TP - Liants Mineraux - Master Bba
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TP - Liants Mineraux - Master Bba
Messaoudene 2016/2017
TP Liants Minraux
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SOMMAIRE
CONSIGNES DIVERSES..........................................................................................................3
INTRODUCTION......................................................................................................................4
Conseils gnraux...5
Comptes rendus..5
T1 MESURE DE LA MASSE VOLUMIQUE APPARENTE DUN CIMENT......................7
T2 MESURE DE LA MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE DUN CIMENT.........................9
T3 MESURE DE LA SURFACE SPECIFIQUE PRATIQUE..............................................12
T4 TUDE DE LA CONSISTANCE DE PATES PURES DE CIMENT...............................21
T5 FABRICATION DES EPROUVETTES DE MORTIER Selon NF EN 196-1...................27
T6 TUDE DE LA PLASTICITE DES MORTIERS EN FONCTION DE LA
GRANULARITE, DU RAPPORT E/C ET DE LA CONCENTRATION EN
CIMENT.....................................................................................................................29
T7 RESISTANCE A LA FLEXION DES EPROUVETTES DE MORTIER Selon NF EN
196-1...........................................................................................................................33
T8 RESISTANCE A LA COMPRESSION DES EPROUVETTES DE MORTIER Selon NF
EN 196-1....................................................................................................................35
T9 MESURE DU RETRAIT SUR EPROUVETTES DE MORTIER selon la norme NF P
15-433.........................................................................................................................37
REFERENCES...39
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CONSIGNES DIVERSES
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INTRODUCTION
loccasion des travaux pratiques de matriaux, les tudiants de gnie civil prennent
contact avec les matriaux de construction les plus traditionnels. Le contenu de ces
TP donne une extension applique du cours de bton. Il fait galement appel
lesprit pratique et logique du manipulateur.
Paralllement la familiarisation avec les techniques de laboratoires, le manipulateur
doit se forger une certaine philosophie vis vis de la science des matriaux non
homognes.
Les travaux pratiques de Master1 regroupent 9 manipulations. Ces 9 manipulations
portent sur ltude du ciment, de la prise, de la maniabilit, de ltude des mortiers
(rsistances la flexion et la compression et mesure du retrait et du gonflement) :
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1 Conseils gnraux
Le bton tant un matriau htrogne, la dispersion des rsultats peut devenir trs
grande, par manque de soins et de rigueur.
La recherche de la limitation des erreurs doit constituer la ligne de conduite du
manipulateur. On peut ainsi citer quelques exemples:
2 Comptes rendus
Tous les TP font lobjet dun compte rendu. Les comptes rendus complets des
manipulations sont remis en fin de sance ou au dbut de la sance suivante et une
semaine au plus aprs le dernier TP.
Les tudiants veilleront conserver imprativement un double de leurs comptes
rendus. Cette copie est ncessaire pour complter les CR des manipulations
comportant des mesures ultrieures et pour permettre, ventuellement, de traiter les
prochains TP.
Chacun des comptes rendus des TP doit tre prcd, avant la sance de TP, par
une tude prparatoire tablie partir des donnes du cahier de TP, des TD et des
cours. Cette tude prparatoire contiendra tous les lments permettant dviter une
perte de temps pendant les manipulations:
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En fin de sance, il suffira de complter ce C.R. qui sera remis aux responsables des
TP en quittant le laboratoire.
Aucune fourniture de papeterie nest assure par le laboratoire. Lutilisation dun
cahier reli permet dviter la perte de tous documents ou mesures.
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1 But de la manipulation
La masse volumique apparente est la plus couramment utilise pour les matriaux
de manire gnrale. Pour les ciments, c'est le rapport entre la masse de ciment et
le volume apparent de l'ensemble des grains.
2 Appareillage
- un rcipient calibr
- une balance
3 Mode opratoire
4 Rsultats
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1 But de la manipulation
Cette grandeur est intressante pour les matriaux poreux. Pour y accder, il faut
broyer trs finement le matriau (cas du ciment) et mesurer la masse volumique
relle de la poudre obtenue. C'est le rapport de la masse du ciment sur le volume
rel auquel on a soustrait le volume des pores (ouverts et ferms).
2 Appareillage
Un volumnomtre Le Chatelier
Une balance.
Une spatule.
3 Mode opratoire
Utiliser cet effet l'entonnoir long col pour viter de mouiller les parois intrieures
du volumnomtre.
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4 Rsultats
Le rsultat de la mesure est vrifi par deux dterminations dont la moyenne est
considre comme la masse volumique.
Valeurs courantes
Selon leur nature, la masse volumique absolue des ciments est comprise entre 2,90
et 3,15 g/cm3.
