Matériaux de construction Les mortiers

1. Introduction :

Dans toute construction, il est indispensable de réunir entre eux les différents éléments (blocs
de béton, briques, éléments en béton préfabriqué, etc.) au moyen d’un mortier de ciment ou
d’autre liant qui a pour but de:

- Solidariser les éléments entre eux;

- Assurer la stabilité de l’ouvrage;
- Combler les interstices entre les blocs de construction.

Le mortier est obtenu par le mélange d’un liant (chaux ou ciment), de sable, d’eau et
éventuellement d’additions. Des compositions multiples de mortier peuvent être obtenues en
jouant sur les différents paramètres: liant (type et dosage), adjuvants et ajouts, dosage en eau. En
ce qui concerne le liant, tous les ciments et les chaux sont utilisables; leur choix et le dosage
sont fonction de l’ouvrage à réaliser et de son environnement.

La durée de malaxage doit être optimum, afin d’obtenir un mélange homogène et régulier.

Les mortiers peuvent être:

- Préparés sur le chantier en dosant et en mélangeant les différents constituants y compris

les adjuvants.
- Préparés sur le chantier à partir de mortiers industriels secs pré dosés et avant l’utilisation,
il suffit d’ajouter la quantité d’eau nécessaire.
- Livrés par une centrale: ce sont des mortiers prêts à l’emploi.

Les mortiers industriels se sont beaucoup développés ces dernières années; permettant
d’éviter le stockage et le mélange des constituants sur des chantiers.

2. Composition :

Le mortier est un des matériaux de construction, qui contient du ciment; de l’eau; du sable; des
adjuvants et éventuellement des additions. Ils peuvent être très différents les uns des autres selon
la nature et les pourcentages des constituants, le malaxage, la mise en œuvre et la cure.

Les mortiers sont constitués par des mélanges de:

- Liant (ciment ou chaux)

- Eau
- Sable
- Adjuvants

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2.1. Liants :

Généralement, on peut utiliser:

- Les ciments normalisés (gris ou blanc) ;

- Les ciments spéciaux (alumineux fondu, prompt, ..) ;
- Les liants à maçonner ;
- Les chaux hydrauliques naturelles ;
- Les chaux éteintes ;
2.2. Les sables :

Normalement, les sables utilisés sont les sables appelés “sable normalisé”. Les sables de bonne
granulométrie doivent contenir des grains fins, moyens et gros. Les grains fins se disposent dans
les intervalles entre les gros grains pour combler les vides. Ils jouent un rôle important: Ils
réduisent les variations volumiques, les chaleurs dégagées et même le prix. Les dosages se feront
en poids plutôt qu’en volume comme c’est souvent le cas, afin d’éviter les erreurs de dosage, par
suite de l’augmentation de volume de sable humide.

Ils peuvent être:

- Naturels et roulés (de rivières, de sablières, ..), de nature siliceuse ou silico-calcaire;

- Naturels concassés (roches de carrières), comme des basaltes, porphyres, quartzites. Ils
sont anguleux et durs.
- Spéciaux (lourds, réfractaires, légers) ;

Le diamètre maximum des grains de sable utilisés pour les mortiers est:

- Extra-fins: jusqu’à 0,8 mm (en tamis), soit 1 mm (en passoire) ;

- Fins: jusqu’à 1,6 mm ;
- Moyens: jusqu’à 3,15 mm ;
- Gros: jusqu’à 5 mm ;
2.3. Les adjuvants :

Les adjuvants sont des produits chimiques que l’on utilise dans le cas des bétons. Ils modifient
les propriétés des bétons et des mortiers auxquels ils sont ajoutés en faible proportion (environ de
5% du poids de ciment). Les mortiers peuvent comporter différents types d’adjuvants :

- Les plastifiants (réducteurs d’eau) ;

- Les entraîneurs d’air ;
- Les modificateurs de prise (retardateurs, accélérateurs) ;
- Les hydrofuges ;

Dans tous les cas des soins particuliers doivent être pris afin d’obtenir des mortiers sans
ressuage, homogènes d’une gâchée à l’autre.

