalisés sur le mortier et le béton à l’état frais 78
et l’état durci
Figure 3.1 : Etalement en fonction du dosage en superplastifiant 82

Figure 3.2 : L’étalement du mortier (Sp/P = 2.0%) 82


13

Figure 3.3 : Temps d’écoulement à l’entonnoir en V (V-funnel) 83

Figure 3.4 : L’étalement du mortier (Sp/P = 1,8%) 84

Figure 3.5 : Diamètre d’étalement et temps d’écoulement T50au cône d’Abrams 87


des BAP
Figure 3.6 : Temps d’écoulement à l’entonnoir en V de BAP 88

Figure 3.7 : Rapport H2/H1 de l’essai à la boite en L de BAP 89

Figure 3.8 : Temps d’écoulementT20 et T40 en fonction des granulats recyclés 90

Figure 3.9 : Résistance à la ségrégation par tamisage en fonction des granulats 91


recyclés
Figure 3.10 : l’effet des granulats recyclés sur l’indice de rebondissement 93

Figure 3.11 : la vitesse ultrasonique sur éprouvettes en fonction de temps 94

Figure 3.12 : Variation de la Résistance à la Compression en fonction du Temps 95

Figure 3.13 : La profondeur de pénétration d’eau des BAP 96

Liste des Tableaux

Tableau 1.1 : caractéristiques mécaniques des granulats naturels et recyclés 30

Tableau 1.2 : Coefficient d’absorption des granulats naturels et recyclés 32

Tableau 1.3 : Coefficient d’absorption des granulats naturels et recyclés 32

Tableau 1.4 : Résultats d’essai de la boite en L 65

Tableau 1.5 : Résultats de l’essai de stabilité au tamis 70

Tableau 1.6 : Densité de BAP avec 50 et 100% de granulats recyclés 73

Tableau 1.7 : Résistance à la compression


14

Tableau 2.1 : Caractéristiques chimiques et minéralogiques du ciment CEM I 49


42.5

Tableau 2.2 : Propriétés physique et mécanique de ciment utilisé 50

Tableau 2.3 : Caractéristiques physico-mécaniques des granulats utilisés 52

Tableau 2.4 : Classification des BAP selon domaine d’utilisation 53

Tableau 2.5 : Répartition du nombre d’éprouvettes confectionnées 65

Tableau 2.6 : Relation générale entre la qualité du béton et la vitesse d’impulsion 70

Tableau 3.1 : Composition de mortier à base de sable naturel 73

Tableau 3.2 : Composition de mortier à base de sable recyclé 81

Tableau 3.3 : Composition des BAP étudiés 85

Tableau 3.4 : Résultats d’essai d’ouvrabilité des BAP à l’état frais 86

Tableau 3.5 : Valeurs préconisées pour les essais (EFNARC) du BAP 86

Tableau 3.6 : Résultats des essais destructifs et non destructifs sur les BAP 92

LISTE DES ABREVIATIONS

BAP Béton autoplaçant.


BAP GN Béton autoplaçant à base de granulats naturels.
BAP GN/GR Béton autoplaçant à base de 50% granulats naturels et 50% granulats
Recyclés.
BAP GR Béton autoplaçant à base de granulats recyclés.
CEM I Ciment Portland.
cm Centimeter.

d Diamètre d'étalement d'un mortier.


E/C Rapport Eau sur Ciment.

E/P Rapport Eau sur Poudre.


G/S Rapport Gravillon sur Sable.
15

kg/m3 Kilogramme par mètre cube.


l/m3 Litre par mètre cube.
M Masse d'une mole d'eau.

MAP Mortier autoplaçant


mm Millimètre.
MPa Méga pascal.

sec Secondes.
SCC Self- Compacting Concrete.
S/M Rapport sable mortier
Sp Superlastifiant.

t Temps.
v v Volume massique de l'eau.
16

INTRODUCTION GENERALE

INTRODUCTION GENERALE

Le béton est le deuxième matériau le plus consommé dans le monde après l'eau.Parmi les
différentes familles de béton, le béton autoplaçant (BAP) est encore en cours d’émergence
dans le domaine de la construction civile, bâtiment et travaux publics. Le BAP est un béton
très fluide qui se met en place par gravité sans apport extérieur ou intérieur de vibration.
Ce matériau est notamment employable pour la réalisation d'ouvrages d'art.
Les professionnels de la construction, de plus en plus sensibles aux questions liées à la
préservation de l’environnement, s’interrogent sur le devenir du béton lors de la fin de vie
17

des constructions. En particulier, on constate que sur un total d'environ 300 millions de
tonnes de déchets de chantier produits par an en France, seule une petite partie du béton
qu'on y trouve est recyclée, principalement pour des travaux routiers. Pourtant, dans
d'autres pays d'Europe, les granulats recyclés provenant de bétons de déconstruction
concassés sont déjà utilisés dans la formulation de nouveaux bétons.
L’utilisation des granulats recyclés en travaux routiers est déjà bien développée et des
études sur le recyclage du "béton pour faire du béton" sont en cours.

L’objectif principal de ce travail est d’étudier en particulier les granulats recyclés


prévenant de concassage du béton, leurs propriétés (granulométrie, masse volumique
absolue et apparente, absorption…) et l’influence de ces dernières sur les paramètres de
formulation du BAP et ses propriétés à l’état frais, basant sur une comparaison avec un
BAP de référence à base des granulats naturels.

Pour cela nous avant réparti notre travail comme suit :


Après une introduction générale, une revue bibliographique est représentée un chapitre sur
les caractéristiques des bétons autoplaçonts ses propriétés à base des granulats recyclés à
l’état frais et à l’état durci.
Dans le deuxième chapitre, nous étalons notre programme expérimental les déférentes
caractéristiques des matériaux utilisés dans la formulation du BAP ainsi que les déférents
essais réalisés.
Le chapitre 3, présent et regrouper les différentes résultats obtenus et leur discussions.
Enfin, nous terminons cette étude par une conclusion générale qui rappelle les principaux
résultats obtenus et propose des recommandations pour d’éventuels futurs travaux, sur cet
axe de recherche.
18
19

CHAPITRE 1

LE BÉTON AUTO-PLAÇANT – ETUDE


BIBLIOGRAPHIQUE

CHAPITRE 1 : BETON AUTOPLAÇANT A BASE DES GRANULATS RECYCLES

1.1 Généralités

Dans ce premier chapitre, on présente une synthèse bibliographique sur les caractérisations
du béton auto plaçant (BAP) à l’état frais, les différentes formulations et ainsi l’influence
les granulats recyclés sur les propriétés mécaniques et physico-chimiques et durabilité des
BAP.

1.2 Définition et historique de BAP


20

Le béton auto plaçant est un béton très fluide, stable et homogène. Il se distingue des
bétons ordinaires par ses propriétés à l’état frais et sa capacité de moulage, d’enrobage et
de compaction par le seul effet gravitaire.

Ce type de béton est particulièrement bien indiqué pour le remplissage d’éléments à forte
densité d’armature, il répond également bien aux exigences posées par la réalisation
d’élément en béton à géométrie complexe.

1.2.1 Historique

L’historique du BAP se résume par l’élaboration du premier prototype de BAP au Japon,


puis par le développement de la première génération caractérisée par sa forte teneur en
liant de l’ordre de 500 à 600 kg/m3, et enfin par, le développement de la deuxième
génération de BAP au Canada caractérisée par une faible teneur en liant et un
remplacement élevé du ciment par des ajouts minéraux. Selon la littérature, nous pouvons
résumer son historique par les trois périodes suivantes :

- La première période a débuté en 1986 avec le besoin pour un béton fluide. Sa


formulation s’inspire alors des bétons utilisés pour les travaux de réparation sous l’eau ;

- La deuxième étape dans l’évolution des BAP est l’exportation de cette technique en
dehors du Japon. En effet, la technique des BAP s’est vite répandue en Europe et au
Canada [1]. Pendant cette phase, le BAP est appelé : BAP de première génération, dû à sa
teneur élevée en liant. Les recherches et les études sur l’exploitation des ajouts minéraux et
sur les méthodes de formulation d’un tel béton furent l’objectif primordial des chercheurs ;

- L’avancement technologique et le développement des BAP ont permis de diversifier leur


utilisation ; beaucoup d’ouvrages d’art furent construits, notamment au japon et aussi en
Europe et au Canada. Par contre, l’usage de ces bétons demeure restreint au domaine des
réparations, d’où l’idée de développer une troisième génération de BAP, qui marque le
début de la troisième étape dans la recherche sur ce matériau. La raison principale est
d’ordre économique, car le coût unitaire du BAP est trop élevé.

Le premier prototype d’un BAP a vu le jour à l’université de Tokyo en 1986 grâce aux
travaux du professeur Okamura [2,3]. Les caractéristiques de cette première génération des
BAP se résumaient sur les points suivants :

- À l’état frais : une déformabilité et une maniabilité favorable,


21

- A jeune âge : éviter toute défaillance (fissurations, prise),

- A l’état durci : protection contre les agressions extérieures.

1.3 Spécifique de composition des BAP

Malgré les différentes méthodes de formulation existantes, certaines caractéristiques


demeurent intrinsèques aux BAP mais peuvent légèrement différer d’une approche à
l’autre. Les approches de formulation des BAP font appel à :

a. Volume de pâte élevé

Les frottements entre les granulats limitent l’étalement et l’aptitude au remplissage des
bétons. C’est pourquoi les BAP contiennent un volume de pâte (ciment + additions +
adjuvants + eau efficace + air) important, typiquement de 330 à 400L⁄m , dont le rôle est
d’écarter les granulats les uns des autres.

b. Quantité élevée de fines (particules < 125 µm)

Pour leur assurer une maniabilité suffisante, tout en limitant les risques de ségrégation et
de ressuage, les BAP contiennent une quantité de fines (de l’ordre de 500kg⁄m )
supérieure à celle des bétons conventionnels. Ces fines proviennent du ciment, des
additions et des granulats. Toutefois, pour éviter des problèmes d’élévation excessive de la
température lors de l’hydratation, le liant est souvent un composé binaire, voire ternaire :
ciment Portland mélangé avec cendre volante, laitier de haut fourneau, filler calcaire, etc.

c. Utilisation de superplastifiants

Les BAP contiennent des superplastifiants permettant d’obtenir la fluidité souhaitée.


Toutefois un dosage trop élevé peut augmenter la sensibilité du béton à des variations de
teneur en eau vis-à-vis du problème de la ségrégation et du ressuage.

d. Utilisation éventuelle d’un agent de cohésion (rétenteur d’eau)

Ce sont généralement des dérivés cellulosiques, des polysaccharides ou des suspensions


colloïdales. Ces produits, comme les fines, ont pour rôle d’empêcher le ressuage et de
limiter les risques de ségrégation. Les agents de cohésion ont la réputation de rendre les
22

BAP moins sensibles à des variations d’eau vis-à-vis du problème du ressuage et de la


ségrégation.

e. Faible volume de gravillons

Il est possible d’utiliser des granulats concassés ou roulés pour la formulation des BAP.
Toutefois, comme les gravillons sont à l’origine du blocage du béton en zone confinée, il
faut en limiter le volume. D’un autre côté, la présence de gravillons permet d’augmenter la
compacité du squelette granulaire du béton et, donc, de limiter la quantité de liant
nécessaire pour obtenir l’ouvrabilité et la résistance souhaitées. En général, ces
considérations conduisent à adopter un rapport gravillon/sable de l’ordre de 1 dans les
BAP et le diamètre maximal des gravillons est compris entre 10 et 20 mm.

f. Un rapport E/C faible et un dosage en eau limité [4]

L’eau est l’un des facteurs les plus importants au niveau de l’ouvrabilité du béton,
l’augmentation du dosage en eau augmente la fluidité du béton et entraîne l’apparition des
phénomènes de ségrégation et de ressuage, pour cela on utilise un rapport E/C faible et un
dosage en eau limité.

Chaque spécification de la composition des BAP cité précédent joue un rôle important
dans l’écoulement et dans le comportement rhéologique du BAP. La Figure 1.1 présente
une comparaison entre les deux types de béton, le béton ordinaire et le BAP.
23

Figure 1.1 : Comparaison entre un béton ordinaire (BO) et un BAP [5].

1.4 Formulation d’un béton auto plaçant

Le principal problème dans la formulation d’un BAP est de concilier des propriétés a priori
contradictoires comme la fluidité et la résistance à la ségrégation et au ressuage du béton Il
n’existe pas de méthode de formulation unique car les matériaux employés et leurs qualités
diffèrent selon les régions ou les pays. La variation de matériau peut conduire à des
comportements différents à tous les niveaux (ouvrabilité, rhéologie, résistance).

L’approche d’optimisation pour développer les performances d’un béton et sa durabilité


consiste en général à choisir et examiner un groupe d’essais préliminaires, évaluer les
résultats puis ajuster les propositions du mélange et examiner d’autres mélanges jusqu’à ce
que les propriétés exigées soient réalisées. À cet effet, beaucoup de chercheurs se sont
orientés vers l’optimisation et le développement des formulations des BAP. Quelques
résultats de ces recherches seront exposés dans cette partie.

1.4.1 Méthodes basées sur l'optimisation des mortiers

Okamura [5, 6, 7] propose de formuler les BAP en composant en premier lieu le mortier du
béton. Dans le mortier, la proportion de sable est fixée arbitrairement. Il reste ensuite à
trouver expérimentalement les dosages en eau et en superplastifiant, pour un liant donné
24

(rapport massique ciment sur addition fixé), et suivant certains critères de rhéologie. La
formule finale est obtenue en ajoutant au mortier un volume de gravillons limité, de
manière sécuritaires, à la moitié de leur compacité.

A la suite d'une optimisation identique du mortier, d’autres chercheurs [7] ont proposé de
doser les gravillons en cherchant expérimentalement leur volume limite menant à un
blocage. Ce volume est évalué en comparant l'écoulement du mortier dans un entonnoir
avec et sans gravillons.

1.4.2 Méthodes basées sur l'optimisation du volume de pâte

Le béton est considéré ici comme un mélange biphasique, avec une phase solide, les
granulats, et une phase liquide, la pâte. Dans le cas d'un BAP, la pâte joue un rôle
prédominant. Son rôle est de séparer les gravillons pour limiter les contacts, en particulier
dans les milieux ferraillés et ainsi prévenir la formation de voûtes susceptibles de bloquer
l’écoulement. La notion de quantité de pâte en excès optimale pour fluidifier le BAP et
limiter les problèmes de blocage a été aussi introduit (Figure 1.2).

Des formules empiriques reliant l'épaisseur de la pâte autour des granulats et les constantes
du modèle de bingham (seuil de cisaillement et viscosité) du béton, exprimées par rapport
à celles de la pâte ont été proposées [7]. Lors de la formulation, il faut d'abord optimiser et
caractériser la rhéologie de la pâte, puis déterminer à l'aide de ces équations la proportion
minimale de pâte nécessaire pour fluidifier le béton.

Il existe une approche similaire du dosage de la pâte mise au point par Tangtermsirikul, et
Bai [7]. Cette fois, deux critères, calés aussi expérimentalement, sont proposés, un volume
de pâte minimal vis à vis de la fluidité, et un volume de pâte minimal vis à vis du blocage.

