Formulation et performances d'un beton autoplaçant incorporant des granulats en caoutchouc

Blida, Juin 2016

UNIVERSITE SAAD DAHLEB DE BLIDA -1-

Faculté des Sciences de l'Ingénieur
Département de Génie Civil

MEMOIRE DE MASTER

Spécialité : Structures et Matériaux

FORMULATION ET PERFORMANCES D'UN BETON
AUTOPLAÇANT INCORPORANT DES GRANULATS EN
CAOUTCHOUC

Par

Zakaria HAMADACHE

Devant le jury composé de :
Mr.A.ZAHAF	M.A.A	U.S.D.B	Président
Mme.BOULAKHIOUT	M.C.B	U.S.D.B	Examinateur
Dr. W.YAHIAOUI	M.A	U.S.D.B	Promoteur
Pr. B.MENADI	Professeur	U.S.D.B	Co-Promoteur

Résumé

L'objectif de cette étude est de valoriser les déchets caoutchouteux sous forme de granulats dans les mélanges de béton autoplaçant (BAP). Les particules en caoutchouc issus du broyage de pneus usagés ont été ajoutées au mélange en remplacement partiel du volume total du sable à différents pourcentages (0,5, 10 et 15%). L'objectif principal de ce travail est d'étudier l'influence du caoutchouc sur les propriétés du BAP à l'état frais et à l'état durci

En présence du caoutchouc le (BAP) est devenue plus léger. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces granulats est préjudiciable vis-à-vis de la rhéologie du matériau, mais l'augmentation du taux d'incorporation de ces granulats est traduite par une diminution du taux de ségrégation.

Ce travail confirme que la présence du caoutchouc dans le (BAP) conduit à une chute des résistances mécaniques (résistance à la. compression). Cependant, connue on pouvait craindre que les variations dimensionnelles de retrait enregistrés sont plus importantes avec l'adjonction des granulats en caoutchouc. Ainsi nous avons pu montrer que la caractéristique physique (conductivité thermique) est diminuée avec l'augmentation du taux d'incorporation des G.C.

Mots clés : Béton autoplaçant, granulats en caoutchouc, recyclage, résistance à la compression, retrait, valorisation, protection de l'environnement.

Abstract

This study aims to analyse the possibility of valorising rubber waste in Self-compacting concrete (SCC). The rubber particles were added to the mix as partial replacement of the total volume of sand at different rates (0, 5, 10 and 15%). The main objective of this work is to study the effect of the incorporated rubber on the properties of SCC in the fresh state and in the cured state.

In presence of rubber the (SCC) became lighter. Results showed that rubber aggregates are detrimental to the properties of the fresh materials.

This work confirms that the presence of the rubber in the self-compacting concrete leads to a drop in mechanical strength (compressive strength). However, as was feared the dimensional changes of recorded shrinkage are greater with the addition of rubber granules. Thus we have shown that physical characteristic (thermal conductivity) is decreased with increasing substitution rates G.C.

Keywords: Self-compacting concrete, Rubber aggregates, recycling, Compressive strength, shrinkage, valorising, clean environment.

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Remerciements

Au terme de ce modeste travail, je tiens d'abord à remercier Dieu pour m'avoir donné la farce et la patience pour mener à terme ce travail ainsi que mes parents qui m'ont toujours encouragé et soutenu durant toute la durée de mes études.

Ce mémoire doit beaucoup aux nombreuses personnes qui ont eu la gentillesse de nous recevoir, de nous communiqués leurs connaissances et nous faire partager leur sensibilité, qui `ils soient tous ici chaleureusement remercis.

J'exprime ma grande reconnaissance à mes deux encadreurs monsieur YAHIAOUI Walid et monsieur MENADI Belkacem pour m'avoir dirigé et pour leur aide très précieuse ainsi que pour leurs patiences et disponibilité.

Je tiens à témoigner ma reconnaissance à Monsieur KENAI Saki, pour ses conseils et ses orientations pour mieux élaborer ce mémoire.

Je remercie également Monsieur BENSACI Hamza pour leur soutien et leurs encouragements.

Je tiens à remercier aussi tous les membres de jury d'avoir accepter d'examiner mon travail.

Je tiens à témoigner toute ma gratitude à Monsieur GRAIBALLAH Ismail et Mlle ZOUBIRI Amel qui m'ont apporté leur support moral et intellectuel tout au long de ce travail.

Je souhaite exprimer ma profonde gratitude à mes parents et mes soeurs pour leur soutien pendant la préparation de ce mémoire.

Enfin, J'exprime mes sincères remerciements à tous ceux qui ont participé de près ou de loin à la réalisation de ce travail.

Table des matières

Résumé

Remerciement

Table des matières

Liste des figures

Liste des tableaux

Liste des abréviations et des notations

Introduction générale 17
Parti I :: Revue bibliographique

Chapitre I : le béton autoplaçant

L 1.Introduction 19

I.2.Définition des bétons autoplaçants 19

I.3.Domaine d'utilisation des BAP 19

I.4.Constituants d'un BAP 20

I.4.1.Le ciment 20

I.4.2.Les ajouts minéraux 20

I.4.3.Les granulats 20

L4.4.Les superplastifiants 21

I.4.5.L'eaude gâchage 21

I.5.Les critères de composition des BAP 21

I.5.1.Une quantité de fines importante (<125 um) 21

I.5.2.Un volume de pâte élevé 21

I.5.3.Utilisation des superplastifiants 22

I.5.4.Utilisation éventuelle d'un rétenteur d'eau (dit agent de viscosité) 22

I.5.5.Un faible volume de gravillon		22
I.6.Caractérisation d'un béton autop laçant		22
I.6.1.Propriétés d'un BAP à l'état frais		22
I.6.1.1.Capacité de remplissage		22
I.6.1.2. La résistance à la ségrégation		23
I.6.1.3.La capacité de passage		23
I.6.2.Propriétés d'un BAP à l'état durci		23
I.6.2.1.Résistances mécaniques		23
I.6.2.1.1.Résistance à la compression		24
I.6.2.1.2.Résistance à la traction		24
I.6.2.2.Module d'élasticité		24
I.6.2.3.Retraits		25
I.7.Formulations des BAP		27
I.7.1.Approche japonaise (méthode générale)		27
I.7.2.Approche CBI (suédoise)		28
I.7.3.Approche du laboratoire central des ponts et chaussées LCPC (France)		28
I.8.Conclusion	29

Chapitre II : valorisation de pneus usagés sous forme de granulats dans les matériaux a

base cimentaire

11.1.Introduction 30

11.2.Définition de caoutchouc 30

11.3.Les pneumatiques 31

11.4. Problématique des déchets pneumatiques 32

11.5.Techniques de valorisation des déchets pneumatiques 33

11.5.1.Le rechapage 33

11.5.2.La valorisation énergétique 34

11.5.3. La valorisation sous forme de matières premières 34

11.5.4.Technique pneusol 34

11.6.Effets de G.C. sur les propriétés des bétons 34

II.6.1. À l'état frais 34

II.6.1.1.L'ouvrabilité 34

11.6.1.2.Masse volumique 36

II.6.2.À l'état durci 37

11.6.2.1.Résistance en compression 37

11.6.2.2.Résistance en traction 38

II.6.2.3.Module d'élasticité 40

11.6.2.4.Capacité de déformation 41

11.6.2.5.Retrait 43

11.6.2.6.Absorption acoustique 44

11.6.2.7.Conductivité thermique 46

11.7.Conclusion 47

Parti II : Etude expérimentale

Chapitre. III : Matériaux et essais

1II.1.Introduction 48

1II.2.Caractéristiques des matériaux utilisés 48

1II.2.1.Le Ciment 48

1II.2.2.Le Gravier 48

1II.2.3.Le Sable 49

I.2.4.Les granulats en Caoutchouc 50

1II.2.5.S uperplastifiants 51

III.2.6. L'eau de Gâchage 51

1II.3.Formulations adoptées 51

1II.3.1.Formulation du mortier 52

1II.3.1.1.Essais effectués sur mortier 52

1II.3.1.1.1.Essai d'étalement au mini cône 52

1II.3.1.1.2.Essai à l'entonnoir en V (V-Funnel test) 53

1II.3.2.Formulation du béton autoplaçant de référence 53

1II.3.2.1.Essais effectués sur béton 54

III.3.2.1.1. Essai à l'état frais 54

III.3.2.1.1.1. Essais d'étalement au cône d'Abrams et T50 54

III.3.2.1.1.2. Essai à l'entonnoir en V (V-Funnel test) 55

III.3.2.1.1.3.Essai à la boite en L (L-box) 56

M.3.2.1.1.4.Essai de stabilité au tamis (résistance à la ségrégation) 57

M.3.2.1.1.5.Mesure de la masse volumique 59

III.3.2.1.2. Essai à l'état durci 59

1II.3.2.1.2.1.Essai de compression 59

1II.3.2.1.2.2.La conductivité thermique 60

1II.3.2.1.2.3.Essai de retrait 61

111.3.2.1.2.4. Les essais non destructifs 62

a) Essai au scléromètre (marteau de rebondissement de Schmidt) 62

b) Essai ultrasonore (la vitesse de propagation des ultrasons) 64

1II.4. Démoulage et conservation des éprouvettes 65

III.5.Conclusion 66

Chapitre. IV : Résultats et discussions

IV.1.Introduction 68

IV.2.Optimisation du dosage en superplastifiant (Sp) 68

IV.2.1.Etalement au mini cône pour mortier 69

IV.2.2.Temps d'écoulement à l'entonnoir en V (V-funnel) 70

IV.3.Effetde l'incorporation des G.0 à l'état frais 71

IV.3.1.Etalement et temps T50 au cône d'Abrams 72

W.3.2. Temps d'écoulement à l'entonnoir en V (V-funnel test) 73

IV.3.3.Mesure le rapport H2/H1 de l'essai à la boite en L (L-Box test) 74

IV.3.4. Résistance à la ségrégation par tamisage 75

IV.3.5.Masse volumique 77

IV.4.Effet de l'incorporation des G.0 à l'état durci 78

IV.4.1.Résistance à la compression 78

IV.4.2.La conductivité thermique 79

IV.4.3.Le retrait total 80

IV.4.4. Les essais non destructifs 81

P1.4.4.1.Mesure de l'indice de rebondissement 81

IV.4.5.2.Mesure de la vitesse ultrasonique 83

IV.5.Conclusion 86

Conclusion générale 87

Perspectives 88

Références 89

Annexe A 98

Annexe B 101

Liste des figures

Figure 1.1 : Formation d'arches pouvant bloquer l'écoulement du béton . 23

Figure 1.2 : Evaluation du module du béton en fonction de sa résistance 25

Figure 1.3 : Amplitudes maximales des BAP et Bétons ordinaires 26

Figure 1.4 : Comparaison des retraits endogènes d'un béton vibré et cinq BAP 26

Figure 1.5 : Comparaison des retraits de séchage d'un béton vibré et cinq BAP 27

Figure 2.6 : Influence de G.C. sur l'affaissement 35

Figure 2.7 : Influence de G.C. sur l'affaissement 35

Figure 2.8 : Variation de la masse volumique du béton incorporant des G.0 36

Figure 2.9 : Influence de l'adjonction de G.C. sur la résistance en compression 37