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La surface spcifique dune poudre est par dfinition la somme des surfaces
dveloppes de tous les grains contenus dans une unit de masse de ce matriau
(et non pas dans une unit de volume, apparent, car les poudres tant
compactables, la grandeur obtenue ne serait pas invariante).
Cette notion de surface spcifique est importante car elle est relie aux phnomnes
intervenant dans les comportements physiques et chimiques des composs base
de ciment: cest par les surfaces que se commencent les ractions dhydratation, que
se font les liaisons lectrostatiques responsables en grande partie des
comportements rhologiques des suspensions. De plus, cest une grandeur qui
caractrise assez bien la finesse de mouture du ciment.
On peut distinguer trois types de surfaces spcifiques : celle relle qui tient compte
de la ralit exacte des grains; celle pratique qui, moyennant quelques
approximations, permet des calculs et des mesures, enfin celle thorique qui
assimile brutalement les grains des volumes gomtriques classiques. De ces trois
grandeurs, nous essayerons, de mesurer la plus usite: la surface spcifique
pratique laide de lappareil dsign sous le nom de Permabilimtre de Blaine,
reprsent dans les figures 3 et 4.
1 Principe de la mesure
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tube situe sous la cellule. Au dessus de M4 sont tracs trois autres repres qui, de
haut en bas, correspondent: pour M1 la hauteur maximum laquelle il faudra faire
monter le liquide (par aspiration dans une drivation obturable, sur le tube en (U),
pour M2 au repre servant dclencher la mesure du temps quand le niveau du
liquide lui concide, et pour M3 au repre qui permet larrt du chronomtre. La
disposition des repres permet de mesurer des phnomnes en rgime pseudo-
permanent et dobtenir des temps de mesures ni trop courts, ni trop grands.
Les traits de repres, le profil intrieur du tube en U, la qualit de papier filtre, la grille
et le liquide tant invariants, ces grandeurs pourront tre intgres dans une
constante propre lappareil. Ds lors, on peut relier la surface spcifique pratique
dune poudre au temps que met une certaine quantit dair pour traverser la couche
place dans une cellule, et ceci par relation :
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et que lon fasse une mesure laide dun ciment talon de surface spcifique S et de
masse volumique connues, on pourra alors, connatre la valeur de K qui servira ainsi
pour toutes les dterminations de surfaces spcifiques pratiques laide de cet
appareil. Ceci en supposant toujours que lon sache se servir de lappareil et mesurer
certaines grandeurs comme la porosit.
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On place dans la cellule et dans lordre suivant: la grille, une rondelle de papier filtre,
le liant, une seconde rondelle de papier filtre et la deuxime grille, enfin le piston en
le descendant doucement, puis en appuyant pour compacter le liant (il va de soi que
lon aura plac ni trop ni pas assez de liant) jusqu ce que lpaulement vienne en
contact avec le haut de la cellule. On retire lentement le piston, afin que la succion
ne modifie pas le volume apparent de la poudre.
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Ainsi, ayant dtermin le volume V il sera possible de raliser un lit de ciment talon
de porosit connue; ceci permettra de connatre la constante K de lappareil. Ds lors
on pourra dterminer la surface spcifique de tout autre ciment.
3 Manipulation
3.1 Dtermination du volume utile de la cellule
Deux mthodes existent: soit porosit constante, soit masse constante. Nous
oprerons selon la premire qui est la plus usite.
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- en utilisant la valeur de K;
cimentaires
Des essais de compression sur cube ont t effectus sur des mortiers normaliss
raliss avec deux ciments de mme composition chimique, mais de surface
spcifique diffrente (nergie de broyage diffrente). Le premier ciment a une
surface spcifique de 3000 cm2/g, le second de 4200 cm2/g. La rsistance 28 jours
du premier mortier (fabriqu avec le premier ciment) est 16 MPa. La rsistance 28
jours du second mortier est 34 MPa.
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En faisant trs attention, et en justifiant lestimation des incertitudes, on fera tous les
calculs derreurs. La conduite littrale de ces calculs sera mene son terme, avant
toute application numrique. La prsentation doit dtailler cette application
numrique. Un tableau vitera toute confusion.
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laiguille sera place en affleurement avec la pte pure (et non pas sur la pellicule
deau la recouvrant), lindication sera de 4 cm. Cette mise au zro devra tre vrifie
chaque opration. Pour la mesure, il faudra placer laiguille (ou la sonde), en
effleurement avec la pte puis lcher le coulisseau sans vitesse initiale; quand
lquipage mobile ne se dplace plus, la lecture donne alors lpaisseur de la pte
situe, sous laiguille (ou la sonde).
1.2 Manipulation
- Prparer dans la cuve dvier sur une hauteur de 0,20 m un bain 20 C pour la
conservation des prouvettes dans leur moule.