Figure 1.2 : Notion d'excès de pâte : la pâte remplit la porosité (1) et écarte-les granulats
(2) [7].
25

1.4.3 Méthodes basées sur l'optimisation du squelette granulaire

La formulation des bétons peut passer par une optimisation de la porosité du système
formé par les grains solides, du ciment aux gravillons [8]. Il est connu par exemple que la
résistance à la compression augmente avec la compacité de la pâte. L'ouvrabilité est elle-
aussi tributaire de l'arrangement du squelette granulaire.

Sedran et Turcry [6, 7],ont développé un modèle décrivant mathématiquement un


empilement, à partir des caractéristiques des grains qui le composent (forme,
granulométrie). Le modèle permet le calcul de la compacité du béton et d'un indice
représentatif de son degré de serrage. A l'aide de ces variables sont modélisées la viscosité
et le seuil de cisaillement du béton.

Le modèle est implanté dans un logiciel (Bétonlabpro2), qui permet de plus de simuler les
autres propriétés du béton (résistance, déformations différées, etc.). Ses auteurs proposent
un cahier des charges spécifique pour les BAP, avec des indices pour estimer la capacité de
remplissage et la stabilité du béton.

1.4.4 Méthode basée sur un plan d'expérience

Le nombre de constituants d'un BAP est tel que l'utilisation d'un plan d'expérience est
intéressante pour connaître l'effet des paramètres de composition. Une étude [9] a été
réalisé avec les facteurs suivants : le volume de gravillons, la masse de fines (C+A), le
rapport massique eau sur fines E/(C+A), la masse de superplastifiant et la masse d'agent de
viscosité. Chaque facteur a été varié sur une plage comportant cinq points, ce qui élève le
nombre de compositions testées à 25. Au final, les auteurs fournissent les modèles obtenus,
notamment l'étalement et le taux de remplissage, en fonction des différents facteurs. Cette
approche fournit surtout un support pour corriger une formule ne répondant pas, par
exemple, aux critères de l’Association Française de Génie Civil (AFGC) [10].

1.4.5 L’approche basée sur l'utilisation du mortier du béton équivalent MBE

L'approche du Mortier de Béton Equivalent (MBE) a été initialement développée pour


faciliter la sélection des adjuvants lors de la formulation d'un béton, en utilisant des tests
sur mortier au lieu de tests sur béton [11].En fonction des essais préalables réalisés, les
résultats obtenus peuvent être utilisés de façon qualitative ou quantitative. Plusieurs
chercheurs [11] ont montré que cette méthode peut être adaptée aux BAP et aussi que les
principes de base de la méthode peuvent être gardés.
26

1.5 Principe et application des approches

I.5.1 Approche Japonaise ou la méthode générale

Okamura et Ozawa ainsi que Ouchi et al. [5,12] sont les précurseurs en matière de
formulation des BAP. Les caractéristiques requises sont une capacité de déformation
élevée de la pâte et du mortier, ainsi qu’une résistance à la ségrégation lors de
l’écoulement en milieu confiné. Leur méthode de formulation se base sur les critères
suivants :

• Une quantité de gravillons limitée,


• Un rapport eau/poudre faible,
• Utilisation d’un superplastifiant.

Cette méthode consiste d’abord à fixer le dosage de gravier dans le béton et celui du sable
dans le mortier, ensuite de procéder à l’optimisation de la pâte de ciment afin de donner au
béton résultant les meilleures performances.
Le principe de cette méthode est le suivant :

La teneur volumique G en gravillons du béton est fixée à 50% du volume du solide


pour éviter le risque de blocage :
= (1 − ) (1.1)

Où : A = quantité d’air choisie en fonction de la résistance au gel-dégel


= Volume absolu d’un mètre cube de gros agrégats.

Le volume du sable est fixé à 40% du volume total de mortier pour assurer une
bonne ouvrabilité :
( )
= (1.2)
( )

Où : !" = taux de fines particules (< 0,09 mm) dans le sable

L’eau, le superplastifiant et les fines sont ajustés pour les mortiers pour obtenir une
viscosité suffisante et une fluidité importante.

Un étalement relatif ( Γ ) est déterminé à l’aide de l’essai au mini-cône et lavitesse


d’écoulement relative (# ) est déterminée par un essai au V-funnel pour mortier :
27

La fluidité du mortier, donnée par :


( %& %' %(' )
$ = (1.3)
%('

Avec : ) et )* les diamètres d’étalement selon deux médianes.


La viscosité du mortier, donnée par :

# = (1.4)
+
Avec : t le temps d’écoulement à l’entonnoir en V funnel exprimé en secondes.

1.5.2 Approche Suédoise (CBI)

La méthode de formulation suédoise est développée par CBI (Cément och Betong
Institutet) et se caractérise par la prise en compte des conditions des chantiers. En effet,
cette approche est basée sur l’évaluation des risques de blocage des granulats dans les
milieux ferraillés. Elle permet d’optimiser la taille maximale des granulats par rapport à
l’espacement entre les armatures, et le volume des granulats dans le béton.

Le principe de cette méthode s’appuie sur des tests effectués sur des mélanges de pâte de
ciment et de granulats de différentes tailles, passant à travers différents espacements
d’armatures. Pour chaque taille de granulats, ils ont montré qu’il existe une teneur
volumique critique de granulats en deçà de laquelle le risque de blocage est nul et au-
dessus de laquelle le blocage est systématique. Cette teneur volumique critique est fonction
de l’espacement entre les armatures (par rapport à la taille des granulats), et de la forme
des granulats (roulés ou concassés). Cette méthode suppose que le phénomène de blocage
est indépendant de la nature de la pâte, pourvu que celle-ci soit suffisamment fluide. Ainsi,
dans la formulation d’un béton, la méthode CBI consiste à déterminer le risque de blocage
#, par la relation :

./
#, = ∑ (1.5)
.01/,/

Où : 3 = la proportion volumique des granulats de taille i, par rapport au volume total du


béton.
34% , = la teneur volumique critique de cette fraction granulaire de taille i.

La valeur du coefficient du risque de blocage #, doit être inférieure ou égale à 1 pour


obtenir un béton satisfaisant. Ainsi, en utilisant cette approche pour évaluer le risque de
blocage de bétons, on réécrit l’équation du risque de blocage :
28

7/
#, = (1 − 35 ). ∑
.01/,/

(1.6)
Où : 8 = la proportion volumique des granulats de taille i rapportée au volume total des
granulats.
35 = le volume de la pâte dans un volume unité de béton.

A partir de cette relation, on peut déduire, pour chaque rapport gravier sur sable ( ⁄ ), le
volume minimal de pâte pour éviter le risque de blocage. On écrivant #, = 1, le rapport
9 ⁄: de la pâte et le type du ciment sont choisis en fonction de la gamme de résistance
visée, le dosage du superplastifiant est optimisé pour obtenir un écoulement autoplaçant
caractérisé essentiellement par le cône d’Abrams (un étalement de 700 mm est jugé
adéquat) et la boite en L (un rapport d’hauteurs ;* ⁄; doit rester au-dessus de 0,8) [13].

1.5.3 Approche du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées LCPC

L’approche développée en France au LCPC par de Larrard et Sedran est basée sur le
modèle d’empilement compressible qui passe par l’optimisation de la porosité du système
formé par les grains solides. Le modèle permet de prévoir la compacité du squelette
granulaire à partir des caractéristiques des constituants telles que la densité apparente, les
proportions du mélange, les distributions granulaires et la compacité propre.

Cette approche, basée sur la synthèse d’une quinzaine d’années de recherches est
simplifiée par la mise en œuvre d’un logiciel (Bétonlapro 2).

Une proportion de liant est fixée à priori, pour laquelle on détermine le dosage à saturation
du superplastifiant utilisé. Selon l’expérience des auteurs, le dosage de saturation pourrait
conférer au béton une viscosité élevée, par conséquent la moitié de ce dosage serait plus
pertinente. Le besoin en eau du liant en présence du superplastifiant est déterminé, et
conduit au calcul de la compacité propre du liant, qui est une donnée d’entrée nécessaire.
Grâce au logiciel, les dosages des constituants sont déterminés, en prenant en compte tous
les paramètres de calcul, et de l’effet de paroi. Le dosage du superplastifiant peut être
ajusté pour obtenir les critères d’ouvrabilité désirés, celui de l’eau pour obtenir la
résistance à la compression ciblée [13].
1.6 Propriété du BAP à base de granulats recyclés
1.6.1 Caractéristiques des granulats recyclés
29

Les granulats sont les principaux composants du béton (70 % en poids). Les performances
mécaniques des granulats vont donc conditionner la résistance mécanique du béton et leurs
caractéristiques géométriques et esthétiques, en particulier, l’aspect des parements des
ouvrages.

Pour obtenir une bonne qualité de béton contenant des granulats recyclés, il faut que ces
derniers soient aussi de bonne qualité. Les propriétés acceptables des granulats sont un
élément de base pour un béton recyclé de qualité. Cependant, les proportions adéquates de
mélange et la méthode de production sont aussi importantes pour avoir la qualité
recherchée du béton.
Les granulats recyclés de béton diffèrent des granulats naturels par leur composition et leur
forme. Il s’agit de matériaux composites constitués de granulats naturels concassés et de la
pâte de ciment hydraté concassée, enrobant les granulats naturels (Figure 1.3).

Figure 1.3 : Forme des granulats recyclés [14].

a. Granulométrie, teneurs en fines et forme des gravillons

Ravindrarajah et son équipe montre l’influence du choix du concasseur et des


performances du béton ancien sur la régularité des courbes granulométriques
[15].Evangelista et de Brito ont montré que les granulats recyclés étaient plus anguleux et
donc à l’origine d’une plus grande friction interne ce qui, en plus de l’absorption plus
élevée, explique qu’à courbe et module de finesse égaux, la demande en eau du béton soit
plus forte. DEBIEB [16] a trouvé que le sable recyclé est grossier par rapport au sable
naturel et il est constitué en majorité de petit gravillon et une faible proportion de sable
moyen ainsi qu’une quantité importante du ciment dans ces fines.

b. Dureté

La résistance à la fragmentation (dureté) est déterminée par le coefficient Los Angeles. Le


principe de cet essai est la détermination de la résistance à la fragmentation par chocs et à
30

l’usure par frottements réciproques. L’essai consiste à faire tourner les granulats dans un
tambour fermé contenant des boulets métalliques. Le coefficient Los Angeles représente la
proportion d’éléments finis produits au cours de l’essai. Plus le coefficient LA est faible,
plus la résistance des gravillons est élevé. Le coefficient de Los Angeles trouvé pour les
granulats recyclés est supérieur à celui des granulats naturel (Tableau 1-1). Même résultats
ont été rapporté par DEBIEB [16], GASTI [17] ET PANI et al [18]. HACHANA et al
[19] ont aussi remarqués que la valeur du coefficient de Los Angeles des granulats
du béton concassé (31,62%) est supérieure à celle des granulats naturels (23,50%). Par
conséquent, les granulats recyclés sont moins résistant que les granulats naturels, mais
acceptable selon la norme qui exige LA<40%.

Tableau 1.1 : Caractéristiques mécaniques des granulats naturels et recyclés [20]

Essai Micro-De val (MDE) Essai Los-Angeles(L.A)

G. Naturel G. Recyclé G. Naturel G. Recyclé

Fraction (4-6.3) 18.4 36.5 -- --

Fraction (6.3-10) 24.04 38.6 31.4 38.8

Fraction (10-14) -- -- 30.58 36.52

Plusieurs chercheurs indiquent que la présence du mortier réduit la résistance aux chocs et
à l’usure[21,22].
31

Figure 1.4 :Corrélation entre la teneur en mortier et le Los Angeles [22].

c. Absorption d’eau

Le coefficient d’absorption d’eau (Ab) représente la capacité d’absorption d’eau d’un


granulat. Plus il est élevé, plus le matériau est absorbant. La propriété principale des
granulats recyclés est la capacité élevée d’absorption d’eau en comparaison avec les
granulats naturels. Ceci est dû à la présence de la pâte du ciment autour d’un granulat
recyclé [23].Les bétons des granulats recyclés nécessitent une quantité d’eau plus
importante, pour maintenir le même affaissement (étalement), par rapport à un béton à base
de granulats naturels [24].De nombreuses études ont confirmé ces résultats caractérisés par
les quelques figures qui suivent [24, 25, 26, 9, 27, 28, 29, 30, 31, 66, 32, 16, 18].

Le taux élevé de l’absorption d’eau des granulats recyclés par rapport aux granulats
naturels complique la mise en œuvre d’un tel béton de granulats recyclés (Tableau 1-2).
Une valeur élevée du coefficient absorption d’eau (environ de 7%) a été trouvé pour les
granulats recyclés en comparaison avec les granulats naturels (environ de 1%) (Tableau 1-
3). Des résultats similaires ont aussi été observés par d’autres chercheurs (Ab GN = 1,3%
et Ab GR = 6%) [19].
32

Tableau 1-2 : Coefficient d’absorption des granulats naturels et recyclés [20]

Sable Sable Sable Gravier naturel Gravier recyclé


roulé Naturel recyclé concassé
concassé

0/0.8 0/5 0/5 12.5/20 12.5/20 5/12.5 12.5/20

Absorption
(%) 0.5 1.91 7.09 0.73 0.46 6.25 5.36

Tableau 1-3 : Coefficient d’absorption des granulats naturels et recyclés [20]

Granulats naturels Granulats recyclés

8/15 3/8 8/15 3/8


Absorption
0.81 0.91 5.65 6.60

1.7 Propriété du BAP à base de granulats recyclés


1.7.1 À l’état frais
Par rapport à des bétons de granulats naturels, les bétons de recyclés présentent des
particularités de formulation :
La masse volumique des granulats recyclés est plus faible que celle des granulats
naturels, du fait de leur teneur en mortier ;
La granularité des granulats peut faire apparaître des teneurs en fines importantes, en
particulier lorsque le sable recyclé est utilisé ;
Les granulats recyclés étant obtenus par concassage, leur rugosité de surface est
importante, et leur compacité relativement faible. Ceci est un autre facteur tendant à
augmenter la demande en eau efficace ;
33

Cette demande en eau efficace peut être traitée soit par un volume de pâte plus élevé
(se traduisant par un supplément d’eau de 5 à 15 % d’après la littérature [33]), soit par
l’utilisation d’adjuvants plastifiants/superplastifiants utilisés en réducteur d’eau, soit
enfin par une combinaison de ces deux stratégies ;
La demande en eau totale du béton est encore accrue par l’absorption d’eau importante
des granulats recyclés. Dans les cas où les granulats sur stock ne sont pas saturés en
eau, une reprise d’eau des granulats dans le mélange intervient dans les heures qui
suivent le malaxage. Pendant le durcissement, en cas d'auto-dessiccation, un
mouvement inverse de l’eau (des granulats vers la matrice) peut intervenir ;
Quelle que soit la stratégie de formulation, l’obtention d’une résistance finale passe
par des rapports eau/liants égaux ou plus faibles qu’avec des granulats naturels, et
implique des dosages en liants neufs plus importants, sans parler des liants anciens qui
viennent encore augmenter la proportion de pâte de ciment durcie dans le mélange
final;
Enfin, le béton peut contenir en quantité notable certaines espèces génératrices de
gonflement, et notamment les sulfates, résidus de plâtre adhérant à certains granulats
recyclés même si ces matériaux sont, en principe, écartés des stocks destinés à la
réutilisation.