Figure 2.10 : Influence du dosage en G.C. sur la résistance en compression à 7 et 28 jours

(BAP dont le sable 0-4mm remplacé par des G.C. 0-4mm) 38

Figure 2.11: Influence du taux de substitution de G.C. de fumée de silice sur la résistance à la

traction par fendage 39

Figure 2.12 : Taux de réduction des résistances 39

Figure 2.13 : Variation du module d'élasticité du béton incorporant G.C. 40

Figure 2.14 : Influence des G.C. sur le module d'élasticité 41

Figure 2.15 : Influence de l'incorporation de G.C. sur la capacité de déformation en traction

directe 42

Figure 2.16 : Comportement en flexion des blocs de béton caoutchouc 42

Figure 2.17 : Courbes `force-flèche" en flexion -- effet du remplacement partiel du sable par

des G.C. dans un BAP 43

Figure 2.18 : Evolution du retrait total des mortiers en fonctions du taux de substitution en

G.C. 44

Figure 2.19 : Comportement d'un son incident à la surface d'un matériau 45

Figure 2.20 : Influence du dosage en G.C. sur le coefficient d'absorption acoustique 45

Figure 2.21 : Influence du dosage en G.C. sur la conductivité thermique 46

Figure 3.22 : Graviers concassé.		49
Figure 3.23 : Sable d'OUED SOUF		50
Figure 3.24 : Granulats en caoutchouc.		50
Figure 3.25 : Courbe granulométrique du sable et caoutchouc et gravier naturels.		51
Figure 3.26 : Séquence de malaxage du mortier		52
Figure 3.27 : Essai d'Etalement pour Mortier.		53
Figure 3.28 : Essai à l'Entonnoir en V pour Mortier.		53
Figure 3.29 : Séquence de malaxage du béton autoplaçant		54
Figure 3.30 : Essai d'étalement au cône d'Abrams.		55
Figure 3.31 : L'essai d'entonnoir en V (V-Funnel)		56
Figure 3.32 : L'essai à la boite en L (L--Box).		56
Figure 3.33 : L'essai à la boite en L (L--Box)......	57
Figure 3.34 : L'essai de stabilité au tamis.		58
Figure 3.35 : Mesure de la masse volumique.		59
Figure 3.36 : Schématisation d'essai de compression.		60
Figure 3.37: Essai de compression.		60
Figure 3.38 : Essai de la mesure de conductivité thermique.		61
Figure 3.39 : Essai de retrait		62
Figure 3.40 : scléromètre.		63
Figure 3.41 : Essai au scléromètre.		63
Figure 3.42 : Appareil de mesure.		64
Figure 3.43. Mesures en transparence (directe).		64
Figure 3.44 : Formes d'éprouvettes		65
Figure 3.45 : Eprouvettes conservées dans le bac.		65
Figure 3.46 : Organigramme des différents essais réalisés sur mortier et béton.		67
Figure 4.47 : Effet du dosage en superplastifiant sur l'étalement du mortier.		69
Figure 4.48 : Effet du dosage en superplastifiant le temps d'écoulement		70
Figure 4.49 : l'effet de l'incorporation du G.0 sur l'étalement et le T50.		72

Figure 4.50 : l'effet de l'incorporation du G.0 sur le temps d'écoulement à l'entonnoir. 74

Figure 4.51 : l'effet de l'incorporation du G.0 sur le rapport 1I2/H1. 75

Figure 4.52: Résistance à la ségrégation par tanisage en fonction taux de substitution en G.C.

76

Figure 4.53: La masse volumique des bétons frais en fonction du taux de substitution en G.C.

77

Figure 4.54 : Effet des G.C. sur la résistance en compression à 28 jours. 78

Figure 4.55 : Influence du dosage en G.C. sur la conductivité thermique. 79

Figure 4.56 : Corrélation entre la densité et la conductivité thermique. 79

Figure 4.57: Effet des G.C. sur le retrait total. 80

Figure 4.58 : Effet des G.C. sur l'indice de rebondissement à 28 jours. 82

Figure 4.59 : Effet des G.C. sur la résistance probable à la compression à 28 jours. 82

Figure 4.60 : Comparaison entre la résistance probable a la compression et la résistance

réelle a la compression en fonction du taux de substitution des G.C. 83

Figure 4.61 : Variation de la vitesse ultrasonique en fonction taux de substitution en G.C 84

Figure 4.62 : Corrélation entre la densité et la vitesse ultrasonique. 84

Figure 4.63: l'effet de l'incorporation du G.0 sur la résistance à la compression et la vitesse

ultrasonique. 85

Liste des tableaux

Tableau 2.1 : Constitution moyenne en masse des pneus	31
Tableau 2.2 : Situation des déchets de caoutchouc en 2006 sur les pays développés	32
Tableau 2.3 : Les caractéristiques des pneumatiques	33
Tableau 3.4 : Caractéristiques chimiques et minéralogiques du ciment	48
Tableau 3.5 : Caractéristiques des granulats	49
Tableau 3.6: Caractéristiques physiques et mécaniques du sable	49
Tableau 3.7 : Caractéristiques des granulats de caoutchouc	50
Tableau 3.8 : Classes des BAP selon l'étalement	55
Tableau 4.9 : Composition de mortier en fonction de dosage en superplastifiant.	68
Tableau 4.10 : Etalement du mortier en fonction de dosage en Sp.	69
Tableau 4.11 : Temps d'écoulement du mortier en fonction de dosage en Sp.	70
Tableau 4.12 : Les compositions à différents dosages en G.C. étudiées	.71

Tableau 4.13 : Résultats d'ouvrabilité des quatre compositions de BAP .....................................72

Liste des abréviations et des notations

SCC Self-compacting concrete

BAP Béton autoplaçant.

BAN Bétons autonivelants.

CEM II Ciment Portland composé

G/S Rapport Gravillon sur Sable.

um Micromètre.

E Eau

E/C Rapport Eau sur Ciment.

EN Rapport Eau sur Poudre.

E/L Rapport Eau/Liant.

LCPC Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

PU Pneus usagés réutilisables.

PUNR Pneus usagés non réutilisables.

VL Véhicule léger.

PL Poids lourds.

G.0 Granulats en caoutchouc.

mm Millimètre.

MPA Méga pascal

S/M Rapport Sable/Mortier.

Kg Kilogramme.

L Litre.

kg/1 Rapport Kilogramme/Litre.

cm Centimètre.

mz Mètre carré.

^°C degré Celsius.

pabs Masse volumique absolue, (Kg/m3)

papp Masse volumique apparente, (Kg/m3)

SP/C Superplastifiant/Ciment

T50 Temps d'écoulement pour que le diamètre d'étalement atteigne une
valeur de 50 cm, (sec).

TV-F Temps d'écoulement à l'entonnoir, (sec).

V Volume, (L).

W/m °C Watt/Mètre Celsius.

II Pourcentage de laitance, (%).

BIGC Béton incorporant des granulats en caoutchouc.

CBI Cement och Betong Institutet.

Introduction générale

17

Introduction générale

Les exigences en termes de protection de l'environnement de plus en plus contraignantes ainsi que la révision des repères économiques inspirés du développement durable font que le recyclage et la valorisation de sous-produits industriels constituent désormais un souci qui s'impose de plus en plus à l'homme

Dans le monde, s'agissant de l'industrie automobile, l'utilisation des pneus augmente chaque année. On peut citer quelque cas : la France, en 2008, plus de 366 milliers de tonnes de pneumatiques ont été collectés ce qui constitue une progression de 36% par rapport à 2004 ; l'Algérie en 2004 importe en moyenne 49,62 milliers de tonnes de pneumatiques en caoutchouc, après usage on se retrouve avec environ 45,65 milliers de tonnes de pneus usagés chaque année. Ces chiffres continuent à augmenter chaque année avec le nombre de véhicules dans tous les pays.

Les pneus est un mélange de caoutchoucs, d'acier et de textiles divers, les pneus usagés ne sont pas des déchets dangereux mais ils présentent un danger pour l'environnement et la santé en cas d'incendie sur le site de stockage (émissions de limnées toxiques et éventuellement d'un liquide huileux).

Dans certains pays, il est interdit par la loi de bruler les déchets pneumatiques car la pollution et la fumée produit par cette méthode est inacceptable, malgré c'est la moins chère et la plus simple des solutions pour décomposer les déchets.

La valorisation de pneus usagés est un sujet très important pour la planète entière. Les voies de valorisation choisies sont largement diversifiées : le rechapage (Pneus Usagés Réutilisables-PUR), le broyage sous forme des granulats, la valorisation énergétique notamment comme combustible dans les cimenteries et l'utilisation en travaux publics (Pneus Usagés Non Réutilisables-PUNR).

L'incorporation de ces déchets dans le béton réduit le coût du produit final et également crée des sources supplémentaires dans le but de la protection des ressources naturelles.

Le béton est un matériau de construction universel utilisé depuis des millénaires à cause de la facilité de sa fabrication, de sa simple mise en place à l'état frais, de ses propriétés mécaniques et de durabilité à l'état durci Depuis sa création, il ne cesse de connaître une évolution considérable offrant un produit de plus en plus fiable.

18

On s'intéressera dans ce travail essentiellement aux bétons autoplaçants qui font l'objet actuellement d'un grand intérêt de la part de la communauté scientifique et industrielle.

Dans ce travail on a étudié l'effet de l'incorporation des granulats en caoutchouc sur les bétons autoplaçants. Ce mémoire est décomposé en quatre chapitres, le premier chapitre présente une synthèse bibliographique sur les caractéristiques des bétons autoplaçants et ses propriétés à l'état frais et à l'état durci.

Le deuxième chapitre décrit les déchets pneumatiques, ensuite l'effet de l'adjonction de ces déchets sur béton à l'état frais et à l'état durci

Le troisième chapitre présente les caractéristiques des matériaux employé pour la confection des mélanges, ainsi que les différents essais réalisés.

Le dernier chapitre de ce mémoire est consacré pour la présentation et la discussion des résultats des essais réalisés.

Finalement, on ternine ce travail par des conclusions générales et des recommandations.

