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MEMOIRE DE MASTER
Par
BOUZIDA IBTISSEM
ABSTRACT
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.
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4
REMERCIEMENTS
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 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
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
Résumé .................................................................................................................................. 2
Remerciements....................................................................................................................... 4
b. Dureté .......................................................................................................................... 29
c. Absorption d’eau ........................................................................................................ 31
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
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
Figure 1.2 : Notion d'excès de pâte : la pâte remplit la porosité (1) et écarte-les 24
granulats (2)
Figure 1.8 : Effet des granulats fins recyclés sur le diamètre d’étalement d’un 36
BAP de 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 2.31 : 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
Tableau 3.6 : Résultats des essais destructifs et non destructifs sur les BAP 92
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.
CHAPITRE 1
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.
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
- 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 ;
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 :
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.
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
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.
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
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).
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.
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
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.
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.
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].
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 :
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 :
Le volume du sable est fixé à 40% du volume total de mortier pour assurer une
bonne ouvrabilité :
( )
= (1.2)
( )
L’eau, le superplastifiant et les fines sont ajustés pour les mortiers pour obtenir une
viscosité suffisante et une fluidité importante.
# = (1.4)
+
Avec : t le temps d’écoulement à l’entonnoir en V funnel exprimé en secondes.
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/,/
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].
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).
b. Dureté
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%.
Plusieurs chercheurs indiquent que la présence du mortier réduit la résistance aux chocs et
à l’usure[21,22].
31
c. Absorption d’eau
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
Absorption
(%) 0.5 1.91 7.09 0.73 0.46 6.25 5.36
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
Figure 1-9 : Comparaison entre le taux de remplissage des BAP ordinaires et recyclés
[34].
38
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.
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
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
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
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.
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.
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
CHAPITRE 2
2.1 Introduction
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.
2 jours 14,53
7 jours 31,10
28 jours 44,06
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.
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.
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.
Sable Gravier
Caractéristiques physiques des
Naturel Recyclé Naturel Recyclé
granulats recyclés
0/5 0/5 3/8 8/15 3/8 8/15
Concassage manuelle
Concassage mécanique
(concasseur)
Tamisage
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.
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
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.
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.
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].
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.
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.
Les différentes proportions ont été calculées selon la procédure donnée en annexe B.
60
Les mélanges ont été confectionnés dans un malaxeur à béton d’une capacité de 40 litres
(Figure 2.13).
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
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.
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
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.
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
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].
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.
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
:
• 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.
D’autres essais permettent d’évaluer la mobilité du béton en milieu non confiné comme
66
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
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.
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].
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
Les critères d’acceptabilité d’une formulation de BAP sont divisés en trois classes :
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
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.
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
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
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
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).
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
Essais Rhéologiques
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
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.
Superplastifiant kg/m3 11 12 14 16 18
Superplastifiant kg/m3 11 12 14 16 18
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
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 (%)
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.
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 (%)
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
3.3 Effet du taux de substitution de granulats recyclés sur l’ouvrabilité des BAP
Unité
Naturel recyclé Naturel recyclé
Superplastifiant
kg/m3 7.91 8.85 8.3
87
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.
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.
785 6
782
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.
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
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.
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
80
70
60
50
91
40 80 85
30
20
10
0
BAP GN BAP GN/GR BAP GR
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
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.
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
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
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
30
25
éprouvette
20
15
10
0
BAP GN BAP GN/GR BAP GR
La Figure 3.11 représente l’effet des granulats recyclés sur la vitesse d’ultrason en fonction
du temps.
95
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
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
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.
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
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
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.
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
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110
ANNEXE A
ANNEXE B
EXEMPLE DE CALCUL DE LA COMPOSITION DU BETON