BENHOUNA et al [34] ont étudié l’effet des granulats recyclés sur l’écoulement non
confiné. Ils ont constaté que les fines ayant une influence significative sur l’étalement du
béton avec 100% de granulats naturels qui contient 22,5% de fines recyclés présentent un
bon étalement sans ségrégation et sans ressuage et avec un temps d’écoulement T50
inférieur à 5 secondes. Pour le béton avec 100% granulats recyclés, ils ont constaté que les
compositions contenant 22,5 et 29% de fine recyclés ont un bon étalement sans ségrégation
ni ressuage et avec un temps d’écoulement T50 inférieur à 5 secondes (Figure 1.5). Une
comparaison entre l’étalement D’un BAP à base de granulats naturels et un BAP à base
granulats recyclés est donnée sur la (Figure 1-6). Le béton avec 50% de granulats naturels
et 50% de granulats recyclés présente un étalement supérieur à celui du béton avec 100%
granulats naturels et 100% granulats recyclés, pour un rapport E/L égal à 0,46 et 0,47
(Figure 1.7).
D’autre part, KOUetPOON [35]ont constaté que l’étalement d’un BAP des granulats
recyclés augmente avec l’augmentation de la quantité des granulats fins recyclés,
34

l’étalement minimal est de 760 mm et le rapport de blocage varie entre 0,85 et 0,94.
L’addition des cendres volantes de classe F augmente l’étalement du BAP (Figure 1.8).
De plus, GRDICetal [23], ont trouvé que l’étalement des BAP avec 50 et 100% granulats
recyclés (gravier) est très comparable à l’étalement du BAP à base de granulats naturels.

Figure 1-5 : Variation de l’étalement de BAP avec des granulats recyclés en fonction de
La quantité des fines [34].
35

Figure 1.6 : Comparaison entre l’étalement d’un BAP (GN) et BAP (GR) [34].

Figure 1.7 : Comparaison entre l’étalement des BAP ordinaires et recyclés [34].
36

Figure 1.8 : Effet des granulats fins recyclés sur le diamètre d’étalement d’un BAP de
Granulats recyclés [35].

L’essai à la boite en L a aussi montré que le BAP contenant des granulats fins recyclés a
une fluidité suffisante, ainsi qu’une viscosité et une résistance à la ségrégation adéquate
[36]. Cependant, BENHOUNA et al [34] ont trouvé que les résultats des essais de la boite
en L ne satisfait pas les exigences requises pour un BAP avec un rapport E/L = 0,45 à 0,47
et 100% de granulats recyclés (Tableau 1-4). Pour un BAP avec un mélange de granulats
naturels et recyclés (50% des granulats naturels, 50% des granulats recyclés), ils ont
constaté que pour un rapport E/L égal à 0,46 le béton présente un taux de remplissage
Pareil au BAP ordinaire H2/H1= 0,86 (limite minimale) (Figure 1-9). D’autre part, [23],
ont trouvé un taux de remplissage équivalent pour les BAP avec granulats naturels et 50,
100% granulats recyclés (0,94, 0,95 et 0,98) respectivement.
37

Tableau 1-4 : Résultats d’essai de la boite en L [34]

Compositions < Fine >? Temps d’écoulement (s)


= (Kg) >@

T20 T40 T60

GN BAP3-1 0.45 90 0.77 1.10 2.41 3.66

BAP3-1 0.46 90 0.90 1.01 1.82 2.66

BAP3-1 0.45 90 0.63 2.13 3.06 4.37

GR BAP3-1 0.46 90 0.68 1.95 2.80 4.02

BAP3-1 0.47 90 0.73 1.13 2.46 3.79

La substitution de 50 et 100% de granulats naturels par des granulats recyclés a donné un


béton avec une stabilité satisfaisante pour un rapport E/L=0,46, mais il est moins stables
pour un rapport E/L=0,47 (Tableau 1-5). Par contre[23], ont constaté que le BAP à base de
granulats naturels est moins stable vis-à-vis de la ségrégation par rapport aux BAP avec 50
et 100% granulats recyclés.

Figure 1-9 : Comparaison entre le taux de remplissage des BAP ordinaires et recyclés
[34].
38

Tableau 1-5 : Résultats de l’essai de stabilité au tamis [34]

Composition BAP 3-1 BAP(R) 6-2 BAPM-1 BAP(R) 6-3 BAPM-2

Type de 100% GN 100%GR 50%-50% 100%GR 50%-50%


granulats

<A 0.46 0.46 0.46 0.47 0.47


=

PLAITENCE (%) 6.98 10.23 9.84 12.40 16.56

L’effet de substitution de granulats naturels par des granulats recyclés sur la densité du
BAP est donné par le tableau 1-6. On remarque une diminution d’environ 2% de la Densité
pour 50% de gravier recyclés et de 4% pour 100% de gravier recyclés.

Tableau 1-6 : Densité de BAP avec 50 et 100% de granulats recyclés [23].

Type of Density Shump-flow T500 L-box Sirve Wc (water- WP (water-


concrete (Kg/m3) test (cm) (s) test segregation cement powder
(%) factor) factor)

E 2391 735 5.60 0.94 11.7 0.41 0.25

P50 2366 735 5.40 0.95 9.31 0.43 0.26

P100 2355 725 6.00 0.98 5.2 0.45 0.27

La forme et la rugosité des granulats peuvent impliquer une plus grande difficulté pour les
bulles d’air à s’extraire du béton pendant la vibration. C’est ainsi qu’en moyenne, certains
auteurs trouvent des teneurs en air occlus légèrement plus importantes dans les bétons de
granulats recyclés, l’écart étant de l’ordre de 0,6 %.
39

1.7.2 À l’état durci


1.7.2.1 Résistance à la compression
Toutes les études montrent que la résistance à la compression des bétons fabriqués avec
des granulats recyclés peut être de 5 à 40 % plus faible que celle d’un béton formulé avec
des granulats naturels. De façon générale les études menées ont montré que la résistance à
la compression dépend :
Du taux de substitution pour un rapport E/C constant. La diminution de la résistance à
la compression est peu significative lorsque le taux de remplacement des graviers est
inférieur ou égal à 25% et de sable inférieur à 30% [37, 38, 39, 40, 41]. Généralement,
cette diminution est attribuée à une porosité plus importante dans les bétons de
granulats recyclés [42].
Des paramètres de formulation et plus particulièrement le rapport E/C [43, 44].
Angulo [26] montre qu’une porosité des granulats inférieure à 17% affecte peu les
résistances à la compression, quel que soit le rapport E/C.
De la qualité du béton de démolition dont les granulats sont issus [46, 39]. Ainsi
[39] montrent que le module d’élasticité est plus important si les granulats sont
issus d’un béton de haute résistance à la compression.
De la nature des ajouts d’origine minérale [46, 43, 47, 44].
Des conditions de cure [37]. Il apparaît de façon claire que le béton à granulats
recyclés conservé dans l’air après une cure humide partielle possède une résistance
supérieure à celle d’un béton conservé en milieu humide.

1.7.2.2 Résistance à la compression et à la traction


La résistance à la compression à 7 jours et à 28 jours pour le BAP à 100% de granulats
recyclés est similaire à celle d’un BAP de granulats naturels lorsqu’une quantité de fines
de 22.5% est utilisée (Figure 1-10).
40

Figure 1-10 : Comparaison entre la résistance à la compression à 7 et 28 jours pour les


Deux types du BAP [34].

D’autre chercheurs, ont montré que la qualité des granulats recyclés a un effet direct sur la
résistance à la compression ainsi que la substitution de 50% et 100% de gravier naturel par
un gravier recyclé réduit la résistance de 3,88% et de 8,55% respectivement (Figure 1-11).

Figure 1-11 : Résistance à la compression pour des BAP avec (0, 50 et 100%) de granulats
Recyclés [23].
41

La résistance à la compression et à la traction pour un BAP contenant des granulats


recyclés et sans les cendres volantes diminue avec l’augmentation des granulats fins
recyclés. La résistance à la compression et à la traction maximale ont été atteintes avec un
taux de substitution de 25-50% de sable de rivière par un sable recyclé (Tableau 1-7 et
Figure 1-12). Une diminution de la résistance à la traction avec l’augmentation du
pourcentage des granulats recyclés a été aussi observée avec de BAP (Figure 1-13).

Tableau 1-7 : Résistance à la compression [35].

Mixe Recycded agg fine W/B Compessive strangth (MPA)


code (%)
1- 4-day 7-day 28-day 90-day
day
Series I
Control 0 10.3 26.8 32.9 44.3 56.5
1
RF25 25 0.53 11.2 29.0 34.0 44.5 54.7
RF50 50 8.8 25.3 31.1 43.4 55.7
RF75 75 9.4 26.0 29.7 41.3 50.8
RF100 100 9.8 23.6 29.2 38.7 50.1
Series II
Control 0 11.1 30.3 36.8 53.7 78.9
2
RF25 25 0.44 13.8 38.3 43.9 64.3 82.6
RF50 50 17.5 38.4 42.1 62.3 81.4
RF75 75 13.8 32.3 40.9 56.3 75.3
RF100 100 15.1 29.2 38.3 53.2 71.7
Series
III
RF 100A 100 0.44 15.1 29.2 38.3 53.2 71.7
RF 100B 100 0.44 15.6 33.1 44.0 59.1 77.0
RF 100C 100 0.44 16.6 39.8 43.8 64.2 81.8
42

Figure 1-12 : Résistance à la compression pour des BAP avec (0, 50 et 100%) de granulats
Recyclés [35].

Figure 1-13 : Résistance à la traction pour des BAP avec (0, 50 et 100%) de granulats
Recyclés [23].
43

1.7.2.3 Résistance à la traction

Les résultats issus des essais de traction uniaxiale, de fendage et de flexion ont montré que
la résistance à la traction diminue également en augmentant le taux de substitution en
granulats recyclés [37, 31, 48, 41]. Les relations empiriques établies entre la résistance à la
flexion et à la compression des bétons naturels selon les codes ACI, CEB ou chinois ne
peuvent pas être appliquées aux bétons à granulats recyclés [46].
• Il est possible de conclure que la résistance à la traction avec les granulats recyclés
est affectée négativement lorsque le taux augmente de remplacement.

• La corrélation entre la résistance à la traction et la porosité est illustrée sur la


figure. 14. Les résultats, comme on pouvait s'y attendre, montrer une diminution de
la résistance à la traction lorsque la porosité augmente. La figure 15 montre le
module statique normalisée d’élasticité par rapport à la résistance à la traction
normalisée. La linéaire corrélation indique que la porosité élevée de recyclage
agrégats affecte les deux caractéristiques. Ces résultats sont en accord avec ceux
établis par [41].

1.7.2.4 Module élastique


Tous les auteurs ont signalé la faible rigidité des bétons à granulats recyclés [46, 49, 39,
37, 41, 44].
1.7.2.5 Retrait
a. Retrait plastique
Ce phénomène est lié aux conditions atmosphériques, au ressuage et à la cure dont le
matériau fait l’objet dès après sa mise en œuvre. La présence de fines en quantité
importante et l’absorption différée d’eau par les granulats réduit le ressuage (Mukai et al.
1979, cité par Hansen, 1992), et augmente donc le risque de retrait plastique en cas de cure
insuffisante.

b. Retrait endogène
Ce phénomène est lié à l’auto-dessiccation, qui apparaît préférentiellement dans les bétons
à faible rapport eau/ciment. On a dit que le rapport eau efficace/ciment est plutôt plus bas
pour les bétons de granulats recyclés. Cependant, les granulats contiennent une importante
réserve d’eau, capable de suppléer à la raréfaction de l’eau présente dans les pores de la
matrice. Le retrait endogène est donc réduit pour ces bétons [50, 51]. L’incorporation de
44

granulats recyclés constituerait même une stratégie efficace pour réduire le retrait
endogène des BHP [52].

c. Retrait de séchage
Du fait de la forte présence d’ancien mortier à la surface des granulats et de la forte
porosité des granulats, le retrait de séchage sont nettement supérieures à celles des bétons à
granulats naturels [47, 53, 54, 33].

Le retrait de séchage du BAP avec des granulats recyclés augment avec l’augmentation de
la quantité des fines recyclées mais il peut être contrôlé par l’utilisation d’un rapport E/L
Faible (Figure 1-20 à 1-22).

Figure 1-14 : Retrait de séchage pour BAP avec GR (25, 50, 75 et 100%) et rapport
E/L=0,53 [35].
45

Figure 1-15 : Retrait de séchage pour BAP avec GR (25, 50, 75 et 100%) et rapport
E/L=0,44 [35].

Figure 1-16 : Retrait de séchage pour BAP avec 100% GR et rapport E/L (A=0,44,
B=0,40 et C=0,35) [35].
46

d. Retrait plastique
Ce phénomène est lié aux conditions atmosphériques, au ressuage et à la cure dont le
matériau fait l’objet dès après sa mise en œuvre. La présence de fines en quantité
importante et l’absorption différée d’eau par les granulats réduit le ressuage (Mukai et al.
1979, cité par Hansen, 1992), et augmente donc le risque de retrait plastique en cas de cure
insuffisante.

1.7.2.5 Absorption d’eau


La propriété la plus importante qui différentie les granulats recyclés des granulats naturels
est leur forte absorption d’eau.
Les absorptions par immersion ou par capillarité sont nettement augmentées dans le cas
des bétons de granulats recyclés. Ceci s’applique en particulier à l’absorption par
capillarité, du fait d’une plus grande quantité de pores capillaires [55, 56].
L’augmentation de la quantité de granulat recycles augmente l’absorption d’eau.
L’utilisation de 50 à 100% du gravier recyclé augmente l’absorption d’eau de 0,15 à 0,37%
(Figure 1-23).

Figure 1-17 : Absorption d’eau pour des BAP avec (0, 50 et 100%) de granulats recyclés
47

[23].
1.7.2.6 Perméabilité
La perméabilité du BAP avec les granulats recyclés est affectée en même temps par
les
pores capillaires de l’ancien mortier recouvrant les granulats recyclés et par les pores
capillaires du nouveau mortier. Si les agrégats obtenus à partir du béton concassé ont une
faible porosité, l’absorption d’eau du nouveau béton dépendra de la structure du ciment
obtenu.
Selon [57], lorsque le rapport E/C est supérieur à 0,55, la présence de granulats de
recyclage ne modifie pas cette propriété. Par contre pour des faibles valeurs du rapport
E/C, la perméabilité des bétons recyclés est supérieure à celles des bétons conventionnels.

1.7.2.7 Carbonatation
La carbonatation est particulièrement affectée par l’incorporation de granulats recyclés [De
Brito et al. 2010]. La cinétique de carbonatation est plus rapide pour les bétons incorporant
du sable issu de béton concassé [Evangelista et al. 2010]. Les travaux de Katz [Katz, 2003]
confirment aussi l’évolution de la carbonatation.
Rasheeduzzafar et col. [57] ont montré que le potentiel de corrosion dans les bétons
fabriqués avec des granulats recyclés est légèrement supérieur à celui d’un béton
conventionnel.