Parti I :: Revue bibliographique

Chapitre I : Revue bibliographique

Le béton autoplaçant

19

Chapitre. I. : Le béton autoplaçant.

I.1.Introduction :

Le béton est un matériau fabriqué à partir de granulats, de ciment, d'eau et des adjuvants pour modifier ses propriétés. C'est le matériau de construction le plus utilisé au monde, que ce soit en bâtiment ou en travaux publique. Pour améliorer sa résistance et sa maniabilité des chercheurs de l'université de Tokyo dans les années 1980 ont mis au point des bétons fluides qui peuvent être mis en place sans vibration. Il s'agit des bétons autoplaçant (BAP) utilisés pour les coulages d'éléments verticaux (poteaux, voile) et des bétons autonivelants (BAN) destinés aux éléments horizontaux (dalles de compression, dallages).

I.2.Définition des bétons autoplaçants :

Les bétons autoplaçants (BAP) sont des bétons spéciaux, ils sont très fluides, très
déformables, homogènes et stables. La caractéristique principale de ces bétons réside dans le fait qu'ils se mettent en place sous le seul effet de la gravité.

Les (BAP) offrent des caractéristiques exceptionnelles d'écoulement et de remplissage des coffrages tout en résistant parfaitement à la ségrégation, ils présentent des résistances et une durabilité analogues à celles des bétons ordinaires, dont ils se différencient par leurs propriétés à l'état frais.

I.3.Domaine d'utilisation des BAP :

Les BAP sont utilisables sur tous les types de chantier, de bâtiments ou de génie civil bien et pour la réalisation de nombreux produits préfabriqués en béton [1]. La plupart des ouvrages peuvent être réalisés en BAP (voiles, poteaux, piles, poutres, planchers, dalles, dallages, fondations, etc.).

Les BAP sont particulièrement adaptés à la réalisation de structures pour lesquelles la mise en oeuvre d'un béton classique est délicate, c'est-à-dire, présentant des :

· densités de ferraillage importantes.

· formes et géométries complexes : voiles, courbes.

· voiles minces et de grande hauteur : piles de ponts.

· voiles complexes avec de nombreuses réservations ou de grandes ouvertures.

20

· exigences architecturales.

À titre d'exemple nous citerons quelques réalisations avec les BAP :

· Le pont Akashi Kaikyo : Le plus long pont suspendu au monde (3910 m) où très congestionnés sans vibration. 770 000 m³ de de béton autoplaçant ont été versés dans les coffrages des fondations et des piliers OKAMURA et coll. [2].

· La tour Landmark Tower, où un béton autoplaçant d'une excellente défonnabilité a été mis en place avec succès dans 66 colonnes de 40 m de hauteur chacune HAYAKAWA et coll. [3].

· Le stade de Fukuoka, où 10 000m3 de béton autoplaçant ont été utilisés pour des sections très ferraillées et de formes compliquées Izinni et coll. [4].

I.4.Constituants d'un BAP :

I.4.1.Le ciment :

Le ciment généralement utilisé pour la confection d'un béton autoplaçant est soit le ciment Portland CPA-CEM I 42,5 qui contient au moins 95 % de clinker et éventuellement un constituant secondaire [5].

I.4.2.Les ajouts minéraux :

Ce sont principalement : des fillers calcaires (calcaire, dolomite,....), des fillers siliceux ; des laitiers de haut fourneau, des cendres volantes, des limnées de silice.

Les fillers calcaires sont des produits secs finement divisés obtenus par broyage industriel des roches calcaires. Ils augmentent la stabilité et l'ouvrabilité des BAP. Les cendres volantes ou les laitiers permet d'obtenir un maintien d'ouvrabilité le plus long temps. La limnée de silice conduit à une augmentation de la compacité d'un BAP donc des résistances mécaniques plus élevées [6].

I.4.3.Les granulats :

Les BAP sont réalisés avec des granulats roulés ou concassés, commie pour un béton ordinaire.

21

· Le coefficient de frottement est plus faible entre les granulats roulés qu'entre les granulats concassés [7-8].

· Les granulats roulés présentent par ailleurs un plus petit vide intergranulaire, ce qui nécessite une plus petite quantité de pâte de ciment pour le remplir [9].

· Pour empêcher tout risque de blocage lors du coulage, on limite en général le diamètre maximal des granulats à 16 mm.

· La proportion des gravillons par rapport au sable est plus faible qu'avec un béton ordinaire afin de permettre l'écoulement du matériau dans les zones confinées, Le rapport G/S est de l'ordre 1.

I.4.4.Les superplastifiants
·

Les superplastifiant sont des produits organiques qui, ajoutés à de faibles proportions (de 0,2 à 2 % environ) au béton frais permettent d'en modifier les propriétés rhéologiques durant une période plus ou moins longue. L'utilisation de superplastifiant nous permet d'obtenir un béton très liquide pouvant être mis en place sans vibration ni ressuage ou ségrégation [10].

I.4.5.L'eau de gâchage :

L'eau utilisée en général pour l'élaboration des bétons est celle du réseau public. Étant donné que le dosage en eau influe de manière considérable sur la viscosité et la capacité d'auto compaction il est indispensable de bien jauger l'eau de gâchage. Il est donc important de prendre compte de l'humidité des granulats spécialement de celle du sable, on tiendra également compte de la teneur en eau des adjuvants [9].

I.5.Les critères de composition des BAP :

I.5.1.Une quantité de fines importante (<125 um) :

Pour leur assurer une maniabilité suffisante tout en limitant les risques de ségrégation et de ressuage, les BAP contiennent une quantité de fines (éléments < 125 um) supérieure à celle des bétons conventionnels : de l'ordre de 500 kg/m3.

I.5.2.Un volume de pâte élevé :

La quantité de pâte (eau + fines + adjuvants + air) nécessaire dans un BAP est plus élevée que dans un béton vibré. La pâte sert ici à écarter les granulats afin de diminuer les frottements qui provoquent la limitation vis-à-vis de l'étalement du béton et la capacité de remplissage des coffrages [9].

22

I.5.3.Utilisation des superplastifiants
·

Les superplastifiants permettent d'obtenir des bétons très fluides, ainsi les particules solides sont dispersées par combinaison d'effets électrostatiques et stériques et la proportion d'eau libre est plus importante. Toutefois un dosage proche ou supérieur au dosage de saturation peut augmenter la sensibilité du béton à des variations de teneur en eau vis-à-vis du problème de la ségrégation et du ressuage [6].

I.5.4.Utilisation éventuelle d'un rétenteur d'eau (dit agent de viscosité) :

Ce sont généralement des dérivés cellulosiques, des polysaccharides ou des suspensions colloïdales, qui interagissent avec l'eau et augmentent la viscosité du béton. Ces produits, comme les fines, ont pour rôle d'empêcher le ressuage et de limiter les risques de ségrégation des granulats en rendant la pâte plus épaisse. Ces produits sont utilisés dans le cas des bétons ayant des rapports eau/liant élevés car les fines ne sont pas toujours suffisantes pour fixer l'eau dans le béton [6].

I.5.5.Un faible volume de gravillon :

Il est possible d'utiliser des granulats concassés ou roulés de diamètre maximal compris entre 10 et 20 mm pour la formulation des BAP. La présence de gravillons permet d'augmenter la compacité du squelette granulaire du béton, ils permettent de réduire 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 [11-12].

I.6.Caractérisation d'un béton autoplaçant :

I.6.1.Propriétés d'un BAP à l'état frais :

Pour pouvoir le qualifier d'autoplaçant, il faut s'assurer que le béton possède une très bonne capacité de remplissage qui résulte d'une déformabilité et d'une résistance à la ségrégation.

I.6.1.1.Capacité de remplissage :

Le béton autoplaçant doit pouvoir remplir les coffrages les plus densément armés et sans l'intervention humain (pour la mise en place). Même dans le cas de présence d'obstacles qui peuvent interférer avec son écoulement.

Le remplissage est lié à la capacité de déformation de béton et le temps d'écoulement. Le test d'étalement au cône d'Abrams et L'essai Orimet qui a été développé à l'Université de Paisley donne des indications sur les deux aspects [13].

23

I.6.1.2. La résistance à la ségrégation :

La ségrégation d'un mélange correspond à l'absence d'homogénéité ce qui provoque généralement une séparation de phases solide et liquide ou bien une séparation des phases solides en fonction de leurs dimensions [14-15] .Le BAP peut souffrir de la ségrégation durant la mise en place et après mais avant son durcissement, la séparation entre le gravier et le mortier qui peut conduire à un blocage en zones confinées donc il faut réduire la quantité d'eau libre dans le béton en réduisant le rapport E/C du béton. La résistance à la ségrégation du béton peut aussi être augmentée par l'ajout de certains agents de viscosité.

¹0
· MMT;

ere

·

Figure 1.1 : Formation d'arches pouvant bloquer l'écoulement du béton [16].

I.6.1.3.La capacité de passage :

C'est la capacité du mélange de béton frais à l'étalement à travers des espaces confinés sans ségrégation, sans perte d'uniformisation et sans blocage. En définissant la capacité de passage, il faut prendre en considération, la géométrie et la densité du ferraillage, la capacité de remplissage du mélange ainsi que la dimension maximale du granulat, blocage des granulats est provoqué par la quantité importante de granulats dans le béton, et par la taille des plus gros granulats par rapport à l'ouverture entre armatures ou dans un confinement [11].

La capacité de passage peut être déterminée à l'aide de trois dispositi6, le cône d'Abrams en présence du J-Ring, la bote en L (L-Box) et la bote en U (U-Box) [17].

I.6.2.Propriétés d'un BAP à l'état durci : I.6.2.1.Résistances mécaniques :

Felekoglu et al. [22] ont montré que les mélanges de BAP ont des modules d'élasticité fables que ceux des bétons ordinaires. Nassif et al. [23] ont montré que le module d'élasticité est

24

Le béton autoplaçant possède une structure plus homogène que le béton ordinaire, grâce à une résistance à la ségrégation élevée, conférant au béton autoplaçant une amélioration de résistance mécanique.

La résistance mécanique d'un BAP est directement liée à la qualité du squelette granulaire et au rapport E/C.

L'introduction d'un agent de viscosité peut diminuer légèrement la résistance mécanique d'un BAP aux jeunes âges [18].Par contre le superplastifiant utilisé à un effet secondaire sur le temps de prise et le développement de la résistance mécanique.

L6.2.1.1.Résistance à la compression :

Un béton Autoplaçant avec un rapport E/L similaire, aura généralement une résistance légèrement plus élevée en comparaison à celle du béton ordinaire à cause du manque de vibration donnant une meilleure interface entre les agrégats et la pâte durcie [19].