- On prparera, partir de 2,5 kg, de ciment une pte pure de rapport E/C gal
0,26, ceci permettra de prparer 5 moules. Pour acclrer les phnomnes, on
dissolvera dans leau de gche du chlorure de calcium (CaCl2) en prenant comme
poids de CaCl2 2% du poids deau calcul pour la gche. On versera leau avec
lacclrateur de prise dissous dans la cuve du malaxeur, contenant le ciment, on
dclenchera les deux chronomtres, (un pour la gche, un autre pour base du
temps, pour la manipulation) en mettant le malaxeur en marche, vitesse lente,
pendant 20 secondes, puis rapide pendant 1 min. On arrtera le mouvement pour
racler les parois et le fond de la cuve, laide du batteur, puis on reprendra le
malaxage rapide pendant 1 mn. On remplira sous vibration les 5 moules poss sur
des plaques plastiques, et on arasera laide dune truelle, en sappuyant sur le bord
du moule perpendiculairement la surface et en la dplaant dun mouvement de
sciage de faible amplitude, en partant approximativement dun diamtre du moule.
Faire une mesure avec le premier moule fini, en notant le temps coul depuis la
mise en contact du ciment et de leau. Immerger tous les moules dans le bac deau
20 C, en les protgeant par une plaque rigide.
Mesures
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infrieur et mesurer alors lenfoncement toutes les 10 min. Pour la sonde on piquera
au centre de lprouvette; pour les aiguilles suivantes ne pas les enfoncer aux
endroits dj explors. Entre deux mesures, on pourra effectuer une mesure pour la
seconde partie de la manipulation. Nettoyer la sonde ou laiguille aussitt aprs
chaque pntration.
K' = 3/4
=1
Dbut de prise
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Fin de prise
La fin de prise est dfinie par le temps mesur depuis le dbut du malaxage, jusqu
linstant o laiguille de Vicat (toujours monte sur son appareil), ne pntre plus qu
0,5 mm dans lchantillon en retournant lun des moules et en effectuant une
pntration avec laiguille suivant un intervalle de temps rgulier. Lessai peut se
terminer aprs la fin du TP. Dans ce cas revenir au cours de la journe pour
rcuprer les rsultats et nettoyer le dernier moule.
1.3 Remarques
Pour les essais sur mortier, le malaxage, le poids de lquipage mobile, la dfinition
du dbut de prise ne sont pas les mmes. Pour les ciments prise rapide, le temps
de malaxage est raccourci.
2.1 But
On dsire trouver la plage de Le Chatelier, qui est la zone des rapports E/C pour
lesquels la pte est dite normale. Une pte est normale si elle contient ni plus ni
moins que la quantit deau juste ncessaire son hydratation complte. Des
analyses chimiques, physico-chimiques et physiques, permettent de dterminer cette
quantit deau mais cela est long, onreux et de plus, aussi, relativement imprcis.
Aussi prend-on comme dfinition : la pte normale est celle, qui ds la confection de
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2.2 Manipulation
3 Comptes-rendus
Ils devront comporter les rsultats sous forme de tableaux, comprenant les units,
les graphes seront tracs avec les units employes. Pour le graphe de lvolution
de la consistance en fonction du temps, on prendra les chelles suivantes:
ordonnes: 1 cm pour 10000 dynes/cm2, abscisses: 1 cm pour 10 minutes. On
sabstiendra de fournir des chiffres significatifs superflus. Des conclusions devront
tre recherches.
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Lessai propos ici, dsire de former les tudiants bien comprendre et fabriquer les
mortiers afin dtudier toutes les proprits des ciments que ce soit physiques ou
mcaniques (rsistances la flexion et compression, retrait et gonflement).
2 Appareillage
Un malaxeur mortier
Un chronomtre
3 Mode opratoire
Verser leau (225g) dans le bol du malaxeur puis introduire le ciment (450 g)
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Oter la hausse
Enlever lexcs de mortier avec une rgle araser, lisser la surface des
prouvettes, et couvrir le moule dune plaque de verre.
Le moule et les prouvettes frachement ralises sera rang dans une armoire
humide.
Fig. 7: Matriel pour fabrication des mortiers (Un malaxeur mortier, moule pour
prouvettes 4x4x16 , hausse et raclette, machine chocs et chronomtre)
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1 But de la manipulation
la granularit du mlange;
le rapport E/C ;
la concentration du ciment
2 Appareillage
On utilisera donc un plasticimtre cubique, fix sur la table vibrante, et muni dune
trappe douverture situe la base de lune des faces du cube (figure 8).
Dans chacune de ces sries de mortiers, on fera varier le rapport E/C en changeant
le poids deau ajoute au mlange tout en gardant constant les poids des autres
composants.