2.5 Conclusion

Le BAP est un béton très fluide, se mettant en place sans vibrations. Il doit
présenter deux aspects, la fluidité qui le rend facile à utiliser dans les milieux
confinés sans vibrations et l'homogénéité qui lui permet de résister à la ségrégation
et au ressuage. Ces deux aspects sont rendus possibles en introduisant dans les
formulations des adjuvants (superplastifiant, agents de viscosité…).
Les granulats recyclés se caractérisent généralement par une porosité plus élevée et
une absorption d’eau plus importante en raison de l’ancien mortier cohérant à la
surface.
Le BAP à base de granulats recyclés a un comportement rhéologique comparable à
celle de granulats naturels mais la résistance à la compression diminue, le retrait
augmente, l’absorption augmente et la diffusion des ions de chlorure augmente.
48

CHAPITRE II

MATERIAUX ET METHODES D’ESSAIS


49

CHAPITRE 2

MATERIAUX ET METHODES D’ESSAIS

2.1 Introduction

Dans ce chapitre, on s’intéresse tout d’abord à la présentation les principales


caractéristiques des matériaux utilisés dans la composition de BAP et ensuite des méthodes
de formulation adoptées pour réaliser les différents essais expérimentaux de notre étude
expérimentale.

2.2 Caractéristiques des matériaux utilisés

2.2.1 Ciment

Le ciment utilisé est un ciment Portlant composé, du type CEM II/A 42.5. Ce ciment
présente une résistance minimale à la compression à 28 jours de 42,5 MPa. Les
caractéristiques chimiques et minéralogiques de ce ciment sont présentées dans le
Tableau 2.1.

Tableau 2.1 : Caractéristiques chimiques et minéralogiques du ciment CEM II/A 42.5

Composition chimique (%)


CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 Na2O K2O PAF RI
63,40 21,06 3,60 4,47 1,85 2,00 0,13 0,57 2,53 0,65
Composition minéralogique (%)
C3S C2S C3A C4AF
67,40 9,896 1,98 13,59

Les essais physico-mécaniques du ciment ont été réalisés au laboratoire Géomatériaux et


Génie Civil de l’Université de Blida dont les résultats d’identification sont donnés dans le
Tableau 2.2.
50

Tableau 2.2 : Propriétés physique et mécanique de ciment utilisé

Essai CEM I 42.5


Masse volumique apparente (ρCDD ) (kg⁄m ) 1200
Masse volumique absolue (ρCEF ) (kg⁄m ) 3050
Finesse SSB (cm* ⁄g) 3200
Temps de début de prise (heure, minute) 2h15
Temps de fin de prise (heure, minute) 5h25
Résistance à la compression (N⁄mm* )

2 jours 14,53
7 jours 31,10
28 jours 44,06

2.2.2 Les Granulats naturels

2.2.2.1 Le sable

Le sable utilisé dans cette étude provient de la région de Baghlia ‘S1’, est un sable roulé de
formes arrondies et de surface lisses. Il est caractérisé par sa granulométrie et son diamètre
maximal qui n’excède pas 5 mm, de module de finesse de 3,32 a été rectifié par un sable
fin ‘S2’ (sable de Boughzoul) de granulométrie 0/3 et de module de finesse 2,11. Le sable
obtenu (Figure 2.1), mélange de 57% du sable ‘S1’ et de 43% du sable ‘S2’, à un module de
finesse de 2,80. La Figure 2.2 présente la courbe granulométrique de sable testé après le
séchage et tamisage par une tamiseuse électrique. Les autres propriétés physiques de sable
sont présentées dans le Tableau 2.3.

Figure 2.1 : Sable corrigé.


51

2.2.2.2 Le gravier

Le gravier utilisé est de deux classes granulaires différentes, le premier est un gravier de
classe 3/8 et le deuxième de classe 8/15(Figure 2.3). Ces deux types de graviers
provenant de la même station de concassage de Sétif. Les principales caractéristiques
physiques de gravier sont données dans le Tableau 2.3. La Figure 2.2 présente les
courbes granulométriques des graviers utilisés.

100
90
Pourcentage des tamisats (%)

80 NFA
NCA 3/8
70
NCA 8/15
60 RFA
50 RCA 3/8
40 RCA 8/15
30
20
10
0
0,01 0,1 1 10 100
Diamétre du tamis (mm)
Figure 2.2 :Courbes Granulométriques des granulats naturelles et recyclés.

Figure 2.3 : Gravier Naturel.


52

2.2.3 Les Granulats recyclés


Les granulats recyclés (gravier et sable) ont été obtenus par un concassage et criblage des
éprouvettes en béton autoplaçont (Figure 2.4). La composition d’un mètre cube de BAP est
de 741.60 kg de granulats, 925.70 kg de sable, 459.5 kg de ciment et de 8.25 kg en
superplastifiant. C’est un béton fluide présente un étalement de 623 mm de rapport E/C =
0.45 et qui présente une résistance en compression moyenne à 28 jours de 36.11 MPa.

Les éprouvettes ont été subir un concassage préliminaire qui a été fait manuellement, et un
concassage final (Figure 2.5) à l’aide d’un concasseur mécanique (Figure 2.6). Le matériau
concassé est passé à travers des tamis pour obtenir les différentes fractions de granulats
recyclés (Figure 2.7). Les courbes granulométrique sont présentées dans la Figure 2.2. La
caractérisation des granulats sont représentés dans le Tableau 2.3.

Tableau 2.3 : Caractéristiques physico-mécaniques des granulats utilisés

Sable Gravier
Caractéristiques physiques des
Naturel Recyclé Naturel Recyclé
granulats recyclés
0/5 0/5 3/8 8/15 3/8 8/15

Masse volumique apparente (ρapp)


1586 1392 1358 1422 1204 1219
(kg/m )

Masse volumique absolue (ρabs)


2500 2687 2727 2727 2675 2513
(kg/m )

Coefficient d’absorption (%) 1.3 7.80 1.1 1.1 6.60 4.60

Humidité (%) 0.8 3.30 0.8 0.8 3.14 3.30

Module de finesse 2.5 3.12 / / / /

Equivalent de sable visuel (%) 76.04 89.21 / / / /

Equivalent de sable au piston (%) 80.23 90.37 / / / /


53

Figure 2.4 : Les éprouvettes en béton autoplaçont.

Fabrication des éprouvettes

Concassage manuelle

Concassage mécanique
(concasseur)

Tamisage

Gravier 8/15 Gravier 3/8 Sable

Figure 2.5 : procédure de fabrication des granulats recyclés.


54

Figure 2.6 : Concasseur à mâchoire.

Figure 2.7 : Les granulats recyclés.


55

Les Figures 2.8 et 2.9 présente la différence entre les masses volumique apparente et
absolue des granulats naturels et recyclés. En comparant les masses volumiques (absolue et
apparente) des granulats naturels et des granulats recyclés, on remarque une chute de la
masse pour les trois fractions granulaires. Cette diminution est peut être due à la faible
densité de la pâte d’ancien mortier recouvrant le granulat. Des résultats similaires ont été
trouvés par [14, 16,17, 18].

Nturel Recyclé
1586
1600
Masse volumique apparente (kg

1550
1500
1450 1422
1392
1400 1358
/m3)

1350
1300
1250 1219 1204
1200
1150
1100
Gravier 8/15 Gravier 3/8 Sable

Figure 2.8 : Comparaison entre le Masse volumique apparente des granulats naturels et
recyclés.

Naturel Recyclé
2750 2727 2727
Masse volumique absolue (kg/m3)

2675 2687
2700
2650
2600
2550 2513
2500
2500
2450
2400
2350
Gravier 8/15 Gravier 3/8 Sable

Figure 2.9 : Comparaison entre la Masse volumique absolue des granulats naturels et
56

recyclés.
D’autre paramètres se diffèrent entre les granulats naturels et le recyclés. Le paramètre le
plus important est le coefficient d’absorption d’eau (Ab). La Figure 2.10 présente la
différence entre les coefficients d’absorption d’eau (Ab) des granulats naturels et recyclés.
On a remarqué un coefficient d’absorption d’eau élevé pour les granulats recyclés. Cette
remarque a été observée par [20, 14, 16, 19 et 32]. La différence entre les coefficients est
de l’ordre de 9 à 13 fois plus grand pour le gravier recyclé (3/8 et 8/15) et de 6 fois pour le
sable.

Naturel Recyclé
9
7,8
8
Coefficient d'absorption (%)

7 6,4
6
5 4,6
4
3
2 1,3
1,1 1,1
1
0
Gravier 8/15 Gravier 3/8 Sable

Figure 2.10 : Comparaison entre le coefficient d’absorption d’eau (Ab) des granulats
Naturels et recyclés.

2.2.4 L’eau de gâchage

Pour la confection des mortiers et bétons, nous avons utilisé de l’eau potable du robinet
exempte d’impuretés.

2.2.5 Le Superplastifiant

Un seul type d’adjuvant a été employé durant notre étude, un superplastifiant de haut
réducteur d’eau de la troisième génération. Ce superplastifiant est produit de Granitex et
commercialisé sous le nom de ‘MEDAFLOW 30’. Il est à base de polycarboxylates qui
fonctionnent par répulsion stérique, de densité 1.07 ± 0.01, le pH varie entre 6 à 6,5, la
teneur en ions chlorures inférieure ou égale à 1 N⁄O , et il possède30% d'extraits sec. La
plage d’utilisation recommandée varie de 0,5 à 2,0 % du poids du ciment soit 0,5 à 1,85
57

litre pour 100 kg de ciment selon la fluidité et les performances recherchées. Il se


caractérise par sa grande durée de rhéologie et de sa résistance à la ségrégation. Ces
caractéristiques nous ont permis de réaliser tous les essais préconisés pour les BAP à l’état
frais sans utiliser de retardateur de prise ou d’agent de viscosité.

2.3 Formulations adoptées

La formulation du béton consiste à définir le mélange optimal des différents granulats dont
on dispose, ainsi que le dosage en ciment, en eau et en adjuvant, afin de réaliser un béton
dont les qualités soient celles recherchées.

La plupart des formulations de BAP sont conçues actuellement de manière empirie que, et
on doit concilier deux caractéristiques à priori contradictoires la fluidité et la stabilité
(résistance à la ségrégation et au ressuage). Par conséquent, les BAP doivent satisfaire
plusieurs tests, qui permettent de caractériser les principales propriétés du BAP à l’état
frais : la mobilité en milieu confiné, la mobilité en milieu non confiné, et la stabilité et ce
contrairement aux méthodes classiques de formulation, qui ne considèrent généralement
que l’affaissement et la résistance à la compression à 28 jours (comme critères de
caractérisation).

Boukandakdji [58] précise que la formulation du BAP requiert une étude précise
notamment dans le choix de ses constituants, et l’optimisation des paramètres influant en
particulier les rapports eau/liant (E/L), le rapport sable/mortier (S/M), et la variation du
rapport superplastifiant/Liant (Sp/L).

Nous avons confectionné nos mélanges selon la formulation proposée par le japonais
Okamura avec quelques modifications concernant la sélection de la quantité de sable dans
le mortier, le rapport eau/liant ainsi que le rapport superplastifiant/liant. Ces derniers ont
été évalués expérimentalement de manière à avoir des valeurs de l'étalement au cône
d'Abrams et du temps d'écoulement au V-Funnel acceptables. Pour la sélection des
quantités d'air et de graviers, la méthode Okamura a été maintenue.

2.3.1 Formulation du Mortier

Dans le BAP, la phase du mortier fournit la lubrification entre les particules des gros
granulats, et la stabilité globale du béton. Les propriétés du mortier sont semblables à celle
du BAP lui-même, c'est-à-dire un faible seuil de cisaillement pour assurer l’écoulement
58

sous le seul effet de la gravité et une viscosité plastique suffisante afin d’assurer le non
ségrégation du béton durant l’écoulement.

Des tests sur les mortiers sont réalisés car :

• Le BAP à un volume en gros granulats moins important que le béton ordinaire, et


donc les propriétés du mortier sont dominants ;
• L’évaluation des propriétés du mortier est une partie intégrale de la formation des
BAP, et donc la connaissance des propriétés du mortier est utile ;
• Tester un mortier est beaucoup plus commode que tester un béton.

Pour la formulation les bétons autoplaçants, nous avons suivi les mêmes principes de
formulations utilisés par Boukendakdji [58].En se basant sur les résultats trouvés dans ces
travaux concernant l’optimisation du rapport sable/mortier, nous avons fixé : le rapport
Sable/Mortier à 0,50, le rapport E/C à 0,40 tout en faisant varier le rapport
superplastifiant/poudre (Sp/P). Pour chaque dosage de superplastifiant, des mesures
d’étalement et du temps d’écoulement ont été effectués sur leurs mortiers correspondants.

La sélection du rapport Sp/L est ajustée par l’essai d’étalement, dont le diamètre de la
galette de mortier de référence obtenu doit être compris entre 270 mm ≤ d ≤ 330 mm, et
par l’essai de l’entonnoir en V (V-funnel), dont le temps d’écoulement obtenu doit être
compris entre 2 sec ≤ t ≤ 10 sec [70].

2.3.1.1 Confection des mortiers

Pour la confection du mortier, les proportions du mélange (ciment, sable, eau et


superplastifiant) ont été calculées selon une méthode donnée en annexe A.

Plusieurs auteurs décrivez la méthode de malaxage dans le but de couvrir la surface de tous
les agrégats par la pâte de ciment et d’assurer le mélange le plus homogène possible des
différents constituants. Dans nos essais nous avons opté pour la proposition de Domone et
Jin [71] qui s’articulé sur les étapes suivantes (Figure 2.11) :

♦ Malaxer à sec le ciment et le sable pendant environ une (1) minute afin
d’homogénéiser le mélange (on a utilisé un malaxeur à mortier de capacité de 5
litres) (Figure 2.12) ;
♦ Malaxer pendant une (1) minute avec la première quantité d’eau (Eau1 = 70%
Eau) ;
59

♦ Malaxer pendant une (1) minute avec le restant de l’eau de gâchage (Eau2 = 30%
Eau) mélangé avec le superplastifiant ;
♦ Malaxer le mélange pendant 3 minutes.

Figure 2.11 : Séquence de malaxage du mortier [60].

Figure 2.12 : Malaxeur à mortier.

2.3.2 Formulation du BAP de Référence

Les essais effectués sur mortier est une étape indispensable car elle permet de fixer les
rapports E/L (eau/liant), S/M (sable/mortier) ainsi que Sp/L (superplastifiant/liant) qui
facilité par la suite la formulation du BAP de Référence.

Par la même procédure d’exécution de la méthode générale, on formule le BAP de


référence en se basant sur les résultats d’optimisation de mortier. Si nécessaire le rapport
Sp/L sera ajusté afin d’obtenir un bon étalement sans ségrégation ni ressuage.

Les différentes proportions ont été calculées selon la procédure donnée en annexe B.
60

2.3.2.1 Confection des BAP

Les mélanges ont été confectionnés dans un malaxeur à béton d’une capacité de 40 litres
(Figure 2.13).

Figure 2.13 : Malaxeur pour béton.

Pour notre cas, la séquence suivie est celle décrite dans la Figure 2.14 ; elle suit les étapes
suivantes :
♦ Calculer l'eau efficace que l'on introduit dans le malaxeur en prenant en compte la
teneur en eau et l'absorption des granulats ainsi que l'eau contenue dans l'adjuvant.
La quantité d'eau efficace est donnée par la formule suivante :
Eeff = Etotale - Eteneur en eau - Eadjuvant + Eabsorbée par granulats (annexe B) ;
♦ Calculer les proportions du ciment, sable, gravier 3/8, gravier 8/15 et
superplastifiant (voir annexe B) ;
♦ Malaxer le sable, ciment, laitier et gravier (3/8 et 8/15) pendant 30 secondes pour
homogénéiser le mélange ;
♦ Ajouter pendant 1 minute la première quantité d’eau (Eau1 = 70% Eau) ;
61

♦ Ajouter le superplastifiant dilué dans le restant de l’eau de gâchage (Eau2 = 30%


Eau) ;
♦ Malaxer pendant 5 minutes ;
♦ Arrêter le malaxeur et laisser le mélange au repos pendant 2 minutes ;
♦ Remalaxer pendant 30 secondes.