L6.2.1.2.Résistance à la traction :

Pour une résistance à la traction donnée d'un BAP, la résistance à la traction est comparable à celle d'un béton ordinaire car le volume de pâte (ciment + fines + eau) n'a aucune influence sur la résistance à la traction [20].

D'après Klug [20] la résistance à la traction des BAP est supérieure à celle des bétons vibrés, elle peut aller jusqu'à 40%.

Choi et al. [21] ont montré qu'il existe une relation entre la résistance à la compression et la résistance à la traction, cette relation est donnée par la formule suivante fs=0.076fck+0.5582.

I.6.2.2.Module d'élasticité :

Les agrégats présents une grande masse du volume de béton, le type et la quantité et les modules d'élasticité ont une grande influence sur le module d'élasticité du béton. Si en utilisant des agrégats ayant un module élevé augmentera le module d'élasticité du béton. Par contre, un béton ayant un grand volume de pâte pourrait affaiblir la valeur du module d'élasticité du béton. Parce que les bétons autoplaçants ont un grand volume de pâte, leurs modules d'élasticités peuvent être plus faibles comparés à ceux des bétons traditionnels.

25

proportionnel à la racine carrée de la résistance à la compression donc il existe une corrélation directe entre les deux.

Alors ; plus la résistance est élevée plus le module d'élasticité est élevé.

MA El:

k+ndeD.srr715. twon.++ u - ^aea Ear⁷is ro Migre- p
· ORS E3^.7 5. OIE

Ela =41043Pa ive 60

e. 70 10=3.44

40 50 f? 70 80

inlisistance en compression ( Pal

55000

50000

Tri

E450 00

40¹000

35000

30000

25000

20000

nfl

Figure 1.2 : Evaluation du module du béton en fonction de sa résistance [24].

I.6.2.3.Retraits :

Plusieurs travaux ont comparé le retrait plastique du BAP et celui du béton vibré observé des retraits plastiques deux à trois fois plus grands pour les BAP que pour les bétons ordinaires.

Selon Turcry [25] ; l'amplitude maximale du retrait plastique des BAP est environ cinq fois supérieure à celle des bétons ordinaires.

Ces differences semblent pouvoir s'expliquer par deux paramètres de formulation qui changent d'un type de béton à l'autre : un rapport eau/fines (E/F) plus faible pour les BAP et un dosage en superplastifiant des BAP plus fort qui retarde leur prise [13].

26

Figure 1.4 : Comparaison des retraits endogènes d'un béton vibré et cinq BAP [24].

Figure 1.3 : Amplitudes maximales des BAP et Bétons ordinaires [25].

Le retrait endogène qui est du à l'hydratation, les BAP présentent des déformations comparables à celles des bétons vibrés et le retrait endogène dépend de la quantité d'eau disponible dans le béton.

D'après Hu et Barbieri [26] attribuent aux BAP un retrait endogène inférieur ou égal à celui des bétons vibrés.

BT BANI 1 T BAN2 -- BAN3 F BAN4 BANS

Age après ilemoulage (Jouir)

100 150 200 250

Donc il sera d'autant plus fort que son rapport E/C sera fable (ou sa résistance en compression élevée) .Pour des bétons à faible rapport E/C, le retrait endogène des BAP est comparable à celui des bétons vibrés [27].

27

Sonebi et Bartos [17] ont observé des retraits de séchage des BAP moins importants que ceux des bétons vibrés (une quantité de ciment et rapport FIC équivalents, volume de pâte différent).

D'après Neville [28], l'augmentation du volume de pâte pour la même quantité d'eau et diminuer le rapport FIL conduit à diminuer le retrait de séchage.

Figure 1.5 : Comparaison des retraits de séchage d'un béton vibré et cinq BAP [26].

I.7.Formulations des BAP :

De multiples approches se sont développées à travers le monde pour la formulation d'un béton autoplaçant. Dans ce qui suit, un exposé général sur les approches principales.

I.7.1.Approche japonaise (méthode générale) :

Considérée comme la méthode générale de formulation, l'approche japonaise a été développée à l'Université de Tokyo par Okamura, Orawa et al [29].

Cette approche 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 et pour satisfaire les critères d'ouvrabilité [13].

28

Le volume des gros granulats est fixe et le volume absolu est égal à 50% du volume solide, Les chercheurs japonais ont montré que le risque de blocage est minimisé pour ce volume du gravillon. Le volume du sable est posé forfaitairement à 40 % du volume de mortier du béton. La fluidité du béton est garantie par la réduction des frictions granulaire [6-30].

Le volume de la pâte étant important ce qui peut conduire à des problèmes de retrait donc des plusieurs modification sont apportés à cette méthode, Edamatsu et al. [31] ont réussi grâce à l'utilisation des additions minérales (fille de calcaire, cendre volante et le laitier) à augmenter le volume de sable dans le mortier et à diminuer le volume de la pâte.

I.7.2.Approche CBI (suédoise) :

La méthode de formulation suédoise est développée par CBI (Cement och Betong Institutet) [31-32-33]. 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. Pour chaque taille de granulats, les auteurs 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) [17].

Bui et al. [34] ont ajouté un volume de la pâte pour assurer un espacement minimal entre les granulats a fin réduire les frottements entre les granulats.

I.7.3.Approche du laboratoire central des ponts et chaussées LCPC (France) :

Cette approche est 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 [35-36]. Un arrangement optimal du squelette granulaire permet d'obtenir une meilleure résistance et une plus grande ouvrabilité. 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. Les auteurs ont modélisé le comportement à l'état frais du béton à partir de la compacité de son squelette granulaire.

Cette approche est basée sur un logiciel (BétonlabPro 2) qui permet de déterminer des formulations de différents types de bétons (Bétons à haute performance, bétons ordinaires, bétons secs pour démoulage immédiat, bétons autopla.çants) [36].

29

I.8.Conclusion :

A l'issue de ce chapitre nous pouvons tirer quelques conclusions :

· Le béton autoplaçant se compacte sous l'effet de la gravité, sans vibration.

· Une fluidité et viscosité élevé sans aucun risque de ségrégation.

· Capacité de passage dans les milieux confinés

· Capacité de remplissage sans l'intervention humain (pour la mise en place).

· Une résistance à la compression et à la traction avec un module d'élasticité comparable à celle du béton ordinaire.

· Le retrait plastique est plus important que celle du béton ordinaire.

· Le principe des formulations consiste à choisir une proportion optimale des différents constituants pour obtenir les meilleures caractéristiques du béton.

· Le facteur le plus important dans la formulation d'un BAP est l'eau. En effet, le principe de ce type de béton est de diminuer la quantité d'eau utilisée tout en assurant une bonne maniabilité et une résistance à la ségrégation à l'état frais. La diminution de la teneur en eau conduit à de bonnes caractéristiques mécaniques.

Chapitre II : Revue bibliographique Valorisation de pneus usagés sous forme de granulats dans les matériaux a base

cimentaire

30

Chapitre II : valorisation de pneus usagés sous forme de granulats dans les matériaux a

base cimentaire

11.1 .Introduction :

Actuellement, la plupart des granulats utilisés sur le marché et dans la fabrication du béton sont des granulats naturels issus de can-ières ou de l'extraction des lits des fleuves ou des fonds marins. Pour la conservation de ces ressources naturelle et la protection de l'environnement il faut trouver des autres matériaux qui peuvent les remplacer.

Les granulats recyclés de déchets peut être considéré comme un matériau de remplacement qui permet : [37]

· La réduction des quantités des déchets dans les décharges.

· Une économie de la ressource naturelle.

· une réduction du transport des matériaux, donc une réduction de la consommation d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre.

Les pneus en caoutchouc représentent 60% de la production industrielle en caoutchouc dans le monde [38]. Le stockage des pneumatiques usagés sont devenus des préoccupations graves pour l'environnement à travers le monde. Des centaines de millions de pneus usagés, sont cumulés dans des décharges dans les États-Unis et de nombreux autres pays à travers le monde, chaque année [39-40-41].

La valorisation des pneus usagés qui nécessitent souvent une technologie avancée, sont généralement concentrées dans les pays riches. Le développement de nouvelles techniques de valorisation des pneus usagés, reste cependant toujours en grande demande partout dans le monde.

II.2.Définition de caoutchouc :

Le caoutchouc c'est une matière est plutôt importée principalement du Brésil, de Thailande, d'iode, d'Indonésie, du Sri Lanka et de la Malaisie. Le caoutchouc naturel est obtenu à partir du latex, extrait d'un arbre a gomme appelé Hévéa brasiliensis. Il se présente sous la forme d'un liquide d'apparence laiteuse. Le caoutchouc synthétique, est produit chimiquement à partir de produit pétrochimique Polysar Rubber, filiale de Bayer AG [42-43], Les matériaux bruts utilisés dans la fabrication des caoutchoucs synthétiques sont les suivants :

31

· Iso butylène

· Isoprène

· Styrène

· Butadiène

· Acrylonitrile

II.3.Les pneumatiques :

Un pneu de voiture est un mélange à base de caoutchouc naturel, qui est obtenu du latex extrait d'un arbre appelé Hévéa brasiliensis, ou caoutchoucs synthétiques, dérivés de pétrole. Avec de noir de carbone, d'aciers et de textile divers. Dans le but d'améliorer la performance et la sécurité donc un certain nombre de composants sont ajoutés à la formulation : accélérateurs, antioxydants, antiozone, agents de vulcanisation, pigments, plastifiants, agents de renforcements et résines. La constitution d'un pneu varie peu entre les pneus de véhicules légers et poids lourds [38-42-44].

Le Tableau 2.1 : présente les différentes matières contenues dans le pneu ;

Tableau 2.1 : Constitution moyenne en masse des pneus [45].

Matériaux	Pneu tourisme		Pneu poids lourd	caoutchoucs
47%	43%		Noir de carbone
21.5%	21%		Acier
16.5%	27%		Textile
5.5%	-		Oxyde de Zinc
1%	2%		Soufre
1%	1%		additif
7.5%	6%

32

11.4. Problématique des déchets pneumatiques :

Le nombre de pneus usés est en augmentation, chaque année, par le simple fait de l'augmentation du parc automobile. D'après Batayneh [46], plus de 275 millions de pneus usagés sont stockés à travers les Etats Unis. Siddique & Naik [47], ont rapporté que le poids approximatif de pneus usagés généré chaque année aux Etats Unis est environ de 3,6 millions de tonnes.

Selon un rapport récent de l'Agence Américaine de protection de l'environnement (U.S EPA), plus de 2 milliard de pneus usagés sont stockés à travers les Etats Unis avec des difficultés d'exploitation de ces stocks qui due au coût élevé Eldho, Abraham et al. [48].