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E/C Eau (g) Ciment (g) Granulats (g) Sable 0/4 (g) Sable 0/0,4 (g) Ciment (g/Litre)
0 900 2700
0 ,4 900 2700
0,45 900 2700
0,5 900 2700
0,6 900 2700
1 900 2700
Pour tudier linfluence du dosage en ciment, on ralisera les trois mortiers suivants :
Le ciment utilis a pour densit 3,1. En outre le sable et les fines employes ont pour
masse volumique relle 2,6 g/cm3 (vibr, le sable a pour masse volumique apparente
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1,7 g/cm3). Pour raliser ces diffrents mortiers, il est ncessaire de se conformer
aux instructions donnes au dbut de ce cahier de manipulations.
2.2 Expriences
Mme les compositions fort dosage en eau doivent tre vibres nergiquement.
Quand le plasticimtre est bien rempli, mettre la table vibrante en mouvement et
ouvrir la trappe de sortie, en dclenchant le chronomtre. On recueillera
soigneusement le mortier qui scoule pour le peser.
Arrter les mesures (temps et poids) quand un temps suffisant se sera coul.
Arrter, de toute faon avant que le dbit devienne irrgulier et au plus tard quand le
niveau du mortier sera descendu de 2 cm. La plasticit du mortier sera caractrise
par le dbit massique.
Remarques
- Pour les mesures sans eau, oprer avec un matriel parfaitement sec.
- Prparer toutes les doses deau ncessaires aux mesures, et procder par simples
additions deau au mme mortier.
- Entre deux mesures ne pas laver le matriel, se contenter dun grattage sommaire.
- Les pertes de matires solides et de leau (contacts manuels viter) sont rduire
au maximum.
- Chaque srie de mesures doit tre faite en moins de 30 minutes. Au-del, la prise
du ciment fausse les rsultats.
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3 Rsultats
Donner dans des tableaux les rsultats des diffrentes mesures. Exprimer les
concentrations en ciment en g/l de mlange. Commenter ces rsultats en les
analysants. Pour la bonne comprhension du phnomne on aura intrt mesurer
les dbits massiques extrmes (sans eau et avec large excs deau), ce qui permet
un trac harmonieux des courbes.
Fig. 8: Plasticimtre
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1 But de la manipulation
2 Appareillage
Une presse
Un bti de flexion
3 Mode opratoire
Placez lprouvette dans le dispositif de flexion avec une face latrale de moulage
sur les rouleaux dappui comme lindique la figure.
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Arrter la pompe
4 Rsultat
Rf = 1,5.Ff.l / b3
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1 But de la manipulation
2 Appareillage
Une presse
Un bti de compression
3 Mode opratoire
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Arrter la pompe
4 Rsultat
Rc = Fc/1600
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1 But de la manipulation
Il sagit dvaluer le retrait, et le gonflement que provoque le ciment tudi sur des
prouvettes de mortier.
2 Principe de lessai
3 Appareillage
Un malaxeur normalis.
Des moules quips de plots de retrait en laiton. Les plots sont visss au moule au
moment de la mise en place du mortier puis dsolidariss du moule avant le
dmoulage.
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4 Mode opratoire
Au moment de la mesure, le comparateur est mis au zro sur la tige talon en invar
de longueur L = 160 mm. Soit dl(t) la valeur lue sur le comparateur au temps t ;
lprouvette a une longueur au temps t considr :
L(t) = L + dl(t)
5 Rsultats
l(t) est obtenu en faisant la moyenne sur les 3 prouvettes issues du mme moule.
- Lorsque les prouvettes sont conserves dans lair l(t) est ngatif et lon
parle alors de retrait de lprouvette.
- Lorsque lprouvette est conserve dans leau, l(t) peut tre positif : il y a
alors gonflement de lprouvette.
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REFERENCES
NF EN 197-1 (P 15-101-1) : Ciment partie 1 : Composition, spcifications et critres de
conformit de ciments courants.
NF EN 934-2: Adjuvants pour bton, mortier et coulis partie 2 : Adjuvants pour bton-
Dfinitions, exigences, conformit, marquage et tiquetage.
NF EN 196-3 (P15-473) : Mthodes dessais des ciments partie 3 : Dtermination du
temps de prise et de la stabilit.
NF P15-433 : Mthodes dessais des ciments : Dtermination du retrait et du gonflement.
NF EN 933-1: Essais pour dterminer les caractristiques gomtriques des granulats
partie 1 : Dtermination de la granularit- Analyse granulomtrique par tamisage.
NF EN 933-8 : Essais pour dterminer les caractristiques gomtriques des granulats
partie 8 : Evaluation des fines- Equivalent de sable.
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