Figure 2.14 : Séquence de malaxage du béton autoplaçant [60].

Cette séquence de malaxage est la même pour tous les mélange de bétons. En ce qui
concerne le re-malaxage il se fait juste avant chaque essai.

2.4 Essais de caractérisations technologiques des BAP

Il n’existe pas d’essai standard, bien définie pour s’assurer qu’un béton est effectivement
autoplaçant. En effet, le comportement spécifique des BAP à l’état frais rend quasi
inadaptés la plupart des essais classiques sur les bétons traditionnels. Les essais au
maniabilimétre ne sont pas possibles en l’absence de vibration et l’essai classique
d’affaissement au cône d’Abrams est inopérant. C’est pourquoi les chercheurs et les
industriels ont développé toute une série d’essais plus ou moins complémentaires, mais
dont l’interprétation reste bien souvent subjective et dépendante de l’opérateur.
62

2.4.1 Essais relatifs au Mortier à l'état frais

2.4.1.1 Essai d'Etalement au Mini-Cône

L’essai d’étalement consiste à remplir un moule tronconique placé sur une surface
horizontale lisse, le diamètre d’étalement du mortier est mesuré suivant deux directions
perpendiculaire, la moyenne est retenu. La tendance à la ségrégation et au ressuage peut
être détectée visuellement, le sable doit être réparti uniformément et aucune concentration
ou séparation de fines ne devrait apparaître sur les bords de la galette. La Figure 2.15
montre le dispositif de l’essai d’étalement pour les mortiers.

Figure 2.15 : Essai d’Etalement pour Mortier.

2.4.1.2 Essai à l'entonnoir en V (V-Funnel test)

Dans l’essai de l’entonnoir en V (V-funnel), l’entonnoir est rempli de 1.1 litre de mortier,
et le temps d’écoulement est calculé entre l’instant de l’ouverture de l’orifice de
l’entonnoir et l’instant de l’apparition de la première lumière en regardant verticalement
vers le bas de l’entonnoir (Figure 2.16). Au cours de l’essai le mortier doit s’écouler avec
une vitesse constante ; un simple changement de vitesse de l’écoulement est un signe de
blocage, donc de ségrégation dans le mortier.
63

Figure 2.16 : Essai à l’Entonnoir en V pour Mortier.

Des essais réalisés avec des matériaux Japonais ont montreque l’obtention simultanée
d’une valeur d’étalement comprise entre 250 et 280 mm et un temps d’écoulement compris
entre 6 et 10 sec produisent un bon BAP [58]. Des essais sur des matériaux Anglais, a
suggéré une valeur d’étalement minimale de 300 mm et un temps d’écoulement compris
entre 2 et 10 sec [58].

2.4.2 Essais relatifs au BAP à l'état frais

Pour accorder les deux caractéristiques contradictoires de BAP c'est-à-dire la fluidité et la


ségrégation, nous avons procédé à un certain nombre d’essais qui sont recommandés par
(AFGC) [61] qui permettent de caractériser les principales propriétés du BAP à l’état frais.
Les recommandations nationales (AFGC) prévoient de caractériser les BAP à l’état frais en
prenant en compte les trois caractéristiques principales demandées :

• la mobilité en milieu non confiné, décrit par l’essai d’étalement et le V-Funnel ;


• la mobilité en milieu confiné, décrit par la boite en L et en U ;
• la stabilité c'est-à-dire la résistance à la ségrégation et au ressuage.

2.4.2.1 Essai d'étalementau cône d’Abrams (Flow test)

L’essai d’étalement est réalisé à l’aide du cône d’Abrams (Figure 2.17). Ce dernier est un
moule en métal non directement attaquable par la pâte de ciment, d’une épaisseur
64

minimum de 1,5 mm. La paroi intérieure du moule lisse et de forme d’un tronc de cône
creux, dont le diamètre de base inférieur est de 200 ± 2 mm et le diamètre de base
supérieur est de 100 ± 2 mm. Il a une hauteur de 300 ± 2 mm.

Figure 2.17 : Essai d’étalement au cône d’Abrams (slump flow) [62].

On remplit le cône de l’échantillon de béton à tester, puis on soulève le cône lentement


pour permettre au béton de s’étaler. Cette opération de soulèvement du cône doit durer 5
secondes environ. On mesure ensuite la taille de la galette de béton obtenue (Figure 2.18).
Sa dimension correspond à la moyenne de deux diamètres mesurés. A cause de la nature
visqueuse du BAP, les lectures des mesures d'étalement doivent se faire après stabilité de
la galette, soit environ 60 secondes après soulèvement du cône [63].

Figure 2.18 : Mesure du diamètre d’étalement.


65

D’après AFGC [61], les valeurs d’étalement au cône d’Abrams acceptables pour un BAP
sont généralement fixées dans la fourchette de 600 à 750 mm (pas de ségrégation visible en
fin d’essai c'est-à-dire pas d’amoncellement de gros granulats ni d’auréole de laitance).
Selon EFNARC [64], la mesure de l'étalement au cône d'Abrams, peut être divisée en trois
(03) classes. Le Tableau 2.4 définit ces trois classes selon le domaine d'utilisation du BAP
:

Tableau 2.4 : Classification des BAP selon domaine d’utilisation [64].

Classe Etalement (en mm) Domaine d’utilisation de BAP

• structures nom ou peu ferraillées. béton coulé à


partir du haut (ex. les dalles).
• coulage par système de pompage du BAP
SF1 550 – 650 (ex. tunnels).
• petites sections (ex. les piles et les fondations
profondes).

SF2 660 – 750 • La majorité des applications.

• applications verticales.
• structures trop ferraillées.
SF3 760 – 850 • coulage à partir du dessous du coffrage.
• structures de forme complexe.

La classe SF3 est typiquement produite avec les petites dimensions maximales de
granulats ( < 16 mm), et donne généralement une meilleure finition de surface que la
classe SF2, mais la résistance à la ségrégation est difficile à contrôler.

Lors de l’essai d’étalement, on mesura le T temps d’écoulement, c’est le temps


nécessaire à l’obtention d’une galette de 50 cm de diamètre. Cette dernière valeur donne
une indication sur la viscosité du matériau et peut donner aussi des informations
concernant l’uniformité et la résistance à la ségrégation du mélange. Pour des BAP cette
valeur est, généralement, comprise entre 2 et 5 secondes [74].

2.4.2.2 Essai à l'Entonnoir en V (V-Funnel test)

D’autres essais permettent d’évaluer la mobilité du béton en milieu non confiné comme
66

celui de l’entonnoir en forme de V funnel (Figure 2.19) développépar Okamura et Ozawa


en 1995 [12].

On remplit l’entonnoir de béton de capacité de 12 litres, puis on laisse reposer pendant


1 minute. L’essai consiste à observer l’écoulement du béton à travers l’entonnoir et à
mesurer le temps d’écoulement entre le moment où la trappe est libre et le moment où on
aperçoit le jour par l’orifice.

Figure 2.19 : Dispositif de l’essai d’entonnoir en V (V-Funnel).

L’essai de l’entonnoir en V nous enseigne sur la stabilité, ainsi que sur la viscosité du
mélange étudié. S’il y a de la ségrégation, on observera un amoncellement de granulats au
goulot de l’entonnoir, ou si le mélange est trop visqueux, le temps d’écoulement du béton à
travers l’entonnoir sera plus important.

Selon EFNARC [64] le temps d’écoulement du béton autoplaçant à l’entonnoir doit être
compris entre 6 et 12 secondes pour obtenir un béton de viscosité suffisante. Et à partir de
ce dernier ces spécifications EFNARC [64] ont définies deux classes de viscosité qui sont
:
• VF1 si le temps d’écoulement t est inférieur à 8 s. Cette classe correspond
à R ≤ 2 T.
67

• VF2 pour un temps d’écoulement compris entre 9 et 25 s. Cette classe correspond


àR > 2T.

2.4.2.3 Essai à la boite en L (L-Box test)

D’autres essais permettent d’évaluer la mobilité du béton en milieu confiné comme l’essai
de la boîte en L (Figure 2.20). Ce test permet de caractériser la viscosité du mélange, de
plus la présence de barres simulant des armatures d’un coffrage renseigne sur la capacité
de remplissage du mélange. On place le béton dans la partie verticale de la boite environ
13 litres. Après arasement, on laisse le béton se reposer pendant une minute. Puis on lève
la trappe et on laisse le béton s’écoule dans la
partie horizontale de la boite à travers le
ferraillage.

Figure 2.20 : Essai de la boîte en L [64].

Les paramètres suivants peuvent être mesurés :


le temps d’écoulement du béton T* pour arriver à la distance 200 mm (dans la partie
horizontale),
le temps d’écoulement du béton T pour arriver à la distance 400 mm (dans la partie
horizontale),
68

une fois l’écoulement du béton achevé, on mesure les hauteurs H1 et H2 et on


exprime en terme de taux de remplissage H* / H qui renseigne sur la capacité du
BAP à cheminer en milieu confiné.

Lorsque le béton s’écoule mal à travers le ferraillage et qu’il se produit un amoncellement


de granulats en aval de la grille, c’est le signe d’un problème de blocage ou de ségrégation.
Si, par contre, on observe une bonne distribution des gros granulats tout au long de la
partie horizontale du L, on pourra dire que ce béton est homogène.

Pour que le BAP soit accepté, le taux de remplissage de la boîte en L (rapport des hauteurs
H2/H1) doit être supérieur à 0,8 [9]. Les temps d’écoulement peuvent aussi être mesurés
pour apprécier la viscosité du béton. Certains auteurs recommandent des valeurs
inférieures à 1.5 secondes pour T20 et inférieures à 3.5 secondes pour T40 afin de rester
dans un domaine autoplaçant [62].

2.4.2.4 Essai de résistance à la ségrégation par tamisage

Cet essai permet de caractériser l’amplitude du BAP à rester homogéne après sa mise en
place et jusqu’au début de prise (Figure 2.21). Le BAP doit demeurer stable sous l’effet
de la gravité et ne doit pas présenter des signes de ressuage. L’essai de stabilité au tamis
est proposé dans les reccommandations provisoires de l’Association Francaise de Génie
Civil [66]. Ilconsiste à prélever une quantité de béton frais(4.8 ± 0.2 ZN) d’un échantillon
de 10 litres mis au repos pendant 15 minutes, de la déverser sur un tamis de maille 5 mm
avec une hauteur de chute de 50 cm et après 2 minutes d’attente, le pourcentage de
laitance qui traverse le tamis est calculé selon l’expression suivant :

P]C^_C`ab
∏= × 100
PéadC`_^]]e`
69

Figure 2.21 : Essai de résistance à la ségrégation au tamis.

Les critères d’acceptabilité d’une formulation de BAP sont divisés en trois classes :

0 ≤ ∏ ≤ 15% : la stabilité est satisfaisante,


15 ≤ ∏ ≤ 30% : la stabilité est critique,
∏ > 30% : la stabilité est très mauvaise.
2.5 Démoulage et conservation des éprouvettes

Les différents types de bétons sont tous fabriqués dans l’environnement de laboratoire.
Juste après la confection, toutes les éprouvettes ont été couvertes afin d’éviter les risques
d’évaporation excessive et le retrait plastique. Après 24 heures de la confection, les
éprouvettes ont été démoulées et conservées selon deux modes différents : l’eau et l’air
libre d’un climat chaud (Figure 2.22). Les échantillons conservés dans l’eau ont été séchés
à l'atmosphère de laboratoire pendant 24 heures avant l’âge d’essai.
70

Figure 2.22 : les éprouvettes dans l’eau de laboratoire.

Les éprouvettes confectionnées sont au nombre total de 36, réparties selon l’âge (7, 28 et
56,90jours) et selon l’environnement de conservation comme le présente le tableau2.5.

Tableau 2.5 :Répartition du nombre d’éprouvettes confectionnées

Nombre des éprouvettes confectionnées

Module de Age
convection
(Jours) 100% GN 50%GR 100%GR

7 3 3 3

Eau de 28 3 3 3
laboratoire
56 3 3 3

90 3 3 3
71

2.5.1 Résistance mécanique à la compression

La qualité du béton est généralement caractérisée par la mesure de la résistance à la


compression. L’importance de cette grandeur en termes de qualité du béton est reliée
directement à la composition de la pâte de ciment.
L’essai de résistance à la compression a effectué sur une presse de capacité de 3000 kN
(Figure 2.23), conformément à la norme NF P 18-406 [67], la vitesse de chargement est de
0.5 kN/s.
La résistance en compression des bétons est mesurée sur des éprouvettes cubiques
100x100x100 mm3 pour chaque mélange du béton à l’âge de 7, 28 et 90 jours

Figure 2.23 : Dispositif de l’essai de compression simple.

3.5.2 Les essais non destructives

3.5.2.1 Scléromètre (marteau de rebondissement de Schmidt)


a-Principe fondamental
Le scléromètre est principalement un appareil de contrôle de la dureté d’une surface de
béton durci(Figure 2.24). Il travaille sur le principe que le rebondissement d'une masse
élastique dépend de la dureté de la surface. Plus la distance de rebondissement est grande,
plus la surface essayée est dure. Il y a peu de rapport théorique apparent entre la résistance
du béton et l’indice de rebondissement du marteau. Cependant, avec des limites, des
corrélations empiriques ont été établies entre les propriétés de résistance et l’indice de
rebondissement [68].
72

Figure 2.24 :Appareil du scléromètre utilisé.

b-Procédé de mesure
La lecture est très sensible aux variations locales dans le béton, particulièrement à la
présence immédiatement de gros granulats et des vides sous la tige lors de l’essai. Il est
donc nécessaire de prendre 10 à 12 mesures par zone et de trouver leur moyenne exprimée
sous forme de nombre entier [69, 70]. En éliminant les lectures différentes de la valeur
médiane de plus de six unités et ensuite on détermine la moyenne pour le reste. Si plus de
20% de l’ensemble des lectures diffèrent de la valeur médiane de plus de six unités,
l’ensemble des lectures doit être écarté. Il est recommandé de définir sur la surface à
essayer des zones d’environ 300 mm x 300 mm, et de tracer un quadrillage de 25 mm à 50
mm de côté, et de considérer les intersections de ces lignes comme points d’impact de la
tige de percussion. La distance minimale entre deux essais de choc étant de 25 mm et
aucun essai ne doit être réalisé à moins de 25 mm du bord de la surface testée [70, 71].
Les éléments de béton soumis à l'essai doivent avoir une épaisseur minimale de 100 mm et
être encastrés dans une structure. Des corps d'épreuve de dimensions plus réduites peuvent
être testés à condition qu’ils soient fermement maintenus [70, 71]. La surface à essayer
doit être lisse, propre et sèche. Si la surface est rugueuse, il devrait être lissé par ponçage
avec une pierre abrasive(Figure 2.25). Toute trace d’humidité constatée à la surface,
peinture ou enduit adhérent susceptible de fausser les mesures doivent être éliminées. Il
convient d'éviter les zones présentant des nids de cailloux, des écaillages, des parties
73

ébréchées, une texture grossière, une porosité élevée ou un enrobage moins de 20 mm


d’épaisseur [71, 72]. Lors de l’essai chaque empreinte laissée sur la surface doit être
examiné, et si le choc provoque l'écrasement ou la perforation d'une surface proche d'un
vide d'air, le résultat ne doit pas être pris en considération [70, 71]. L’appareil peut être
effectué à la position horizontale, verticale vers le haut ou vers le bas(Figure 2.25), ou à
n'importe quel angle intermédiaire, à condition que le marteau soit fermement maintenu de
manière à permettre à la tige de frapper perpendiculairement la surface d’essai. Il convient
d'utiliser le scléromètre dans une température ambiante comprise entre 10 et 35 °C [70].

