Concevoir et mettre en œuvre des bétons durables

Avant-propos

Voici déjà cinq ans que la 4ème édition de notre «Guide pratique» a été publiée. Cet ouvrage, largement utilisé dans la pratique et pour la formation, constitue désormais un standard unanimement reconnu. Cette 5ème édition a été fortement remaniée afin de prendre en compte les nouvelles connaissances, les résultats récents de la recherche ainsi que les changements normatifs. L’équipe de rédaction de Holcim (Suisse) SA a aussi profité de cette occasion pour ajouter de nouveaux chapitres. Ainsi, cette nouvelle édition, légèrement augmentée, intègre des indications relatives au béton léger, au béton de recyclage et au béton à haute résistance.

L’objectif de ce « Guide pratique du béton » est resté identique. Cet ouvrage constitue un outil de diffusion des connaissances afin de restituer à la pratique le savoir-faire et l’expérience pratique pour tout ce qui touche à la formulation, la production et la mise en œuvre du béton. En consignant par écrit les ficelles du métier, fruits de l’expérience quotidienne sur les chantiers et qui souvent ne sont transmises qu’oralement, ce « Guide pratique du béton » veut les rendre accessibles au plus grand nombre. Le « Guide pratique du béton » présente également de manière succincte des connaissances et règles de l’art à caractère plus général. Le lecteur intéressé à approfondir l’un ou l’autre thème trouvera dans la bibliographie donnée à la fin de l’ouvrage une liste de références utiles ainsi que les normes, directives et recommandations y relatives.

L’équipe du Product Management de Holcim (Suisse) SA a fourni un effort important pour adapter ce « Guide pratique du béton » aux conditions et développements actuels de la construction en béton. Si un cas particulier devait survenir et nécessiter une aide spécifique, nos collaborateurs du marketing et support technique se feront un plaisir de vous conseiller afin de trouver une solution sur mesure. Nous espérons que cette 5ème édition du « Guide pratique du béton » contribuera à la réalisation d’ouvrages en béton de qualité.

1- Les constituants du béton

1.1 Les ciments

Le ciment est un liant hydraulique. On entend par là une substance qui, mélangée à l’eau dite de gâchage, est capable de durcir aussi bien à l’air que sous l’eau. La pâte de ciment durcie est pourvue d’une résistance mécanique élevée et elle ne se dissout plus dans l’eau. Les ciments suisses doivent répondre aux exigences des normes SN EN 196 (Méthodes d’essai des ciments) et SN EN 197-1 (Composition, spécifications et critères de conformité des ciments courants). L’évaluation de la conformité des ciments aux normes précitées est réglée par la norme SN EN 197-2 (Évaluation de la conformité).

Depuis l’introduction de la norme européenne sur le ciment en Suisse, les ciments Portland composés et les ciments de haut-fourneau sont de plus en plus utilisés dans notre pays. Le recours plus fréquent à d’autres constituants principaux comme le calcaire, le schiste calciné, les cendres volantes ou le laitier lors de la fabrication du ciment comporte aussi des avantages. D’une part, cela permet au producteur de ciment de préserver ses réserves de matières premières et, d’autre part, la diminution de la part du clinker réduit les émissions de gaz carbonique. Par ailleurs, le développement de ciments des types CEM II et CEM III permet aux usagers d’optimiser les pro- priétés du béton en termes d’ouvrabilité, de chaleur d’hy- dratation, de durabilité, etc.

Historique

Dans l’Antiquité déjà, les Romains utilisaient un mortier hydraulique composé d’une chaux siliceuse additionnée de pouzzolanes ou de brique pilée. En y ajoutant des granulats appropriés, ils obtenaient l’Opus Caementitium ou «ciment romain» considéré comme le précurseur de notre béton et qui est à l’origine du mot « ciment ». En 1824, l’Anglais J. Aspdin élabora et breveta un produit proche du ciment obtenu par cuisson d’un mélange finement broyé de calcaire et d’argile. Ce liant permettait de confectionner un béton comparable à la pierre de Portland, une pierre calcaire très résistante extraite des carrières de l’île de Portland qui est couramment utilisée dans la construction en Angleterre. C’est pour cette raison qu’on l’appelle « ciment Portland ».

