Le but poursuivi lors de préparation d’un béton est évidement de lui assurer avec une certaine marge de sécurité la résistance désirée, en même temps que l’ouvrabilité convenable pour sa mise en place.
La quantité d’eau de gâchage destinée à assurer les combinaisons chimiques qui provoque le durcissement d’un mélange de liant hydraulique est d’eau était très inférieure à celle que nécessite la confection d’un béton avec ce liant. En effet, le fait d’ajouter des granulats à une pâte pure de ciment, exige une centaine quantité d’eau supplémentaire pour leur mouillage. La composition d’un béton doit donc concilier ces deux tendances contraires: d’une part, mettre le moins d’eau possible dans le béton pour obtenir une bonne résistance, et, d’autre part, mettre suffisamment d’éléments fins (parties fines du sable et liant) et d’eau pour obtenir un béton assez plastique afin de remplir complètement les moules et d’enrober parfaitement les armatures lorsqu’il y en a.
FIGURE 1
Ce béton comporte le maximum possible de gros éléments se touchant. Entre eux ne peuvent trouver place que des éléments dont la grosseur moyenne n’est que de l’ordre de 1 5 de celle des premiers. Cette granulométrie discontinue assure théoriquement une compacité et une résistance maximales, mais les frottements entre gros éléments sont tels que les défauts de mise en place réduiraient cette résistance.
FIGURE 2
Ce béton contient les mêmes gros éléments qu’en fig. 1, mais séparés par des grains de toutes grosseurs. Cette granulométrie continue donne une compacité et une résistance théorique inférieure, mais le béton bien maniable permettra un remplissage des moules et un enrobage des armatures complets. La résistance dans l’ouvrage se trouvera supérieure à celle obtenue par le béton plus compact.
La résistance à la compression d’un béton contenant suffisamment de liant croit avec sa compacité.
La compacité est le rapport entre le volume absolu (ou plein ) des éléments solides et le volume apparent du béton qu’ils constituent.
Au fur et à mesure que s’accroît la compacité (fig.1) les frottements entre les grains de granulat augmentent et l’ouvrabilité diminue, de sorte qu’un béton très compact, théoriquement susceptible de donner la plus forte résistance peut se révéler moins satisfaisant en pratique qu’un béton un peu moins compact mais plus maniable, donc susceptible de se mettre en place sans laisser de vides (fig.2)
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La bonne compacité d’un béton présente par elle-même les avantages suivants :
- Moins il existe de vides dans le béton (en dehors des inévitables capillaires) accessibles à l’air, moins sa dessiccation est rapide. La protection du béton contre la dessiccation qu’on appelle « cure du béton » est ainsi plus facile à assurer dans de bonnes conditions. Rappelons, en effet, que les phénomènes physiques et chimiques qui provoquent la prise et le durcissement du ciment nécessitent qu’une humidité régulière soit maintenue dans toute la masse du béton, on diminue la tendance à la fissuration.
- Si un béton est plongé dans un liquide agressif : eau pure, eaux séléniteuses, eau contenant des acides organiques, etc., l’attaque qu’il subit est évidement beaucoup plus
- Si on recherche l’étanchéité (réservoir), une fuite locale appréciable, conséquence probable d’une mauvaise compacité, ne se bouchera jamais d’elle-même ; au contraire, un léger suintement réparti par se colmater par un processus analogue à la formation des stalactites dans les grottes ( à la partie supérieure dissolution de la chaux libérée par la prise du ciment ou du carbonate de calcium auquel elle a donné naissance- dépôt de carbonate de calcium à la face inférieure qui obture les capillaires).
Dans le cas du béton armé, une bonne compacité est indispensable pour protéger les armatures contre l’oxydation : en effet, le ciment portland dégage de la chaux au cours de son durcissement.