Il faut distingue les pneus usagés (PU) et les pneus usagés non réutilisables (PUNR), En effet un pneu usagé peut avoir une deuxième ou une troisième vie après rechapage. Des traces de vieillissement apparaître sur les (PUNR) telles les fissurations de la bonde de roulement, donc sont des pneus impropres à la procédure de rechapage. Ils peuvent être valorisés soit énergétiquement (combustibles) ou par déchiquetage (granulats ou poudrettes) [49-50].

Le Tableau 2.2 regroupe la situation des déchets de caoutchouc en 2006 dans les pays développés. On remarque que certains pays Européens et le Japon ont utilisé des techniques de valorisation des déchets pneumatique pour réduire la quantité dans les décharges.

Tableau 2.2 : Situation des déchets de caoutchouc en 2006 sur les pays développés [48].

Type de traitement	USA (%)	U.K (%)	Allemagne (%)	France (%)	Italie (%)	Belgique (%)	Pays- Bas (%)		Japon (%)	Décharge
58	23	9	45	40	10	-	12		Retraitement
19	31	18	20	22	20	60	24		Energie
11	27	45	15	23	30	28	39		Export
5	3	16	4	2	25	-	6		Recyclage
7	16	12	16	12	15	12	19

33

Depuis 2004, chaque année, l'Algérie importe en moyenne 49,62 milliers de tonnes de pneumatiques en caoutchouc, selon l'Agence Nationale de Promotion du Commerce Extérieur. Sachant que chaque pneu neuf vendu génère un pneu usagé, et tenant compte de la perte de masse (un pneu VL perd environ 1 kg de gomme et un pneu PL environ 4 kg) qui due à l'usure du pneu une fois usé, on se retrouve avec environ 45,65 milliers de tonnes de pneus usagés, chaque année.

D'après Garrick [51], l'emplacement des pneumatiques usagés entiers dans les décharges nous obligent à rechercher de nouveaux espaces pour palier à son nombre croissant, car les pneumatiques sont des produits volumineux (75% de l'espace occupé par un pneu entier représente des vides). En revanche, le processus de déchiquetage et broyage permet de réduire considérablement le volume occupé, mais augmente le coût.

Les caractéristiques des pneumatiques pour véhicule léger (VL) et poids lourds (PL), sont présentées dans le tableau 2.3.

Tableau 2.3 : Les caractéristiques des pneumatiques [50-52].

Caractéristiques	(VL)		(PL)	Poids moyen
7 kg	50 kg		Densité moyenne
0,2 entier	0,4 déchiqueté		Diamètre intérieur
0,30 m	0,55 à 0,66 m		Diamètre extérieur
0,60 m	1,10 à 1,20 m		Nombre de pneus 1m^3
20	3

II.5.Techniques de valorisation des déchets pneumatiques :

II.5.1.Le rechapage :

Permettant d'allonger considérablement la vie du pneu. Cette technique consiste à changer les bandes de roulement des pneus usagés réutilisable lorsqu'il a atteint sa limite d'utilisation pour le remettre de nouveau en service. Cette activité génère à son tour des déchets, dont la poudrette de caoutchouc [49].

34

11.5.2.La valorisation énergétique :

Le pneumatique est d'origine polymérique qui a un excellent pouvoir calorifique (3 tonnes de pneus = 2 tonnes de fuel). La valorisation énergétique, est limitée en France où 18 % des pneus usagés sont valorisés, 63 % au Japon, 44 % en Allemagne et 29 % en Grande-Bretagne. Les pneus usagés sont utilisés en tant que combustible pour la production cimentaire et d'énergie électrique, du papier, de la chaux et de l'acier [49-53].

11.5.3. La valorisation sous forme de matières premières :

Les pneumatiques usagés peuvent êtres broyés en poudrettes ou en granulés de caoutchouc. Ces produits sont utilisés en combinaison avec d'autres matériaux.

Poudrettes : il s'agit de particules de caoutchouc dont les dimensions sont inférieures à 2mm. Granulés : il s'agit de particules de caoutchouc d'une taille supérieure à celle des poudrettes.

11.5.4.Technique pneusol :

Cette technique consiste à utiliser des pneus usagés entiers dans des applications géotechniques, actuellement plus de 250 ouvrages en Pneusol ont été construits en France et dans d'autres pays comme l'Algérie, les Etats-Unis, la Jordanie ou le Brésil etc. dans différents domaines du Génie Civil (remblai léger, mur de soutènement, protection de pente et etc.) [38-49].

11.6.Effets de G.C. sur les propriétés des bétons :

II.6.1. À l'état frais :

11.6.1.1.L'ouvrabilité :

L'ouvrabilité du béton c'est la facilité avec laquelle le béton est malaxé, transporté et mis en place. Dans le but d'examiner l'effet de la substitution partielle du volume total de granulats par le caoutchouc sur les propriétés du béton. Gtineyisi et al. [54] ont étudié les propriétés mécaniques des bétons de caoutchouc par substitution des granulats naturels par des G.0 (de 2,5 à 50 %) du volume total Pour le dosage de 50% de G.C., l'affaissement est presque nul

35

10 15 20 25 30 35 40 45 50
Rubber content by total aggregate volume CO

· SFO
· SF5
· SF10 ---SF15 SF2O

Figure 2.6 : Influence de G.C. sur l'affaissement [54].

D'après l'étude réalisée par Khaloo et al. [55] ; Ils ont indiqué que les mélanges préparés à base de particules fines de caoutchouc présentent une ouvrabilité plus grande par rapport à ceux préparés avec des particules plus grossières.

10 20 30 40

Tire content (mar) of total aggregates

Figure 2.7 : Influence de G.C. sur l'affaissement [55].

36

Pour ce qui concerne le béton autoplaçant, Garros [56] a montré que l'adjonction de G.C. dans des bétons autoplaçant (BAP) entraîne une modification des propriétés à l'état frais, la modification la plus remarquable étant la chute de l'étalement avec l'augmentation du taux d'incorporation. Garros a conclu que l'augmentation du dosage en G.C. se fait au détriment de l'ensemble des paramètres rhéologiques. L'incorporation de ces granulats conduit à des mélanges plus visqueux et présentant des seuils de cisaillement plus importants.

11.6.1.2.Masse volumique :

La masse volumique d'un béton dépend de sa composition en particulier de la densité des granulats utilisés. Le béton incorporant des G.C. en substitution des granulats naturels a une masse volumique plus faible que celle du béton ordinaire.

Gtineyisi et al. [54] ont observé une chute de 25% de la masse volumique avec un taux de substitution de 50% de G.C. par rapport au béton de référence .Kaloush et al. [57] ont aussi indiqué que la masse volumique diminue approximativement de 102 kg/m3 pour chaque 22,7 kg de G.C. ajouté.

2400

E

m 2200

.2 2000

1800

1600

0 25 50 75 100 125 150 Masse du caoutchouc (kg)

2400 - i E 2300* - 2200 aa 2100 2000 ,ç 1900 1800 1700

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Rubber content by total aggregate volume (%)

SFO
· SF5 -*- SF10 5F15
· SF20

(a) (b)

Figure 2.8 : Variation de la masse volumique du béton incorporant des G.C., [54]-a, [57]-b.

37

II.6.2.À l'état durci :

11.6.2.1.Résistance en compression :

Le béton est un matériau qui travaille bien à la compression, et cette caractéristique dépend de plusieurs paramètres ; la qualité des constituants, le dosage des matériaux utiliser, la porosité et les conditions de réalisation, etc.

Certains chercheurs ont modifié cette caractéristique par le changement des paramètres du béton par l'incorporation des G.C. dans le béton, mais la substitution de granulats naturels par des G.C. entraînait inévitablement une chute de la résistance en compression.

Eldin et Senouci [58] ont observé une chute d'environ 85% de la résistance en compression et de 65% lorsqu'on substitue totalement le gravier et le sable par des G.C. de granulométrie équivalente, ceci est confirmer par Khatib et al. [59] ont montré une chute de la résistance en compression de 90% entre un béton de référence et un béton incorporant plus de 60% de G.C. A partir de cette étude, les auteurs ont conseillé de ne pas dépasser un taux de substitution de 20% du volume total de la phase granulaire.

Figure 2.9 : Influence de l'adjonction de G.C. sur la résistance en compression [59].

38

Les résultats obtenus par Garros [56] montrent que la présence de G.C. dans un béton autoplaçant (BAP) est très préjudiciable vis-à-vis de la résistance en compression. Une chute jusqu'à 86% de la résistance est observée pour les composites les plus dosés en G.C. Dans l'application visée, une résistance en compression minimale de l'ordre de 5 MPa lui a imposé un taux maximal de substitution de 25%.

· 40 c 30

F

20

⁵V

0°'ô

15%

20%

25%

Rcomp d 7 jours

Rcomp i _8 jours

50

~.

ce
· 10

Taux de substimion (b)

Figure 2.10 : Influence du dosage en G.C. sur la résistance en compression à 7 et 28 jours
(BAP dont le sable 0-4mm remplacé par des G.C. 0-4mm) [56].

II.6.2.2.Résistance en traction :

La résistance du béton à la traction est faible par rapport à la compression. Kaloush et al. [57] ont montré que l'augmentation du contenu en G.C. dans le béton entraîne une réduction de la résistance à la traction par fendage.

Biel et Lee [60] Ont étudié l'effet du type de ciment sur la résistance en traction du béton incorporant des G.C. Ils ont utilisé deux types de ciment : ciment portland et ciment magnésium oxychlorure, avec un dosage de 25 % de G.C. leurs résultats montrent que la résistance se maintenu à 20 % pour le béton à base de ciment portland par rapport à un béton référence, et de 34 % pour le béton à base de ciment d'oxychlorure de magnésium par rapport à un béton référence.

Güneyisi et al. [54] ont signalé que la chute de la résistance du béton incorporant des G.C., en traction est moins importante par rapport à celle observée en compression.

39

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Rubber content by total aggregate volume (%)

· SFO SF5 SF10 SF15
· SF20

Figure 2.12 : Taux de réduction des résistances [46].

Figure 2.11 : Influence du taux de substitution de G.C. de fumée de silice sur la résistance à
la traction par fendage [54].

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						I
						i i

0 20 40 60 80 100

Dosage en caoutchouc (0r0)

1Ut

80

Chutes de resistance

60

40

20

o

Apres des essais Batayneh et al. [46], ont constaté que les taux de réduction des différentes résistances sont très proches.

40

II.6.2.3.Module d'élasticité :

Au même titre que les résistances en compression et en traction, de nombreux travaux confirment que l'incorporation de G.C. induit une chute importante du module d'élasticité.

Gtineyisi et al. [54] montrent une baisse de 83% du module d'élasticité lorsque la moitié du volume granulaire est remplacé par des G.C.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Rubber content by total aggregate volume (%)

· SF0
· SF5
· SFIO SF15 x SF20

Figure 2.13: Variation du module d'élasticité du béton incorporant G.C. [54].