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2.4. Les ajouts :

Les ajouts que l’on utilise dans les mortiers sont :

- Poudres fines pouzzolaniques (cendres, fumée de silice..) ;

- Fibres de différentes natures ;
- Colorants (naturels ou synthétiques) ;
- Polymères ;
3. Les différents types de mortier :

Dans les travaux publics on utilise différents types de mortier :

a) Les mortiers de ciment :

Les mortiers de ciments sont très résistants, prennent et durcissent rapidement. Le dosage du
rapport entre le ciment et le sable est en général volumétrique de 1:3 et le rapport de l’eau sur
ciment est environ 0,35. De plus, un dosage en ciment les rend pratiquement imperméables.

b) Les mortiers de chaux :

Les mortiers de chaux sont moins résistants par rapport aux mortiers de ciment (gras et
onctueux). La durée du durcissement des mortiers de chaux est plus lente que pour les mortiers
de ciments.

c) Les mortiers bâtards :

Ce sont les mortiers, dont le liant est le mélange de ciment et de chaux. Généralement, on
utilise la chaux et le ciment par parties égales, mais des fois on prend une quantité plus ou moins
grande de l’un ou l’autre suivant l’usage et la qualité recherchée.

3.1. Mortiers fabriqués sur chantier :

Ils sont préparés avec le ciment et le sable du chantier. Le ciment est un ciment courant CPA ou
CPJ et parfois des ciments spéciaux comme le ciment alumineux fondu.

On emploie également des chaux hydrauliques et parfois des liants à maçonner. Le sable est le
plus souvent roulé (nature silico-calcaires) parfois concassé et le gâchage s’effectue à la pelle ou à
l’aide d’une petite bétonnière. Ces mortiers ne sont donc pas très réguliers et les sables peuvent
être différents d’une livraison à l’autre, mais de toutes façons ils doivent être propre et de bonne
granulométrie.

Le sable est généralement dosé en poids (ce qui est préférable), soit en volume (cas des petits
chantiers). Dans ce dernier cas, il est très important de tenir compte du phénomène de
foisonnement des sables.

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3.2. Mortier industriel :

Ce sont des mortiers que l’on fabrique à partir de constituants secs, bien sélectionnés,
conditionnés en sacs, contrôlés en usine et parfaitement réguliers. Pour utiliser ce type de
mortiers, il suffit de mettre la quantité d’eau nécessaire et malaxer pour ensuite les mettre en
œuvre.

Les mortiers peuvent contenir des liants et des sables variés ainsi que certains adjuvants et
éventuellement des colorants.

Les fabricants de mortiers industriels proposent une gamme complète de produits répondant à
tous les besoins:

- Mortiers pour enduits de couleur et d’aspect varié ;

- Mortiers d’imperméabilisation ;
- Mortier d’isolation thermique ;
- Mortier de jointoiement ;
- Mortier de ragréage ;
- Mortier de scellement, mortier pour chapes ;
- Mortier -colle pour carrelages, sur fond de plâtre ou de ciment, etc. ;
- Mortier de réparation ;
4. Caractéristiques principales des mortiers :

Les caractéristiques principales des mortiers sont :

- Ouvrabilité ;
- Prise ;
- Résistances mécaniques ;
- Retraits et gonflements, etc.

Pour pouvoir évaluer les caractéristiques des mortiers on prend souvent comme référence le
mortier 1/3 composé en poids de: une partie de ciment et de 3 parties de sable normalisé dont les
grains s’échelonnent de 80 microns à 2 mm et passent dans un fuseau bien déterminé (fig.1) et
0,45 partie d’eau.

Ce mortier est malaxé et mis en place dans des moules métalliques suivant des méthodes
normalisées. On fait sur ce mortier des essais rhéologiques et éventuellement la prise et la chaleur
d’hydratation. Beaucoup d’essais de laboratoires se font sur les prismes de 4 x 4 x 16 cm
(résistances mécaniques, retrait, gonflement, absorption capillaire, résistances au gel et aux eaux
agressives).