1.1.1 Fabrication

La fabrication du ciment Portland consiste à préparer un mélange de matières premières de granulométrie définie, à le cuire jusqu’au seuil de fusion et à broyer le produit de cette cuisson en une poudre fine et réactive : le ciment. Globalement, on distingue quatre étapes dans la fabrication du ciment.

Extraction et concassage des matières premières

Pour produire une tonne de ciment, il faut compter une tonne et demie de matières premières – calcaire et marne ou argile – qui libéreront à la cuisson de l’eau et du gaz carbonique. Dans la carrière même (fig. 1.1.1) la matière première est déjà concassée en morceaux de la grosseur du poing.

Mélange et réduction en farine crue

Lors de l’étape suivante, les différentes matières premières sont mélangées dans des proportions correspondant à la composition chimique optimum. Le moulin à meules (fig. 1.1.2), permet simultanément de réduire la matière en poudre fine et de la sécher. À la sortie, on obtient la farine crue, qui va être mélangée dans des silos d’homogénéisation pour garantir une composition uniforme.

Transformation de la farine crue en clinker

Le processus de cuisson – à une température d’environ 1450 °C – est l’opération principale de la fabrication du ciment. Avant de pénétrer dans le four rotatif (fig. 1.1.3), la farine crue passe dans les cyclones des échangeurs de chaleur où elle est préchauffée à 1000 °C environ. À la sortie du four, la matière se présente sous forme de clinker incandescent avant d’être rapidement refroidie à l’air.

On utilise comme combustible du charbon, de l’huile lourde ou du gaz naturel et, de manière de plus en plus importante, des combustibles de substitution tels que les pneus usagés ou les boues d’épuration séchées (voir à ce sujet la directive de l’OFEV « Elimination des déchets dans les cimenteries »).

Mouture du clinker, du gypse et d’autres constituants principaux Pour obtenir un matériau réactif approprié, le clinker est moulu dans une unité de broyage (fig. 1.1.4) avec une petite quantité de gypse (5% à 7%) qui fera office de régulateur de prise.

La finesse de la mouture influence considérablement la montée en résistance du ciment. Suivant le type de ciment à produire, on incorpore d’autres constituants principaux – calcaire, schiste calciné, fumée de silice, laitier de haut-fourneau, cendres volantes – au clinker lors de la mouture.

On obtient ainsi des ciments Portland composés et des ciments de haut-fourneau.

On peut aussi mélanger les ciments et les autres constituants principaux préalablement moulus dans une installation de mélange pour obtenir des ciments à propriétés particulières. Les constituants sont alors mélangés intensivement jusqu’à ce que le produit soit parfaitement homogène.

L’avantage de cette méthode est sa souplesse : elle permet en effet de produire à flux tendus des quantités variables de ciments à la carte, répondant aux exigences spécifiques du client (fig. 1.1.5).

Table de matières

1- Les constituants du béton

• 1.1 Les ciments
• 1.2 L’eau de gâchage
• 1.3 Les granulats
• 1.4 Les adjuvants
• 1.5 Les additions

2- Du béton frais au béton durci

• 2.1 Composition du béton
• 2.2 Spécification des bétons
• 2.3 Ouvrabilité et consistance
• 2.4 Fabrication et transport
• 2.5 Mise en place et compactage
• 2.6 Béton pompé
• 2.7 Béton projeté
• 2.8 Béton autocompactant
• 2.9 Béton léger
• 2.10 Béton à haute résistance
• 2.11 Béton de recyclage
• 2.12 Béton apparent
• 2.13 Influence du coffrage
• 2.14 Cure
• 2.15 Bétonnage par temps chaud
• 2.16 Bétonnage par temps froid

3- Causes et prévention des altérations du béton

• 3.1 Ségrégation
• 3.2 Fissuration
• 3.3 Carbonatation et corrosion des armatures
• 3.4 Efflorescences
• 3.5 Attaque du gel et des sels de déverglaçage
• 3.6 Attaque par les sulfates
• 3.7 Attaque chimique
• 3.8 Réaction alcalis-granulats
• 3.9 Résistance au feu

Références bibliographiques, normes, directives et recommandations