Figure 2.25 : Scléromètre en cours d’utilisation.

3.5.2.2 Ultrason (Essai de la vitesse d’impulsion ultrasonique)


a. Principe fondamental
Cet essai est une méthode de détermination de la vitesse de propagation des ondes
ultrasoniques longitudinales dans le béton durci. Elle consiste à mesurer le temps de
propagation entre deux points désignés sur la surface de l’objet à essayer. En sachant la
longueur du parcours entre ces deux points, alors la vitesse d’impulsion peut être
déterminée. Une vitesse élevée de propagation des impulsions indique généralement un
béton de bonne qualité comme il a été décrit dans le tableau 2.6 [73, 74].

Tableau 2.6 :Relation générale entre la qualité du béton et la vitesse d’impulsion [73]
74

b. Procédé de mesure
L'opération est relativement simple mais exige un grand soin afin d’obtenir des résultats
fiables. Il doit assurer un bon accouplement acoustique entre la surface du béton et la face
du transducteur, en utilisant un produit de couplage tel que la vaseline, le savon liquide ou
la graisse pour éliminer complètement les poches d'air. Il est important que cette couche de
séparation doive être mince autant que possible. Pour les surfaces lisses, il convient
d’appliquer sur elle une couche mince de la vaseline ou le savon liquide(Figure 2.26), mais
une graisse plus épaisse est recommandée pour les surfaces qui n'ont pas été coulées contre
des surfaces lisses d’un coffrage. Si la surface du béton est très rugueuse et irrégulière, il
convient de la polir et de l’égaliser par ponçage ou à l’aide d’une résine époxy à prise
rapide. Il est recommandé d’appuyer fermement les faces des transducteurs contre les
surfaces du béton jusqu’à la stabilité du temps affiché. Il est également important que les
lectures soient répétées par le déplacement et la réapplication des transducteurs jusqu’à
l’obtention d’une valeur minimale du temps mesuré, avec une attention spéciale à
l'élimination de n'importe quelle autre source de vibration, même de manière légère,
pendant l'essai [72, 75, 76]. Pour la longueur de parcours, il doit mesurer la distance à ligne
directe entre les centres des faces des transducteurs avec une précision de 0.5 % de la
distance (Figure 2.27).De même que le temps de passage soit enregistré avec une précision
de 0.5 % du temps. Le résultat ainsi obtenu de la vitesse de propagation du son doit être
exprimé à 10 m/s près [75, 76].
75

Figure 2.26 : Appareil de l’ultrason utilisé.

Figure 2.27 : Ultrason en cours d’utilisation.

3.5.3 Perméabilité à l’eau

Les essais de perméabilité à l’eau ont été effectués selon la norme DIN 1048 [77]. Cet
76

essai permet de mesurer sur des éprouvettes cubiques de dimension 150 mm, la profondeur
de pénétration d’eau sous un gradient de pression de 5 bars pendant une période de 72h ± 2
(Figue 2.28). L’essai a été réalisé à l’âge de 28 jours sur des éprouvettes conservées dans
deux différents modes de cure. La pression est appliquée sur la surface inférieure au centre
d’éprouvette. Après 72 heures de l’application de la pression, les spécimens sont ensuite
divisés en deux parties par le biais de l’essai de traction par fendage (essai Brésilien,
Figure 2.29). A l’aide d’un pied à coulisse, la profondeur de pénétration de l’eau en
hauteur est mesurée (Figure 2.30).

Figure 2.28 : Essai de perméabilité à l’eau.


77

Figure 2.29 : Essai Brésilien.

Figure 2.30 : Mesure de la profondeur de pénétration d’eau.


78

2.6 Récapitulatif du programme des essais réalisés

Dans cette section, nous résumons le programme expérimental réalisé et les variables
étudiés, deux types de mortiers, un à base de sable naturel et le deuxième à base de sable
recyclé. L’objectif des essais sur mortier est d’optimiser le dosage en superplastifiant afin
d’obtenir un bon mortier autoplaçant. La procédure consiste à faire en fixant le rapport
sable/mortier S/M = 0,50, le rapport E/C = 0,40 et varier le pourcentage en Sp de 1,20 à
2,0% jusqu’à avoir l’étalement et le temps d’écoulement souhaité, sans la présence de
ressuage. Le dosage de Sp optimisé sur mortier sera adopté pour béton. Trois bétons de
référence seront réalisés à base de granulats naturels, 50 et 100% granulats recyclés et sans
ajout afin de connaitre l’effet des granulats recyclés seules sur la rhéologie du béton.
79

Essai préliminaires sur mortier (étalement, temps d’écoulement) avec : S/M = 0.50, E/C = 0.40

Mortier avec sable naturel Mortier avec sable recyclé

Variation de dosage en Sp de 1.2 à 2%

Essai d’étalement au mini cône Essai d’entonnoir en V

Optimisation de dosage en Sp (%)

Fabrication du béton avec le dosage Sp optimisé (Sp = 1.8%)

Essai sur BAP à l’état frais

Variation du taux de substitution de GN par GR : 0, 50, 100%

Essais Rhéologiques

Ségrégation par tamisage Essai d’étalement Essai L Box Essai V Funnel

Essais sur BAP à l’état durci

Résistance à la compression Les essais non destructifs


Perméabilité à l’eau

Scléromètre

Figure 2.31 : Diagramme des essais réalisés sur le mortier et le béton à l’état frais et l’état
Durci.
80

CHAPITRE III

RESULTATS EXPERIMENTAUX ET DISCUSSION


81

CHAPITRE 3
RESULTATS EXPERIMENTAUX ET DISCUSSION

3.1 Introduction
Dans ce chapitre on présentera les résultats des essais réalisés. Les essais réalisé sur
mortier à base de sable naturels et de sable recyclé sont présentés en premier afin
d’optimiser le dosage en superplastifiant pour un bon mortier autoplaçant. Ensuite on
exposera les essais sur les bétons de références à base de granulats naturels, 50 et 100%
granulats recyclés à l’état frais et durci.

3.2 Optimisation du Superplastifiant

Dans cette première étape on a varié le dosage en superplastifiant de 1,20% à 2,0% de


poids du ciment, avec un pas de 0,20 et on a réalisé les deux essais recommandés sur
mortier (étalement au mini cône et le V-funnel) cités dans le chapitre 2.
Les différentes compostions du mortier (naturel et recyclé) en fonction de dosage en
superplastifiant sont présentées dans les Tableaux 3.1 et 3.2

Tableau 3.1 :Composition de mortier à base de sable naturel

Compositions Unité MOR 1 MOR 2 MOR 3 MOR 4 MOR 5

Ciment kg/m3 892 892 892 892 892

Sable kg/m3 1604 1604 1604 1604 1604

Eau kg/m3 370 369 371 367 366

Superplastifiant kg/m3 11 12 14 16 18

Superplastifiant % 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0


82

Tableau 3.2 : Composition de mortier à base de sable recyclé

Compositions Unité MOR 1 MOR 2 MOR 3 MOR 4 MOR 5


Ciment kg/m3 892 892 892 892 892

Sable kg/m3 1543 1543 1543 1543 1543

Eau kg/m3 423 421 420 419 417

Superplastifiant kg/m3 11 12 14 16 18

Superplastifiant % 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

a- Etalement au mini-cône pour les mortiers

Les résultats d’étalement au mini-cône pour les mortiers en fonction du dosage en


superplastifiant sont illustrés sur la Figure 3.1

A partir de la Figure,on remarque que le mortier à base de sable naturel et le mortier à base
de sable recyclé ont un comportement similaire en fonction du dosage en super
plastifiant.Amina montre que l’étalement augmente avec l’augmentation de dosage en
superlastifiant pour les deux mortiers car le superlastifiant disperse les grains du ciment et
améliore la fluidité du mélange. Cependant, il faut noter que l’étalement du mortier recyclé
reste toujours supérieur par rapport à l’étalement du mortier naturel. A un dosage de
superlastifiant de à 2% l’étalement a été de 344.5mm et il a été accompagné d’un ressuage
(Figure 3.2). La quantité élevée des fines dans le sable recyclé qui provient de l’ancienne
pâte du ciment lors de concassage, et la quantité d’eau élevée en comparaison au mortier
naturel due au coefficient élevé d’absorption (7,80 pour le sable recyclé et 1,3 pour le sable
naturel) ont contribué à ce comportement.
83

mortier naturel mortier recyclé


400

350 344,5
Etalement (mm)

DMA
320,5 326 320
305 311 305
300
292

250 245

200 197,5

150
1,2 1,4 1,6 1,8 2
Dosage en superplastifiant (%)

Figure 3.1 : Etalement en fonction du dosage en superplastifiant.

Mortier recyclé Mortier naturel

Figure 3.2 : L’étalement du mortier (Sp/P = 2.0%).


84

b- Temps d'écoulement à l'entonnoir en V pour mortiers

Les résultats de l’effet des superplastifiants sur le temps d’écoulement sont illustrés sur la
Figure 3.3. Amina montre que le temps d’écoulement au V-funnel est inversement
proportionnel au dosage en superplastifiant, donc TVfunnel diminue de manière
remarquable quand le pourcentage de Sp varie entre 1,20% et 1,80%. On remarque aussi,
le temps d’écoulement à l’entonnoir en V du mortier à base de sable recyclé est supérieur à
celui du mortier à base de sable naturel pour le même pourcentage en superplastifiant ce
que signifie que la viscosité du mortier diminue en augmentant le dosage en Sp. Le
comportement des deux mortiers reste similaire en fonction de dosage en Sp.

mortier naturel mortier recyclé


12
10
10
8,5

8 7,4
T V-funnel (sec)

DMA
6,8
6
6 5,4
4,5 4,6
4,1 3,8
4

0
1,2 1,4 1,6 1,8 2
Dosage en superplastifiant (%)

Figure 3.3 : Temps d’écoulement à l’entonnoir en V (V-funnel).

Par conséquent, on a adopté un dosage en superplastifiantde 1,80% pour les deux mortiers
naturels et recyclé car avec ce pourcentage on a obtenu un bon mortier autoplaçant,
homogène sans ressuage (Figure 3.4). Pour ce dosage en Sp, l’étalement et le temps
d’écoulement à l’entonnoir en V ont été comme suit :
85

• Mortier naturel : D= 305 mm, T=6.8sec ;


• Mortier recyclé : D= 320.5mm et T=3.8 sec.
Ces valeurs satisfont les exigences normalisées :
• Diamètre d’étalement : 270 mm < D < 330 mm.
• Temps d’écoulement au V-funnel : 2 sec < T < 10 sec.

Mortier recyclé Mortier naturel

Figure 3.4 : L’étalement du mortier (Sp/P = 1,8%).

3.3 Effet du taux de substitution de granulats recyclés sur l’ouvrabilité des BAP

Il s’agit d’étudier l’effet de la substitution de granulats recyclés sur les différentes


propriétés des bétons autoplaçants à l’état frais conformément aux recommandations
AFGC [61], notamment la mobilité en milieu non confiné et confiné, ainsi que la stabilité
(la résistance à la ségrégation et au ressuage).A cet effet, nous avons tout d’abord formulé
un BAP de référence en s’appuyant sur les résultats d’optimisation obtenus sur le mortier,
où on a pu avoir le rapport superplastifiant/poudre (Sp/P) de 1,8%. Pour toutes les
compositions des bétons utilisés dans la présente travail, nous avons fixé le rapport S/M à
0,50, le rapport E/C à 0,40, et le rapport Sp/P à 1,8%.).Trois types de béton ontété étudiés,
un BAP nommé GN à base de 100% granulats naturels, un BAP nommé GN/GR avec un
86

pourcentage de 50% granulats recyclé et une troisième composition de BAP nommée GR à


base de 100% de granulats recyclés. Le Tableau 3.3 présente la composition des différents
BAP à base de granulats naturels et recyclés. Les résultats d’ouvrabilité obtenus pour les
trois BAP sont regroupés dans le Tableau 3.3.

Tableau 3.3 : Composition des BAP étudiés

BAP GN BAP GR BAP GN/GR

Unité
Naturel recyclé Naturel recyclé

Ciment kg/m3 492 492

Gravier (3/8) kg/m3 245 245 122.5 122.5

Gravier (8/15) kg/m3 490 460 245 230

Sable kg/m3 965 933 482.5 466.5

Eau kg/m3 198 197 197.5

Superplastifiant
kg/m3 7.91 8.85 8.3
87

Tableau 3.4 : Résultats d’essai d’ouvrabilité des BAP à l’état frais


BAP 0% R BAP 50% R BAP 100% R
Essai Temps d’Ecoulement 2,67 2,40 3,18
d’Etalemen T50 (sec)
t Etalement S (mm) 750 735 765
Essai V- Temps d’Ecoulement 6.3 7.4 9.12
Funnel (sec)
Essai de Laitance passant à 8.05 8,47 10,24
ségrégation travers le Tamis (%)
sur Tamis
de 5 mm
Essai L-Box Rapport des Hauteurs 0,80 0,85 0,91
(H2/H1)
T20(sec) 2,05 1,60 1,63
T40(sec) 2,11 3,97 4,82

Les essais de caractérisation de ces bétons ont été effectués selon les procédures décrites
par les guides Européens du BAP [66], dont les valeurs limites sont données dans le
Tableau 3.5.

Tableau 3.5 : Valeurs préconisées pour les essais (EFNARC) du BAP


Essai Unité Valeurs limites

Essai d’Etalement Etalement S mm 550 - 850


Temps d’Ecoulement T50 sec 2-5
Essai V-Funnel Temps d’Ecoulement sec 6 -12
Essai de ségrégation Laitance passant à travers le Tamis % 0 - 15

Essai L-Box Rapport des Hauteurs (H2/H1) / 0,8 - 1


T20 sec /
T40 sec /

(/) Ne sont pas mentionnés.


88

3.3.1 Mesures d’étalement et du temps T50 au cône d'Abrams

Cet essai nous permet de tester la déformation du béton sous l’effet de son poids propre au
milieu libre. La Figure 3.5 présente les diamètres d’étalement au cône d’Abrams pour les
différents BAP.

Etalement (mm) Temps d'écoulement T50 (sec)

785 6
782

Temps d'écoulement T50 (sec)


780
Etalement (mm)

5
775
775

770 4

765 764
3
3,18
760
2,67
755 2,4 2
BAP GN BAP GN/GR BAP GR

Figure 3.5 : Diamètre d’étalement et temps d’écoulement T50au cône d’Abrams des BAP.