Dans une autre étude de Ganjian et al. [61] des granulats naturels sont remplacés dans des proportions de 5, 7,5 et 10 % par des granulats en caoutchouc dont la dimension maximale est de 25 mm en masse des gros granulats naturels. Leurs résultats montrent que le module d'élasticité se réduit de 30 % par rapport à un béton référence lorsque le taux d'incorporation des G.C. est de 10%.

41

Référence 5% 7.5% 10%

Substitution en G.C. (% de la masse)

Figure 2.14: Influence des G.C. sur le module d'élasticité [61].

II.6.2.4.Capacité de déformation :

Malgré la chute de résistance (compression et en traction) et le module d'élasticité, les chercheurs ont arrivé après des essais sur l'adjonction des G.C. dans un béton à des résultats qui change un peu la première idée.

Turatsinze et al. [62] ont montré dans un autre travail l'effet de l'adjonction des G.C. ces chercheurs ont fait l'hypothèse que les granulats en caoutchouc se comportent comme des trous lorsqu'une fissure débouche à leur interface avec la matrice cimentaire.

Cette hypothèse est basé sur une ancienne technique qui, pour ralentir la propagation d'une fissure dans le métal, par le perçage d'un trou à l'extrémité de la fissure. Donc ces auteurs utilisent cette idée par le remplacement de sable par des G.C. dans des proportions volumiques de 20 et 30%.aprés un essai de traction directe sur les mortiers. Ils ont constaté que le niveau d'allongement pour les mortiers incorporant des G.C. est plus important à celui de béton référence avant le demain post-pic.

Figure 2.16: Comportement en flexion des blocs de béton caoutchouc [63].

42

Figure 2.15: Influence de l'incorporation de G.C. sur la capacité de déforrrration en traction

directe [62].

Ceci a été confirmé par Sukontasukkul et al. [63] que les blocs de béton incorporant des G.C. présentent une flèche significativement plus importante en comparaison du bloc en béton de référence.

43

Garros [56] a montré pour le cas d'un béton autoplaçant (BAP) que la flèche associée à la charge maximale en flexion est plus importante lorsque le volume de sable remplacé par des granulats en caoutchouc (0, 30 et 50%) est plus élevé.

Figure 2.17: Courbes `force-flèche" en flexion -- effet du remplacement partiel du sable par
des G.C. dans un BAP [56].

II.6.2.5.Retrait :

Le phénomène de retrait est un facteur très important dans la pratique. Il correspond à des variations dimensionnelles avant, pendant et après la prise des bétons. Certains chercheurs ont étudié l'influence des G.C. sur le retrait du béton et leurs résultats montrent que le retrait du béton caoutchouc est plus élevé que celui du béton de référence.

Turatsinze et al. [62] montrent que les variations dimensionnelles des mortiers incorporant des G.C. sont plus élevées que celles du mortier de référence.

44

Figure 2.18: Evolution du retrait total des mortiers en fonctions du taux de substitution en

G.C. [62].

Garros [57] a étudié l'influence de la présence de G.C. de retrait dans le cas d'un béton autoplaçant (BAP). Comme attendu, la présence des G.C. entraîne dans ce cas aussi une augmentation du retrait. Plus le dosage en G.C. est important, plus le retrait est élevé. G.C.

II.6.2.6.Absorption acoustique :

Le son est une vibration mécanique, qui se propage sous forme d'ondes longitudinales, sa propagation dans les solides provoque des vibrations. Quelques chercheurs trouvent que le béton incorporant de granulats en caoutchouc à un potentiel pour amortir les ondes. L'absorption acoustique dépend du coefficient d'absorption acoustique (a) qui est comprise entre 0 et 1. Zéro représente l'absence d'absorption (réflexion totale), et 1,00 représente l'absorption totale du son [38].

Figure 2.20: Influence du dosage en G.C. sur le coefficient d'absorption acoustique [38].

45

		Matériau
P
								Son transmis (PO
			Son absorbé P( ab)
Atios ·e'^ll
				1

Figure 2.19: Comportement d'un son incident à la surface d'un matériau [38].

Ce coefficient varie selon la fréquence et le pourcentage d'incorporation des G.C. dans le béton. On peut remarquer que ce décalage vers les hautes fréquences s'accompagne d'une augmentation de l'amplitude de pic lorsque le taux d'incorporation des G.C. augmente.

Cette courbe représente l'influence des G.C. coefficient d'absorption acoustique.

.1]

2,- 0.8

I I Ia :^,2:::::^-. 0

--M--

^1,1^1

7

O

^0 f1 03 0.6

O

li\iiiiiiii

t f1 0.4 O

03

f1 U.2

^111111116.

O 0.0

u

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 55.00

Fréquence (Hz)

La porosité du béton incorporant de G.C. est plus importante. L'air remplit les pores du béton et limite la conduction de la chaleur, à cause de la fable conductivité de l'air qui entrain lors

46

Les matériaux absorbants acoustiques sont des matériaux à porosité ouverte et interconnecté. L'intérieur des pores est rempli d'air. Ils agissent en dissipant l'énergie acoustique de l'onde incidente en d'autres types d'énergies. Donc le volume des pores du béton incorporant des granulats de caoutchoucs augmente l'absorption acoustique. Park et al. [64] ; indiquent que la surface spécifique des pores dû aux G.C. augmente la capacité d'absorption acoustique du matériau.

II.6.2.7.Conductivité thermique :

La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des matériaux lors des transferts de la chaleur. Cette grandeur dépend principalement de la nature des matériaux et la morphologie du milieu (matrice solide et réseau poreux) et à la teneur en eau, donc des conditions de conservation dans le cas d'un béton. En effet, la conductivité thermique de caoutchouc est faible par rapport à celle des granulats naturels, Plus la conductivité thermique du granulat est faible, plus faible sera celle du béton.

La conductivité thermique diminue avec l'augmentation du dosage de G.C., cette figure montre l'influence de dosage de G.C. sur la conductivité thermique [38].

Figure 2.21 : Influence du dosage en G.C. sur la conductivité thermique [38].

47

du malaxage conduit à une porosité fermée dans la matrice cimentaire ce qui améliore encore les performances d'isolation du composite cimentaire incorporant des G.C. Benazouk [65].

Giil et al. [66], Blanco et al. [67] et Demirboga et Gill [68] ; ont montré que la conductivité thermique du béton diminue avec la réduction de sa densité, donc en constate que la faible conductivité thermique d'un béton incorporant des G.C. , est due aussi à la faible densité du caoutchouc.

II.7.Conclusion :

Dans ce chapitre nous avons présenté la problématique des déchets pneumatiques, après les techniques de valorisation (rechapage, valorisation énergétique, la technique des pneusol et la valorisation sous forme de poudrettes ou granulats dans les matériaux à base cimentaire).

La présence des granulats de caoutchouc dans le béton, conduit à une diminution de l'ouvrabilité et de la masse volumique, avec une chute des résistances mécaniques (en compression et en traction).

Malgré cette mauvaise influence sur les caractéristiques du béton a l'état frais et à l'état durci, le béton incorporant des G.C. possède une capacité de déformation plus importante à celle de béton référence.

A la fin on a constaté que les granulats de caoutchouc incorporant dans le béton, augmentent le coefficient d'absorption acoustique, et la conductivité thermique diminue lorsque le taux d'incorporation en G.C. augmente.

Parti II : Etude expérimentale

Chapitre. III : Matériaux et essais

48

Chapitre. III : Matériaux et essais.

III.1.Introduction :

Dans ce chapitre nous présentons les différentes étapes qui ont permis de formuler ces composites en passants par la caractérisation des matériaux utilisés, ainsi que les essais effectués sur béton a l'état frai et à l'état durci

III.2.Caractéristiques des matériaux utilisés :

1II.2.1.Le Ciment :

Le ciment choisi dans cette étude est du type CEM II 42,5 produit par l'usine de M'sila en Algérie. L'objectif du choix de ce type de ciment est de développer la résistance à 28 jours qui est de 42.5 MPA, sa masse spécifique est de 3.08 g/cm³ et sa surface spécifique de Blaire (SSB) est de 3000 cm²/g. Les caractéristiques chimiques et minéralogiques de ce ciment sont présentées dans le Tableau 3.4 : [69]

Tableau 3.4 : Caractéristiques chimiques et minéralogiques du ciment. [69]

Composition chimique (%)
CaO	SiO2	Al2O3		Fe2O3	MgO	SO3	Na2O	K2O		PAF	P2O5	TiO2
58.83	16.80	4.46		2.94	1.68	2.35	0.03	0.60		11.74	0.15	0.22
Composition minéralogique (%)
C3S			S			C3A			C4AF
58-64			12-18			6-8			10-12

1II.2.2.Le Gravier :

Le gravier utilisé est un gravier concassé composé de deux classes granulaires : la classe 3/8 et la classe 8/15 (figure 3.22). Les deux graviers provenant de carrière de Sétif .Nous avons jugé utile de favoriser la quantité de la classe 3/8 par rapport à celle de la classe 8/15 pour éviter tout risque de blocage et de ségrégation. Leurs caractéristiques principales sont résumées dans le tableau 3.5 ainsi que les courbes granulométriques du gravier utilisé sont données dans la figure 3.25.

49

Tableau 3.5 : Caractéristiques des granulats.

Granulats	Classe granulaire (mm)	Densité absolue	Densité apparente	Coefficient d'absorption
Gravier	3/8	2.57	1.44	1%
	8/15	2.53	1.47	1%

Figure 3.22: Graviers concassé.

1II.2.3.Le Sable :

Le sable utilisé provient de la région d'OUED SOUF (figure 3.23). La taille de ces granulats est comprise entre 0 et 5 mm. La courbe granulométrique du sable utilisés est donnée dans la figure 3.25. Les caractéristiques du sable sont représentées dans le tableau ci-dessous :

Tableau 3.6: Caractéristiques physiques et mécaniques du sable.

Granulats	Sable
Masse volumique apparente (Papp) (kg/I)	1,650
Masse volumique absolue (gabs) (kg/I)	2,580
Coefficient d'absorption (%)	1.34
Module de finesse	2.53
Equivalent de sable visuel (%)	80.33
Equivalent de sable au piston (%)	77.33

50

ab e de Ouen

Figure 3.23: Sable d'OUED SOUF.

I.2.4.Les granulats en Caoutchouc :

Les granulats en caoutchouc utilisé proviennent de la zone industrielle d'OUED SEMAR (figure 3.24). Ces granulats issus du broyage de pneus usagés ont été utilisés en remplacement volumique partiel du sable. Les caractéristiques principales des G.0 utilisés sont présentées dans le tableau 3.7. La courbe granulométrique du G.0 utilisés est donnée dans la figure 3.25.