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Figure 1 : Courbe granulométrique du sable normalisé selon les normes Afnor

4.1. Ouvrabilité :

L'ouvrabilité d'un mortier se mesure à l'aide de divers appareils. Les plus connus sont:

a) La table à secousses :

Le mortier, après avoir été mis en place et démoulé d'un moule tronconique, reçoit 15 chocs en
15 secondes. On mesure le diamètre de la galette ainsi obtenue. L'étalement en % est donné par la
formule :

Avec Dr = diamètre final et Di = diamètre initial.

Figure 2 : Table à secousses

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b) La maniabilité du LCPC :

Il est constitué d'un moule parallélépipédique comportant une paroi mobile et un vibrateur. Le
principe de l'essai consiste, après avoir enlevé la paroi mobile, à mesurer le temps mis par le
mortier sous vibrations pour atteindre un repère gravé sur la face intérieure du moule.

Figure 3 : Principe de fonctionnement de la maniabilité B

c) Le cône :

Dans le cas d'un mortier fluide, on peut mesurer le temps d'écoulement d'une certaine quantité
de mortier au travers d'un ajustage calibré situé à la partie inférieure d'un cône. Le cône peut aussi
être muni d'un vibrateur.

4.2. Prise :

Le temps de prise se mesure habituellement sur une pâte pure de ciment de consistance
normale (24 à 30% d'eau) et conformément à la norme concernée (à l'aide de l'appareil de Vicat).
Il est possible d'obtenir (hors norme) le temps de prise d'un mortier avec le même appareillage
mais en plaçant une surcharge de 700 grammes sur le plateau supérieur. Le poids de l'aiguille
pénétrant dans le mortier est de 1000 grammes. Le début de prise est l'instant où l'aiguille s'arrête
à 2,5 mm du fond (taille des plus gros grains de sable) et la fin de prise est l'instant où l'aiguille
s'arrête à 2,5 mm du niveau supérieur.

Figure 4 : Appareil de Vicat muni de l'aiguille avec une surcharge

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4.3. Résistances mécaniques :

Les essais sont souvent effectués sur les éprouvettes prismatiques de 4 x 4 x 16 cm conservés
dans l'eau à 20 °C.

Figure 5 : Moule pour moulage des éprouvettes de mortier

Les éprouvettes sont rompues en traction par flexion puis en compression. Les résistances,
aussi bien en traction par flexion qu'en compression, progressent à peu près comme logarithme
du temps (entre 1 et 28 jours).

Figure 6 : Dispositif pour l'essai de résistance à la flexion

Figure 7 : Dispositif de rupture en compression

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Les résistances des mortiers (comme dans le cas des bétons) dépendent de très nombreux
facteurs:

- Nature et dosage en ciment ;

- Rapport C/E ;
- Granulométrie et nature du sable ;
- Énergie de malaxage et mise en œuvre ;
- Protection les tous premiers jours ;
4.4. Retraits et gonflements :

Les retraits se mesurent sur des prismes 4 x 4 x 16 cm en mortier 1/3, munis de plots à leurs
extrémités et conservés, après démoulage, dans une enceinte à 20 °C et à 50 % d'humidité
relative. Ce retrait progresse à peu près comme le logarithme entre 1 et 28 jours.

Le mortier prend son retrait plus rapidement que la pâte pure. Le rapport du retrait de la pâte
pure sur le retrait du mortier croît avec le temps. Il est de l'ordre de 1,5 à 2,5 les premiers jours,
puis augmente pour atteindre 2,5 à 3,5 en un an. En moyenne, le retrait sur mortier est 2 à 3 fois
plus faible que celui de la pâte pure (avec le même ciment).

Le gonflement des mortiers (qui se produisent lorsqu'ils sont conservés dans l'eau) se mesure
sur les mêmes éprouvettes de 4 x 4 x 16 cm conservées dans l'eau à 20 °C. Ils sont en général assez
faibles (cas de ciment stable ayant une expansion aux aiguilles de le Chatelier inférieure sur pâte
pure à 10 mm).

Figure 8 : Appareillage pour la mesure du retrait

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