On remarque que le diamètre d’étalement du BAP à base de 100% granulats recyclés est
supérieur par rapport aux diamètres de BAP GN ainsi qu’au BAP à base de 50% granulats
recyclés. BENHOUNA et al [34] ont étudié l’effet des granulats recyclés sur l’écoulement
en milieu non confiné. Ils ont constaté que les fines ayant une influence significative sur
l’étalement du béton avec 100% de granulats naturels qui contient 22,5% de fines recyclés
présentent un bon étalement sans ségrégation et sans ressuage et avec un temps
d’écoulement T50 inférieur à 5 secondes.D’autre part, KOUetPOON [35]ont constaté que
l’étalement d’un BAP des granulats recyclés augmente avec l’augmentation de la quantité
des granulats fins recyclés, l’étalement minimal est de 760mm et le rapport de blocage
varie entre 0,85 et 0,94.De plus, GRDICetal [23], ont trouvé que l’étalement des BAP
avec 50 et 100% granulats recyclés (gravier) est très comparable à l’étalement du BAP à
base de granulats naturels.
89

D’aprés la Figure 3.5 on remarque que le temps d’écoulement T50 pour les trois bétons est
inférieur à la limite maximale toléréede 5 secondes pour les BAP. On remarque aussi que
le BAP à base de granulats naturels représente le T50 les plus petites 2,67 secondes suivies
de BAP (GN/GR) et le BAP (GR) avec un T50 égal à 3,23 et 3,29 secondes respectivement.
GRDIC et al [23] ont trouvé un T50 quidépasse les 5 secondes pour les trois types des
bétons, mais les valeurs restent très comparables.

3.3.2 Mesure du temps d'écoulement par l'essai d'entonnoir en V (V-Funnel)

Cet essai permet d’évaluer la capacité du passage du béton au milieu confiné et il nous
donnera une idée sur la ségrégation. La Figure 3.6 donne les valeurs du temps
d’écoulement à l’entonnoir en V pour les trois compositions du béton. Le temps
d’écoulement àl’entonnoir en V reste comparable pour le BAP GN et le BAP GN/GR, par
contre le temps d’écoulement est supérieur pour le BAP à base des granulats recyclés, sans
blocage à signaler au niveau de l’orifice. Donc, on peut dire que la viscosité des BAP
étudiés est plus au moins identique. Les trois valeurs de Tv restent inférieures à la limite
maximale qui est égale à 10secondes.

10

VS2
Temps d'écoulemnt Tv (sec)

6
Classe de viscosité
9,12
VS1

4
7,4
6,3
2

0
BAP GN BAP GN/GR BAP GR

Figure 3.6 : Temps d’écoulement à l’entonnoir en V de BAP.


90

3.3.3 Mesures du rapport H2/H1, les temps d’écoulement T20 et T40 de l’essai de la boîte en
L (L-Box)

Dans cette partie, nous avons étudié le comportement des bétons BAP à l’écoulement dans
un milieu confiné qui est traduit par l’essai de la boite en L- Box. La caractéristique de
l’essai est qu’il donne une bonne appréciation sur les trois capacités, de remplissage, de
passage et de la résistance à la ségrégation. En plus, l’aspect rhéologique est exprimé par
l’analyse des temps d’écoulement T20 et T40 de la même boîte.

a- Mesure le rapport H2/H1

Les résultats de rapport H2/H1 en fonction des granulats recyclés obtenus par l’essai L-Box
sont présentés sur la Figure 3.7. On remarque que tous les mélanges donnent des taux de
remplissage qui s’inscrivent dans le domaine des BAP.

100
90

Domaine des BAP


Rapport H2/H1 (%)

80
70
60
50
91
40 80 85

30
20
10
0
BAP GN BAP GN/GR BAP GR

Figure 3.7 : Rapport H2/H1 de l’essai à la boite en L de BAP.

On observe que le rapport H2/H1 dépasse 80% pour les trois BAP avec un léger blocage
au niveau des armatures pour le BAP à base des granulats recyclés. Des résultats similaires
ont été rapportés par GRDIC et al [23], avec un taux de remplissage de 94% pour un BAP
à base de granulats naturels et un taux de 95% et 98% pour le BAP à base de50% et 100%
91

de granulats recyclés.
b- Mesure du temps d’écoulement T20 et T40

La Figure3.8 montre les variations des temps d’écoulement T20 et T40pour arriver à la
distance de 20 et 40 cm, respectivement, de la boite en L en fonction de taux de
substitution de granulats naturels par granulats recyclés.

T 20 T40
3,5
2,96
3
2,51
Temps d'écoulement

2,5 2,35

2
1,41
1,5 1,32
1,12
1

0,5

Figure 3.8 : Temps d’écoulementT20et T40 en fonction des granulats recyclés.

D’après la figure on remarque que le temps d’écoulement T20 et T40 dépassentla limite
maximale recommandée 1,50 sec pour T20 et 3.50 pour T40.

3.4.6 Mesure de résistance à la ségrégation par tamisage

L’objectif de cet essai est d’évaluer la capacité du BAP à rester homogène après la mise en
place (absence de chute verticale des gros granulats) jusqu’au début de prise : c’est la
résistance à la ségrégation statique. Figure 3.9 montre les résultats des pourcentages de
laitance passant à travers un tamis de 5 mm pour déterminer le degré de ségrégation
statique des mélanges en fonction des granulats recyclés.
92

20
Laitance passant à travers le

Domaine des BAP


15
tamis (%)

10

5 10,24
8,05 8,47

0
BAP GN BAP GN/GR BAP GR
Figure 3.9 : Résistance à la ségrégation par tamisage en fonction des granulats recyclés.

On constate que l’instabilité du béton augmente avec l’augmentation des granulats recyclés
de l’ordre de 5.21 % pour le BAP GN/GR et 27.2 % pour le BAP GR par rapport au BAP à
base de granulats recyclé. Grdicet al[23], ont constaté que le BAP à base de granulats
naturels est moins stable vis-à-vis de la ségrégation par rapport aux BAP avec 50 et 100%
granulats recyclés.

3.4 Effet du taux de substitution de granulats recyclés sur les BAP à l'état durci

L’objectif de ce travail est de présenter les résultats obtenus expérimentalement sur l'effet
des granulats recyclés sur les propriétés mécaniques et durabilité du BAP.
Les résultats obtenus, lors des essais destructifs et non destructifs à différents âges, sont
présentés dans le tableau 3.6.
93

Tableau 3.6 : Résultas des essais destructifs et non destructifs sur les BAP
Béton utilisé BAP GN BAP GN/GR BAP GR

Age Epr VU Ind.R. Resist. VU Ind.R. Resist. VU Ind.R. Resist.


(km/s) (MPa) (km/s) (MPa) (km/s) (MPa)

7 1 5.95 22 35.65 5.13 20 33.89 4.22 19 30.07


Jours
2 5.92 21 37.18 4.37 21 31.41 4.56 18 31.05

3 5.90 23 36.84 3.94 22 32.57 3.19 20 32.44

28 1 6.31 30 39.72 6.27 28 33.92 4.67 23 32.85


Jours
2 6.47 28 37.95 6.23 27 34.23 5.81 22 33.62

3 6.54 29 38.36 6.19 29 35.79 4.56 24 34.71

56 1 6.91 39 39.47 6.03 32 37.96 6.02 25 35.90


Jours
2 6.85 38 40.81 6.97 31 38.53 5.92 27 36.39

3 6.88 36 41.19 6.99 33 39.41 5.75 26 37.72

3.4.1 Mesure l’indice de rebondissement :

La Figure 3.10 représente l’effet des granulats recyclés sur la variation de l’indice de
rebondissement à différentes âges (7, 28, et 56 jours).
94

40
7 Jours 28 Jours 56 Jours

Indice de rebondissement sur 35

30

25
éprouvette

20

15

10

0
BAP GN BAP GN/GR BAP GR

Figure 3.10 : l’effet des granulats recyclés sur l’indice de rebondissement.

On remarque une diminution de l’indice de rebondissement avec l’augmentation le


pourcentage des granulats recyclés et une amélioration en fonction de temps. Une
diminution à 7 jours de 4.55% et 9.09% le teneur de GR 50% et 100%.l’idice augmente
avec le temps, diminué de 3.45% et 15.79 pour BA/GR à 28 et 56 jours respectivement.

3.4.2 Mesure la vitesse ultrasonique :

La Figure 3.11 représente l’effet des granulats recyclés sur la vitesse d’ultrason en fonction
du temps.
95

7 jours 28 jours 56 jours


6880 6796
7000
Vitesse ultrasonique sur 6440
6500 6230

Excellente
5920 5897
6000
éprouvette (m/s)

5500 5013
5000 4540
4500
3990
4000
3500

Moyenne
3000
2500
BAP GN BAP GN/GR BAP GR

Figure 3.11 : la vitesse ultrasonique sur éprouvettes en fonction de temps.


On a observéque la qualité du BAP à base des granulats naturels et BAP GN/GR elle est
excellente, par contre le BAP à base des granulats recyclés elle est bonne à l’âge 7 jours. A
28 jours et 56 jours la qualité du béton elle est excellente pour les déférentes BAP.
La Figure 3.11 montre la variation de la vitesse ultrasonique en fonction des granulats
recyclés à différents âges. Une diminution de la vitesse ultrasonique avec l’augmentation
de la quantité de GR à tous les âges. En effet, à 7 jours et en chiffres, cette diminution
équivaut à 23.31%, 32.60%, respectivement pour des taux de substitution du BAP par du
GR de 50% et 100%. La diminution de la vitesse ultrasonique est dans le cas des âges
avancés (28 et 56 jours après malaxage), en comparant les vitesses ultrasoniques pour les
deux pourcentages en GR ,50% et 100, on remarque que la diminution à 56 jours était de
3.26% et de 22.16% pour BAP GN/GR et BAP GR de l’ordre. Une diminution de 1.22 et
14.29% pour le BAP GN/GR et BAP GR respectivement.

3.4.3 Résistance à la compression


La Figure 3.12 montre la variation de la résistance à la compression en fonction du taux de
substitution des granulats naturels par granulats recyclés à différents âges.
96

50
7 Jours 28 Jours 56 Jours
43,88
45 42,65 42,05
Résistance à la compression (MPa) 38,68
40
36,56
34,64 33,72
35 32,62
31,18
30

25

20

15

10

0
BAP GN BAP GN/GR BAP GR

Figure 3.12: Variation de la Résistance à la Compression en fonction du Temps.

On a remarqué une diminution de la résistance à la compression avec l’augmentation de la


quantité de granulats recyclés dans le mélange est observée à tous les âges (7,28 et 56
jours). En effet, à 28 jours et en chiffres, cette diminution équivaut à 10.78% et
14.71%respectivement pour des taux de substitution du BAP par du GR de 50%, et 100%.
Néanmoins on remarque que la diminution de la résistance à la compression est moins
importante dans le cas des âges avancés (56 et 90 jours après malaxage), en comparant les
résistances à la compression pour les deux teneurs en GR, 0 et 50%, on remarque que la
différence à 28 jours était de 3.94 MPa, pour diminuer à 1.86 à 56 jours, soit une
diminution de 4.59%.
Plusieurs études montrent que la résistance à la compression des bétons fabriqués avec des
granulats recyclés peut être de 5 à 40 % plus faible que celle d’un béton formulé avec des
granulats naturels. Grdic ,[34] , al [35]et d’autre chercheurs, ont montré que la qualité des
granulats recyclés a un effet direct sur la résistance à la compression ainsi que la
substitution de 50% et 100% de gravier naturel par un gravier recyclé réduit la résistance
de 3,88% et de 8,55% respectivement. La résistance à la compression pour un BAP
contenant des granulats recyclés et sans les cendres volantes diminue avec l’augmentation
97

des granulats fins recyclés. La résistance à la compression a été atteinte avec un taux de
substitution de 25-50% de sable de rivière par un sable recyclé.

3.4.4 La perméabilité à l’eau

Les résultats de la perméabilité à l’eau des BAP sont représentés dans la Figure 3.13 à
28jours.

80
69,8
Profondeur de pénétration d'eau

70

60 57,4

50 44,7

40

30

20

10

0
BAP GN BAP GN/GR BAP GR

Figure 3.13 :La profondeur de pénétration d’eau des BAP.

La Figure 3.13 montre que la profondeur de pénétration de l’eau des BAP augmente
avecl’augmentation des granulats recyclés. La profondeur de la perméabilité à l’eau
dépend le pourcentage des granulats recyclés, plus le pourcentage est grand plus la
profondeur de pénétration de l’eau dans le béton est grande.Rasheeduzzafar et
al[57],montre que pour des faibles valeurs du rapport E/C, la perméabilité des bétons
recyclés est supérieure à celles des bétons conventionnels.
98

CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES


99

3.5 Conclusion générale


D’après les résultats obtenus de cette partie d’étude, on peut tirer les conclusions
suivantes :
L'utilisation de la méthode Okamura pouvait être utilisée avec les matériaux
locaux avec quelques modifications.

En utilisant le superplastifiant à base de polycarboxylates qui fonctionnent par


répulsion stérique, le pourcentage optimal Sp/L à utiliser dans les mélanges de
béton est de 1,8%.
La substitution des granulats naturels pardes granulats recyclés améliore
l’ouvrabilité de béton.
le BAP à base de granulats naturels représente le T50 les plus petites que BAP
(GN/GR) et le BAP (GR).
L’instabilité du béton augmente avec l’augmentation des granulats recyclés de
l’ordre de 5.21% pour le BAP GN/GR et 27.2% pour le BAP GR par rapport à
BAP GN.

Le seuil de cisaillement et la viscosité plastique sont inversement proportionnels


à Le pourcentage des granulats recyclés, quand le pourcentage augmente les
propriétés rhéologiques des BAP diminuent et inversement.

La vitesse ultrasonique pour les BAP GN, GN/GR et GR à l’âge 28 jour est
supérieure à 4500m/s alors la qualité du BAP est excellente.

La résistance à la compression diminuée avec l’augmentation de la quantité des


granulats recyclés.
la profondeur de pénétration de l’eau des BAP augmente avecl’augmentation
des granulats recyclés de 22.13% pour BPA GN/GR et de 35.96% pour BAP
GRpar rapport à BAP GN.

PERSPECTIVES
Les travaux réalisés dans le cadre de ce mémoire ont été limités à étudier les performances
du BAP à base de granulats recyclés à l’état frais et durci. D’autres aspects restent à
aborder, nous recommandons ce qui suit pour les futures études :
100

• Etudier un BAP à base de granulats recyclés avec des pourcentages varié (25% et
75%) ;
• Etudier un BAP à base de granulats recyclés et avec un pourcentage varié des
ajouts ;
• Utiliser des ajouts minéraux tels que les fillers calcaire ou les fumées de silice dans
la formulation du BAP.
101

RÉFÉRENCES
102

RÉFÉRENCES

[1] Okamura. H, and M. Ouchi, «Self Compacting Concrete: Development, present use
and future», In self-compacting concrete: Proceedings of the first international
RILEM symposium, A. Skrendahl, and O. Petersson, Eds. RILEM Publications,
Cachan, France, 1999.

[2] Ozawa. K, et al. «Development of high performance concrete based on the


durability design of concrete structures», Proceedings of the second East-Asia and
Pacific Conference on Structural Engineering and Construction (EASEC), Vol.1,
pp 445-450, January, 1989.

[3] Okamura. H, Ozawa. K. «Self-compactable high performance concrete in Japan »


ACI International Workshop on high Performance Concrete, Bangkok, Thailand,
(1994).