L’acier est protégé contre l’oxydation tant qu’il est baigné par cette chaux ; mais si elle se carbonate au contact de l’air pour revenir à l’état de carbonate de calcium (calcaire), l’acier redevient vulnérable. En retardant cette carbonatation, une forte compacité assure la protection des armatures.
a) Béton armé manquant de compacité. L’air circulant dans le béton a rapidement carbonaté la chaux qu’il contenait : L’acier n’est plus protégé et rouille, notamment aux points où il est en contact avec l’air.
b) Béton armé compact. La cartonatation progresse lentement et n’intéresse qu’une faible profondeur à partir de la surface. Les armatures sont protégés.
Une bonne résistance à la compression (ou à l’écrasement) est la qualité recherchée en premier lieu pour le béton durci, mais on verra ci-dessous que des inconvénients d’un autre ordre peuvent résulter d’une recherche à tout prix d’une forte résistance.
La résistance à la compression de différents bétons présentant des ouvrabilités voisines augmente avec les valeur du rapport (poids de ciment / poids de l’ eau) contenu dans ce béton.
Le poids d’eau intervenant est le poids total, c’est-à-dire l’eau dite de gâchage qui est celle que
l’on met effectivement dans la bétonnière plus celle contenue naturellement dans les granulats, le sable notamment.
Le retrait est la diminution de longueur d’un élément en béton. Il se développe au cours de la prise et du durcissement.
Le béton fraîchement coulé peut subir un premier retrait dit « avant prise », causé par l’évaporation d’une partie de l’eau qu’il contient et non imputable au ciment, même « frais » ; il peut en résulter des fissures avant la fin de la prise. Ce phénomène est analogue à celui qui se produit sur une flaque de boue se desséchant au soleil dont la surface se craquèle en hexagones plus ou moins réguliers. Le remède est évidement de s’opposer au départ de l’eau par tous les moyens : bonne granularité, protection contre la dessiccation, notamment par utilisation d’un produit de cure.
Après la prise, interviennent successivement le retrait thermique et le retrait hydraulique.
Le retrait thermique provient de la diminution de longueur, consécutive au retour à la température ambiante du béton dont le durcissement s’est produit alors qu’il n’avait pas encore dissipé la chaleur due à la prise du ciment.
Le retrait hydraulique résulte de ce que le volume des composant du ciment est légèrement diminué par l’hydratation. Il est de l’ordre de 1/1 000(1 mm par mètre) pour une pâte pure.
Ce phénomène, d’abord rapide, se poursuit de plus en plus lentement et peut durer des années. Du fait que la pâte de ciment est mélangée à des granulats (mortier ou béton), son raccourcissement n’affecte que les joints qui les séparent. Donc, moins il y a de joints, moins important sera le retrait du béton, c’est-à-dire que celui-ci diminue lorsque la dimension des gros granulats augmente. En moyenne, ce retrait atteint, après une durée
variable, une valeur de l’ordre 4/10 000(4 dixièmes de millimètre pour un mètre). Il
augmente avec le dosage en ciment et en général avec sa finesse de mouture laquelle d’augmenter sa résistance. C’est pourquoi le retrait s’accroît en général avec la classe de résistance du ciment. Il diminue lorsque le durcissement du béton s’effectue en atmosphère humide.
C’est la manifestation visible sur un élément de construction en béton de certains des comportements examinés ci-dessus : évolution de la résistance à la traction et retraits de diverses natures tendant à se produire alors que, du fait de son incorporation dans une construction, cet élément ne peut évoluer librement.
C’est le fluage qui impose l’étaiement des planchers en béton armé après décoffrage, alors que la résistance atteinte à ce moment est suffisante pour qu’ils puissent supporter leur propre poids. A défaut de cette précaution, le plancher continuerait à fléchir et ne se stabiliserait qu’au bout temps très long.
Toutefois, le fluage, qui se produit pendant très longtemps, permet aux constructions de s’adapter aux efforts qu’elles subissent et constitue en quelque sorte un remède naturel contre la production de fissures.
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