Tableau 3.7 : Caractéristiques des granulats de caoutchouc.

Granulats	Classe granulaire (mm)	Densité Absolue	Densité apparente	Coefficient d'absorption
Caoutchouc	0/2	0.77	0.484	0.24

Figure 3.24: Granulats en caoutchouc.

51

Gravier 8/15 --f-gravier 3/8 --A--sa ble --X--caoutchouc

0,01 0,1 1

Ouverture du tamis (mm)

10

J

·

100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00

0,00

Pourcentage cumulés (%)

Figure 3.25: Courbe granulométrique du sable et caoutchouc et gravier naturels.

BI.2.5.Superplastifiants :

Dans cette étude le superplastifiant utilisé est de type MEDAFLOW 30 de la société Granitex, c'est un haut réducteur d'eau de la troisième génération. Il est conçu à base de polycarboxylates qui améliore considérablement les propriétés des bétons. La plage de dosage recommandé est de 0,5 à 2 % du poids du ciment soit 0.46 à 1.85 litres pour 100 Kg de ciment.

BI.2.6.L'eau de Gâchage :

L'eau utilisée pour la confection du mélange est l'eau du robinet de laboratoire exempte d'impuretés.

BI.3.Formuations adoptées :

La formulation adoptée est basée sur la formulation proposée par le japonais OKAMURA et appelée la méthode générale, le choix des différentes quantités des constituants (S/M, E/P) a été fait sur la base de travail de Boukendakdji dans sa thèse de doctorat [13].L'objectif de la formulation est de déterminer la quantité nécessaire pour chaque matériaux de la gâchée, le rapport Eau/P qui est fixé à 0.40 ainsi que le rapport superplastifiant/C. 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.

52

III.3.1.Formulation du mortier :

Le but de formulation du mortier est d'optimiser le dosage en superplastifiant, en gardant les rapports S/M et E/C constants (S/M=0,50 et E/C=0,40) et faire varier le pourcentage du superplastifiant de 0.8 à 1%. Les quantités des constituants du mélange (ciment, sable, eau et superplastifiant) ont été calculées à l'aide d'un programme Excel (Annexe A).

La séquence de malaxage est le même pour tous les mélanges du mortier.

· 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 5 litres de capacité)

· Malaxer pendant une (1) minute avec la première quantité d'eau (Eaul = 70% Eau)

· 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.

La séquence de malaxage du mortier est mentionnée sur la figure 3.26.

Ciment + sable Eau 1= 70 Eau2 TT 51, Eau2 +sp

Arrét de malaxage

Temps

lmn

2 mn 5 mn

Figure 3.26: Séquence de malaxage du mortier [70].

III.3.1.1.Essais effectués sur mortier :

III.3.1.1.1.Essai d'étalement au mini cône :

L'essai d'étalement consiste à remplir le mini cône placé sur une surface horizontale lisse, une fois le cône est soulevé, le diamètre d'étalement du mortier est mesuré suivant deux directions perpendiculaire pour retenir la moyenne. Le diamètre de la galette du mortier doit être compris entre 270 et 330 mm pour avoir un mortier autoplaçant. La figure 3.27.montre le dispositif de l'essai d'étalement pour mortier.

53

Figure 3.27: Essai d'Etalement pour Mortier.

III.3.1.1.2.Essai à l'entonnoir en V (V-Funnel test) :

L'objectif de cet essai est de mesuré le temps d'écoulement 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. La figure 3.28.montre le dispositif de l'essai à l'Entonnoir en V pour mortier.

Figure 3.28: Essai à l'Entonnoir en V pour Mortier.

III.3.2.Formulation du béton autoplaçant de référence :

Cette formulation a été basée sur la méthode japonaise dite méthode générale. Le calcul de dosage des différents constituants (ciment, sable, gravier, ajout, eau et superplastifiant) a été fait à l'aide d'un programme Excel basé sur cette méthode en tenant compte des caractéristiques des granulats (absorption, humidité...etc.) (Annexe B). Les mélanges ont été confectionnés dans un malaxeur traditionnel d'une capacité de 40 litres. La figure 3.29 présente la procédure de malaxage [70].

54

· Calculer les proportions du ciment, sable, caoutchouc, gravier 3/8, gravier 8/15 et superplastifiant (voir Annexe B).

· Malaxer le sable, ciment, gravier (3/8 et 8/15) et les granulats en caoutchouc pendant 30 secondes pour homogénéiser le mélange.

· Ajouter pendant 1 minute la première quantité d'eau (Eaul = 70% Eau) ;

· Ajouter le superplastifiant dilué dans le restant de l'eau de gâchage (Eau2 = 30% Eau) ;

· Malaxer pendant 5 minutes ;

· Arrêter le malaxeur et laisser le mélange au repos pendant 2 minutes ;

· Remalaxer pendant 30 secondes.

C+5+0

a aI r~a Malaxage Malaxaze Anê1

se~ pe ndant ¹ mn pendard him pendant 5nm I 2 nrn 10 secs Temps (secs)

30 90 IFO 450 STO 6(1 T

0

Eau! Eau2 + Sp

Malaxage

Figure 3.29: Séquence de malaxage du béton autoplaçant [70].

III.3.2.1.Essais effectués sur béton :

111.3.2.1.1. Essai à l'état frais :

1I.3.2.1.1.1. Essais d'étalement au cône d'Abrams et T50

ICet essai permet d'évaluer l'écoulement en milieu non confiné, donc d'évaluation de l'ouvrabilité ou la déformabilité du béton et de mesurer son étalement sous son propre poids sans un aucun obstacles. Une fois le cône est soulevé, on mesure le diamètre de la gaieté suivant les deux directions perpendiculaire pour retenir la. moyenne (figure 3.30).

Le tableau 3.8 présente la classification des BAP selon l'étalement. [11]

55

Figure 3.30: Essai d'étalement au cône d'Abrams.
Tableau 3.8 : Classes des BAP selon l'étalement. [11]

CLASSE		ETALEMENT en mm		SF1
550		à650	SF2
660		à750	SF3
760		à850

Avec le même essai, on mesure le temps d'écoulement T50, qui correspond au temps nécessaire pour atteindre un diamètre de 500 mm. Cette valeur peut donner des informations concernent l'homogénéité du mélange et la résistance à la ségrégation.

III.3.2.1.1.2. Essai à l'entonnoir en V (V-Funnel test) :

Essai à l'entonnoir en V (figure 3.31) permet d'évaluer la mobilité en milieu confiné Cet essai est destiné à imposer un écoulement du même type que celui imposé entre deux armatures parallèles. [71]

L'entonnoir est rempli de béton, puis on laisse reposer pendant 1 minute, après on mesure le temps d'écoulement entre le moment où la trappe est libre et le moment où on aperçoit le jour par l'orifice, en regardant verticalement vers le bas de l'entonnoir. [72]

56

Figure 3.31 : L'essai d'entonnoir en V (V-Funnel).

III.3.2.1.1.3.Essai à la boite en L (L-box) :

Cet essai permet de tester la mobilité du béton en milieu confiné et de vérifier que la mise en place du béton ne sera pas contrariée par des phénomènes de blocage au droit des armatures.

La partie verticale de la boite (figure 3.32) est remplis de béton (environ 12,7 litre), puis on laisse reposer pendant 1 minute pour voir s'il y a de la ségrégation. Ensuit on retire la trappe, ce qui provoque l'écoulement du béton dans la partie horizontale à travers une série d'armatures formé de trois barres d'armatures (1i16mm distante de 37.5 mm. Enfin quand le béton s'arrête de s'écouler, on mesure les hauteurs hl et h2, on vise un rapport h2/h1 d'au moins 0.8 (figure 3.33). [72]

Figure 3.32: L'essai à la boite en L (L--Box).

57

Figure 3.33: L'essai à la boite en L (L--Box). [13]

III.3.2.1.1.4.Essai de stabilité au tamis (résistance à la ségrégation) :

A travers cet essai, on peut déterminer le pourcentage en poids de laitance. Il caractérise le risque de ségrégation (figure 3.34).

Cet essai complète les essais permettant d'apprécier la mobilité, en milieu confiné ou non, en caractérisant la stabilité [72].

Pour la réalisation de cet essai, il faut verser 10 litres de BAP dans un seau et le couvrir pour le protéger de la dessiccation pendant 15 minutes. Après 15 minutes, il faut verser 4.8 kg #177; 0.2 kg de béton sur le tamis à une hauteur de chute de 50 cm #177; 5 cm et relever la masse de béton traversant le tamis. Le but est de déterminer la quantité de laitance dans le fond. [13-72] On calcule le pourcentage de la laitance selon l'expression suivante :

laitance X 100 'échantillon

59

III.3.2.1.1.5.Mesure de la masse volumique :

Pour mesurer la masse volumique à l'état frais un récipient d'un litre (figure 3.35), connaissant sa masse (ml) à vide, on pèse, la masse (m2) du récipient rempli d'un échantillon de béton frais [38]. La masse volumique est calculée selon la formule suivante :

m₂ -- m₁

	P=			Avec :

· p : masse volumique du béton frais (kg/1),

· ml : masse du récipient (kg),

· m2 : masse du moule plus la masse de béton contenu dans le récipient (kg),

· V : volume du récipient (v= 1L).

Figure 3.35: Mesure de la masse volumique.

I11.3.2.1.2. Essai à l'état durci :

III.3.2.1.2.1.Essai de compression :

Cet essai permet de vérifier la qualité du béton qui est généralement caractérisée par la mesure de la résistance à la. compression. Les éprouvettes sont des cubiques (axaxa) cm (1) ou des cylindriques (d, h) cm (2) (figure 3.36). Dans cette étude, les essais sont effectués sur des éprouvettes cubiques (10x10x10) cm, à 28 jours, à l'aide d'une presse de capacité de 3000 kN (figure 3.37), conformément à la. norme NF P 18-406 [73], la vitesse de chargement est de

60

0.5 kN/s. La résistance en compression correspond à la contrainte moyenne d'écrasement sur trois éprouvettes à chaque âge d'essai.

(2) (1)

Figure 3.36: Schématisation d'essai de compression

Figure 3.37: Essai de compression.