[5] Okamura H., and Ouchi M., 2003, ‘Self compacting concrete’, Journal of advanced
Concrete Technology, vol. 1, n°1, pp. 5-15.

[6] Sedran T., 1999, ‘Rhéologie et Rhéomètre des bétons. Application aux BAP’,
Thèse de Doctorat, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées.

[7] Turcry P., 2004, ‘Retrait et Fissuration des Bétons Autoplaçants Influence de la
Formulation ’, Thèse de Doctorat, Ecole Centrale de Nantes.

[8] Persson B., 2003, ‘Sulphate resistance of self-compacting concrete’, Cement and
Concrete Research, vol.33, pp.1933-1938.

[9] Khayat K., 1999, ‘Les Bétons Autonivelants, Les Bétons : Bases et données pour
leur Formulation’, Association technique de l’industrie des liants hydrauliques,
sous la direction de J. Baron et J-P. Ollivier, Troisième ed, Eyrolles, Paris.

[10] Association Française de Génie Civil (AFGC), 2002, ‘Bétons Autoplaçants -


Recommandations provisoires’, Annales du bâtiment et des travaux publics.

[11] Bensebti S., 2008, ‘Formulation et Propriétés des Bétons Autoplaçants à Base de
Matériaux Locaux’, Thèse de Doctorat, Université Mentouri –Constantine. Algérie.
103

[12] Okamura H., and Ozawa K., 1995, ‘Self-Compacting high Performance Concrete
in Japan’, Second CANMET/ACI International Symposium on Advances In
Concrete Technology, Las Vegas, ACI, SP 159-2, pp 31- 44.

[13] Kenai S., 2010, ‘Cours de technologie du bétonpremière année Magister’,


Université Saad Dahlab Blida.

Ravindrarajah et al., 1985 Ravindrarajah R.S, Loo.Y.H. And Tam C.T, “Properties
[15] of concrete made with crushed concrete as coarse aggregates”, Magazine of
Concrete Research, vol.3, 1985.

[16] Debieb F., “Performance et durabilité du béton à base de granulats recycles


contaminés par les chlorures et les sulfates”, Thése de Doctorat de l’USTHB, 2007,
163 pages.

[17] Gasti T., « Caractérisations et formulation d’un béton compacté au rouleau à partir
de granulats recyclés », Mémoire de Magister de l’Université Yahia Fares –
Médéa, 2010, 112 pages.

[18] Pani L., Francesconi L. and Concu G., « Influence of replacement percentage of
recycled aggregate on recycled aggregate concrete properties », fib Symposium
PRAGUE 2011, pp.1-10.

[19] Hachana AK., Benaichi E., Mezguiche B. et Melles M., « Etude des bétons à base
des agrégats des déchets de démolition », Université Mohamed Khider Biskra,
2008.

[20] Berredjem L. et Arabi N., « Les matériaux de démolition une source de granulats
pour béton : Formulation et caractérisation d’un béton à base de ces recycles »,
SBEIDCO – 1st International Conference of Sustainable Built Environment
Infrastructure in Developing Countries ENSET Oran (Algeria), Octobre 12-14,
2009, pp. 255-262.

[21] Québaud, 1996 Québaud M., “Caractérisation des granulats recyclés-Etude de la


composition et du comportement de béton incluant ces granulats ”, Thèse de
doctorat, Université d’Artois, France, décembre 1996.
104

[22] Sánchez et al., 2004 M. Sánchez de Juan et P. Alaejos Gutierrez, "Influence of


attached mortar content on the properties of recycled concrete aggregate”, RILEM,
Actes du colloque Use of Recycled Materials in Building and Structures, 9-11
Novembre 2004, Barcelone, Espagne.

[23] Grdic Z.J., A. Toplilic-Curcic G., Despotovic I.M. and Ristic N.S., « Properties of
self-compacting concrete prepared with coarse recycled concrete aggregate »,
Construction and Building Materials, 2010, Vol. 24, pp. 1129-1133.

[24] Evangelista et al.,2004 Evangelista L., de Brito J. , Criteria for the use of fine
recycled concrete aggregates in concrete production”, RILEM, Actes du colloque
Use of Recycled Materials in Building and Structures, 9-11 Novembre 2004,
Barcelone, Espagne.

[25] Djerbi et al. 2010 Assia Djerbi, Tien Dung. Nguyen, Sandrine Ramanich,
Autogenous shrinkage of at very early Age: Effect of recycled aggregates, 3rd fib
International Congress – 2010.

[26] Angulo et al., 2010 S. C. Angulo, P. M. Carrijo, A. D. Figueiredo, A. P. Chaves et


V. M. John, On the classification of mixed construction and demolition waste
aggregate by porosity and its impact on the mechanical performance of concrete,
Materials and Structures (2010) 43: 519–528.

[27] Mahmoud, 2005 Mahmoud S., Classification of Recycled Sands and their
Applications as Fine Aggregates for Concrete and Bituminous Mixtures, Thèse de
doctorat, Université de Kassel, Allemagne, 2005.

[28] Tam, 2005 V.W.Y. Tam, New approach in measuring water absorption of recycled
aggregates, Construction and Building Materials, 2005 (35), pp. 1195-1203.

[29] Karthik, 2007 Karthik Obla, Crushed Returned Concrete as Aggregates for New
Concrete, Final Report to the RMC Research & Education Foundation Project 05-
13, September 2007.

[30] Katz, 2003 Katz, A., Properties of concrete made with recycled aggregate from
partially hydrated old concrete. Cement and Concrete Research, 2003. 33(5): p.
105

703-711.

[31] Kou et al., 2010 Kou, S.-C. and C.-S. Poon, Properties of concrete prepared with
PVA-impregnated recycled concrete aggregates. Cement and Concrete
Composites, 2010. 32(8) : pp. 649-654.

[32] Tu T-Y., Chen Y-Y. And Hwang C-L., “Properties of HPC with recycled
aggregates”, Cement and Concrete Research, 2006, Vol. 36, pp. 943-950.

[33] Hansen et al., 1985 Hansen T.C., Boegh E. “ Elasticity and drying shrinkage of
recycled aggregate concretes, ACI Journal, pp. 648-652, 1985.

[34] Benhouna M., Nezergui B. et Boudraa S., « Valorisation des granulats recycles
dans la formulation d’un béton autoplaçant », SBEIDCO – 1st International
Conference of Sustainable Built Environment Infrastructure in Developing
Countries ENSET Oran (Algeria) Octobre 12-14, 2009, pp. 295-301.

[35] Kou S.C. and Poon C.S.,”Properties of self-compacting concrete prepared with
coarse and fine recycled concrete aggregates”, Cement and Concrete Composites,
2009, Vol. 31, pp.622-627.

[36] Corinaldesi V. and Moriconi G., “Self compacting concrete: A great opportunity
for recycling materials”, International RILEM Conference on the Use of Recycled
Materials in Building and Structures, 8-11 November 2004, Spain, pp. 600-609.

[37] Chakradhara et al., 2011 Chakradhara R. M., Bhattacharyya S., and Barai S.,
Influence of field recycled coarse aggregate on properties of concrete, in Materials
and Structures. 2011, Springer Netherlands, p. 205-220.

[38] Kou S.C. and Poon C.S.,”Properties of self-compacting concrete prepared with
coarse and fine recycled concrete aggregates”, Cement and Concrete Composites,
2009, Vol. 31, pp.622-627.

[39] Casuccio et al., 2008 Casuccio M., Torrijos M.C., Giaccio G., Zerbino R.,” Failure
mechanism of recycled aggregate concrete” Construction and Building Materials
22 (2008) 1500–1506.

[40] González-F. et al., 2011 González-Fonteboa Belén , Martínez-Abella Fernando,


106

Carro López Diego, Seara-Paz Sindy “Stress–strain relationship in axial


compression for concrete using recycled saturated coarse aggregate », Construction
and Building Materials, 25 (2011), 2335–2342.

[41] Evangelista et al., 2007 Evangelista L. ,de Brito J. « Mechanical behaviour of


concrete made with fine recycled concrete aggregates » Cement & Concrete
Composites, 29 (2007) 397–401.

[42] Gomez-Soberon, 2002 Gomez-Soberon J.M.V., “Porosity of recycled concrete


with substitution of recycled concrete aggregate. An experimental study », Cement
and Concrete Research, 32 (2002), 1301– 1311.

[43] Corinaldesi et al., 2009 Corinaldesi V., Moriconi G., « Influence of mineral
additions on the performance of 100% recycled aggregate concrete », Construction
and Building Materials, 23 (2009), 2869–2876.

[44] Corinaldesi, 2010 Corinaldesi V., « Mechanical and elastic behaviour of concretes
made of recycled-concrete coarse aggregates » Construction and Building
Materials, 24 (2010) 1616–1620.

[45] Gonzalez-F. et al.,2008 Gonzalez-Fonteboa B., Martınez-Abella F.« Concretes


with aggregates from demolition waste and silica fume. Materials and mechanical
properties », Building and Environment, 43 (2008), 429–437.

[46] Xiao et al., 2006 Xiao, J.-Z., J.-B. Li, and C. Zhang, On relationships between the
mechanical properties of recycled aggregate concrete: An overview, in Materials
and Structures, 2006, Springer Netherlands, pp. 655-664.

[47] Achtemichuk et al., 2009 Achtemichuk S., Hubbard J., Sluce R., Shehata M. H.,
“The utilization of recycled concrete aggregate to produce controlled low-strength
materials without using Portland cement”, Cement & Concrete Composites 31
(2009), pp. 564–569.

[48] Yang et al., 2011 Yang, J., Q. Du, and Y. Bao, Concrete with recycled concrete
aggregate and crushed clay bricks, Construction and Building Materials, 2011.
25(4), pp. 1935-1945.
107

[49] Li, 2008 Li Xuping, « Recycling and reuse of waste concrete in China Part I.
Material behaviour of recycled aggregate concrete”, Resources, Conservation and
Recycling, 53 (2008), 36–44.

[50] Cusson et al., 2006 Cusson D., Hoogeveen T., “Preventing Autogenous Shrinkage
of High-Performance Concrete Structures by Internal Curing”, Measuring,
Monitoring and Modeling Concrete Properties, An International.

[51] Sato et al., 2007 Sato R., Maruyama I., Sogabe T. et al., “Flexural behavior of
reinforced recycled concrete beams”, Journal of Advanced Concrete Technology,
Vol. 5, pp. 43–61, 2007.

[52] Kim, 2009 Kim H., “Crushed Returned Concrete Aggregate in New Concrete:
Characterization, Performance, Modeling, Specification, and Application”, PhD
thesis, University of Maryland, College Park, 238 p., 2009

[53] Domingo-Cabo et al., 2009 Domingo-Cabo A., Lázaro C. , López-Gayarre F.,


Serrano-López M.A., Serna P., Castaño-Tabares J.O. “Creep and shrinkage of
recycled aggregate concrete”, Construction and Building Materials, 23 (2009)
2545–2553.

[54] Hasaba et al., 1981 Hasaba S., Kawamura M., Torril K. “ Drying shrinkage and
durability of concrete made of recycled concrete aggragates, Japan concrete
institute , 3, pp.55-60, 1981.

[55] Evangelista et al., 2010 Evangelista L., De Brito J., Durability performance of
concrete made with fine recycled concrete aggregates, Cement and Concrete
Composites, 32, 9-14, 2010.

[56] De Brito et al., 2010 De Brito J. et Alves F., (2010) Concrete with recycled
aggregates: the Portuguese experimental research. RILEM.

[57] Rasheeduzzafar et al., 1984 Rasheeduzzafar, Khan A. (1984) Recycled concrete – a


source of new aggregate. Cement, Concrete and Aggragates (ASTM), 6, No 1, pp.
17-27, 1984.

[58] Boukendakdji O., 2010, ‘Etude de l’influence des paramètres de formulation sur
les propriétés d’un béton autoplaçant : optimisation des conditions opératoires’,
108

Thèse de Doctorat, Département de Génie Civil, Université de Saad Dahleb,


Algérie.

[59] Domone P.L.J., and Jin J., 1999, ‘Properties of mortar for self-compacting
concrete’, Proceeding of RILEM International Symposium on self-compacting
concrete, Stockholm, RILEM Proceeding PRO 7, pp.109 - 120.

[60] Chabi S., 2004, ‘Etude de l’influence des additions minérales actives sur le
comportement mécanique des ciments et mortiers’, N° 5, pp. 3-8.

[61] Association Française de Génie Civil (AFGC), 2002, ‘Bétons Autoplaçants -


Recommandations provisoires’, Annales du bâtiment et des travaux publics.

[62] De Schutter G., 2005, ‘Guidelines for testing fresh self-compacting concrete’,
European Research project: Measurement of properties of fresh self-compacting
concrete, Growth Contract No. GRD2-2000-30024, pp. 23.

[63] Soneb M., and Bartos P.J.M., 2002, ‘Filling ability and plastic settlement of self –
compacting concrete’ Materials and Structures, vol 3, pp. 462 – 469.

[64] EFNARC, 2005, ‘The European guidelines for Self -Compacting Concrete ’, The
European Federation of Specialist Construction Chemicals and Concrete Systems.
WWW.efnarc.org.

[65] Menai Khaled., 1995, ‘Etude de l’Effet d’Ajout Chimiques et Minéraux sur la
Maniabilité, la Stabilité et les Performances des Bétons Autonivelants’, Mémoire
de Maitrise des Sciences Appliquées, Spécialité : Génie Civil, Université de
Sherbrooke, Canada.

[66] Toutou Z., 2002, ‘Rhéologie et formulation des géo-suspensions concentrées :


évaluation des conditions d’extrudabilité’, Thèse de Doctorat de INSA- Rennes,
pp. 221.

[67] Norme française, P 18-406., «Béton-essai de compression», AFNOR, Paris, 1981.

[68] A. N. Bin Ibrahim, P. Bin Ismail, M. Forde, “Guidebook on non-destructive testing


of concrete structures“, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2002, 242p.
109

[69] Qasrawi, H. Y. “Concrete strength by combined nondestructive methods simply


and reliably predicted“, Cement and Concrete Research, Vol.30, 2000, pp.739-
746.

[70] NF EN 12504-2, “ Essais pour béton dans les structures. Partie 2 : Essais non
destructifs - Détermination de l'indice de rebondissement“, AFNOR, 2003, 9p.

[71] ASTM C805-02, “Standard test method for rebound number of hardened
concrete“, ASTM International, 2002, 3p.

[72] Bungey, J. H. S. G. Millard, “Testing of concrete in structures “, Chapman & Hall,


1996, 292p.

[73] Govind Khare, R. “Prediction of compressive strength of concrete by various


nondestructive tests methods“, Essar Engineering Center, Mumbai, 15p.

[74] Feidman, R. F. “Essais non destructifs du béton“, CBD-187-F, 2005, 6p.

[75] NF EN 12504-4, “ Essais pour béton dans les structures. Partie 4 : Détermination
de la vitesse de propagation du son“, AFNOR, 2005, 17p.

[76] ASTM C597-02, “Standard test method for pulse velocity through concrete “,
ASTM International, 2003, 4p.
110

ANNEXE A

EXEMPLE DE CALCUL DE LA COMPOSITION DU


MORTIER
111

ANNEXE B
EXEMPLE DE CALCUL DE LA COMPOSITION DU BETON

You might also like