BI.3.2.1.2.2.La conductivité thermique :

Le dispositif utilisé pour déterminer les valeurs du coefficient de conductivité thermique est la méthode du fil chaud. L'appareillage utilisé est le CT-mètre développé par le SCTB (figure 3.38), conforme à la nonne NF EN 993-15 [74]. Les échantillons de forme cubique (10x 10x 10) cm ont été utilisés. Les éprouvettes ont étés conserves dans un bac avec 100% d'humidité et d'une température de 20 #177; 2°C. Les échantillons sont ensuite séchés grâce à une étuve à 105^°C jusque a une masse constante. La méthode du fil chaud permet d'estimer

61

la conductivité thermique d'un matériau et de la chaleur spécifique à partir de l'évolution de la température mesurée par un thermocouple placé à proximité d'un fil résistif

La sonde, constituée du fil résistif et du thermocouple dans un support isolant en kapton, est positionnée entre deux échantillons du matériau à caractériser Le CT-mètre, développé au SCTB. [74-75]

Figure 3.38: Essai de la mesure de conductivité thermique.

BI.3.2.1.2.3.Essai de retrait :

L'essai du retrait s'effectue sur éprouvette prismatique, de dimensions (7x7x28) cm. Les éprouvettes sont démoulées 24 heures après le coulage et sont conservées sans aucune protection. Équipés de plots métalliques à chaque extrémité. L'éprouvette est placée verticalement entre une bille métallique et un capteur, qui permet le suivi de sa longueur (figure 3.39). Les mesures se font pendant les 28 jours. [38]

62

Figure 3.39 : Essai de retrait.

III.3.2.1.2.4.Les essais non destructifs :

a) Essai au scléromètre (marteau de rebondissement de Schmidt) :

Le principe fondamentale de l'essai au scléromètre est que le rebond d'une masse élastique dépend de la dureté de la surface sur la quelle frappe la masse. Dans l'essai au scléromètre (figure 3.40) une masse de 1.8 kg montée sur un ressort a une quantité potentielle fixe d'énergie qui lui est transmise par un ressort tendu à partir d'une position fixe, ce que l'on obtient en pressant la tête du marteau contre la surface du béton mis à l'essai Lors de son relâchement, la masse rebondit depuis la tête, toujours en contact avec la surface du béton et la distance qu'elle parcourt, exprimée en pourcentage de l'extension initiale du ressort est appelée l'indice de rebondissement. Cet indice est indiqué par un curseur qui se déplace le long d'une règle graduée. [76]

63

Figure 3.40: scléromètre.

Les mesures doivent être effectuées sur des surfaces nettes ne présentant pas de nids de gravier, des écaillages, de texture grossière, de porosité élevée ou d'armatures. La préparation de la surface consiste à éliminer tout enduit ou peinture adhérant ou poncer si cette surface est constituée d'une couche superficielle friable. Toute trace d'eau sur la surface doit être essuyée La surface de mesure doit être en zones de 100 cmz au moins, et structurée en une grille de points de mesure ayant pour espacement de 25 à 50 mm [76]. Les points de mesures extrêmes doivent être au moins à 25 mm des bords de la surface testée, au moins 10 mesures successives doit être effectuées dans la même zone [76-77], cette mesure est fonction de l'angle d'inclination de l'appareil par rapport à l'horizontal (#177; 90°, #177; 45°) (figure 3.41).

Figure 3.41: Essai au scléromètre.

64

b) Essai ultrasonore (la vitesse de propagation des ultrasons) :

Le principe de la méthode consiste à mesurer le temps de propagation d'une onde entre deux points. Le temps de propagation des ondes dans le béton est mesuré par des circuits de mesure électroniques (figure 3.42).

Appareil de mesure

Epi'ou ette

Emetteur

Figure 3.42 : Appareil de mesure.

Les mesures doivent être effectuées sur des surfaces parfaitement lisses, il est recommandé d'employer un matériau intermédiaire entre le béton et les transducteurs. Les matériaux d'interposition sont la vaseline de commerce, un savon liquide ou une pâte constituée de Kaolin et de Glycérol Lorsque la surface de béton est très rugueuse, il est nécessaire de Poncer et égaliser la partie de la surface de l'éprouvette ou le transducteur sera fixé. [76] Pour le cas d'une éprouvette prismatique (7x7x28) cm il est recommander de mesuré en transparence (direct) donc les transducteurs sont appliqués sur les deux faces de l'élément à tester (figure 3.43).

Figure 3.43 : Mesures en transparence (directe).

65

II1.4. Démoulage et conservation des éprouvettes :

Après malaxage, on prélève un échantillon du béton afin de remplir des éprouvettes cubiques de (10x10x10) cm et prismatiques de (7x7x28) cm (figure 3.44). On conserve les éprouvettes dans la salle pendant 24 heures. Après 24 heures, on démoule les éprouvettes et on les place dans un bac de conservation, avec 100% d'humidité et d'une température de 20 #177; 2°C (figure 3.45).

Figure 3.44 : Formes d'éprouvettes.

Figure 3.45: Eprouvettes conservées dans le bac.

66

M.5.Conclusion :

Dans notre étude, nous avons utilisé les matériaux locaux, disponibles sur le marché algérien tels que le ciment, les granulats, le superplastifiant et les granulats en caoutchouc provenant de la zone industrielle d'OUED SEMAR.

Dans ce programme expérimental un mortier autoplaçant a été formuler après une variation de dosage en superplastifiant de 0.8% à 1% .Le dosage de Sp optimisé sur mortier sera adopté pour béton. Quatre bétons seront réalisés avec difl rents pourcentage d'incorporation de ces granulats (0%, 5 %, 10% et15%) et sans ajouts afin de connaitre l'effet des granulats en caoutchouc sur béton à l'état frai et à l'état durci

L'organigramme suivant résume notre programme expérimental (figure 3.46).

Fabrication du mortier S/M=0.5 et E/C=0.40

V

Variation de dosage de superplastifiant de 0.8% à 1%

67

	Essai de mini cône
Essai de l'écoulement en V

Optimisation de dosage en Sp (%).Sp=1%
y		Fabrication du béton autoplaçant avec Sp=1% et E/C=0.40
NI'		Variation le taux d'incorporation de G.0 : 0, 5, 10,15%

Essai sur béton frais

Étalement et T_so

-3111110

Essai de L-box

Essai V-Funnel

Essai de ségrégation

Mesure de la densité

Scléromètre

Essais non destructifs

Essai de retrait

Conductivité thermique

Essai sur béton durci

Essai de compression

Ultrason

Figure 3.46: Organigramme des différents essais réalisés sur mortier et béton.

Chapitre. N : Résultats et discussions

68

Chapitre. IV : Résultats et discussions.

IV.1.Introduction :

Dans ce chapitre, nous allons présenter les effets de l'adjonction de granulats en caoutchouc sur les propriétés mécanique et rhéologique du BAP. Tout d'abord nous nous intéresserons aux essais effectués sur mortier, afin d'optimiser le dosage en superplastifiant pour un bon mortier autoplaçant.

IV.2.Optimisation du dosage en superplastifiant (Sp) :

Cette étape permet de développer les caractéristiques du mortier à l'état frais, en effet

l'augmentation du dosage en Sp provoque une diminution significative du seuil de
cisaillement et de la viscosité. Pour cella on a fixé le rapport F/C à 0,40 et le rapport S/M a 0.5 et on a varié le dosage en Sp de 0.8% à 1 % de poids du ciment.

Pour déteriuuier l'effet de la variation de la teneur en superplastifiant, sur le mortier à l'état frais, nous avons étudié la variation du diamètre d'étalement (cône d'Abrams) et du temps d'écoulement (V-funnel), en fonction du dosage en superplastifiant.

Les différentes compostions du mortier en fonction de dosage en superplastifiant pour un volume de mélange qui est égale à 1.5 litre, sont présentées dans le tableau 4.9.

Tableau 4.9 : Composition de mortier en fonction de dosage en superplastifiant

Dosage en Sp (%)	Sp (g)	Ciment (g)	Sable (g)		Eau (g)	0.8 %
8.18	1022	1916	431.8		0.9%
9.20	1022	1916	431		1%
10.22	1022	1916	430.3

69

IV.2.1.Etalement au mini cône pour mortier :

Les étalements des mortiers autoplaçants réalisés sont présentés dans le tableau 4.10.

Tableau 4.10 : Etalement du mortier en fonction de dosage en Sp.

Dosage en Sp (%)	0.8 %	0.9 %		1 %	Etalement (mm)
298	330	343

La figure 4.47.présente l'effet du dosage en superplastifiant sur l'étalement du mortier.

Figure 4.47 : Effet du dosage en superplastifiant sur l'étalement du mortier.

D'après le tableau 4.10 et la figure 4.47, on constate que le diamètre d'étalement augmente avec l'augmentation de la teneur en superplastifiant. On constate que pour un mortier avec un dosage en superplastifiant de 1%, une augmentation du diamètre d'étalement de 3.94%, 15.10% par rapport à ceux des mortiers avec un dosage en superplastifiant de 0.9%, 0.8% respectivement. Pour assurer une bonne résistance au ressuage on a choisir le dosage en Sp 0,8%.

70

IV.2.2.Temps d'écoulement à l'entonnoir en V (V-funnel) :

Les temps d'écoulement des mortiers réalisés sont présentés dans le tableau 4.11.

Tableau 4.11: Temps d'écoulement du mortier en fonction de dosage en Sp.

Dosage en Sp (%)	0.8 %	0.9 %		1 %	Temps d'écoulement (s)
2,14	1,8	1,73

La figure 4.48.présente l'effet du dosage en superplastifiant sur temps d'écoulement du mortier.

0,8 0,9 1

Dosage en Sp (%)

18
				^1, 3

1

I

244

2,5 -

2

1,5

0

0

U

P'

H 0,5

0

Figure 4.48 : Effet du dosage en superplastifiant le temps d'écoulement.

La figure 4.48, montre que le temps d'écoulement du mortier à travers l'entonnoir en V (V-funnel) diminue avec l'augmentation du dosage en superplastifiant, donc le temps d'écoulement au V-funnel est inversement proportionnel au dosage en superplastifiant. Pour obtenu un bon mortier autoplaçant homogène sans ressuage, on a adopté un dosage en superplastifiant de 0,8% car leur temps d'écoulement vérifie les exigences normatives (2S<T<10s).

71

IV.3.Effet de l'incorporation des G.0 à l'état frais :

Dans cette seconde partie, on a étudié un béton autoplaçant incorporant différents dosages en G.C. Le sable est remplacé dans des proportions de 0, 5, 10 et 15 % par des granulats en caoutchouc dont la dimension maximale est de 2 mm, en volume. Dans ces conditions, pour faciliter l'interprétation de nos résultats, nous avons décidé de maintenir constant le dosage en Sp à 1% après optimisation. Le dosage en ciment et en granulats est calculé à l'aide d'un programme Excel (Annexe B), avec un rapport E/P constant qui est égal à 0,40 et le rapport

S/M de 0,5 avec un changement du rapport G⁽( )I qui est égal à 0,75 pour éliminer tout risque de blocage ou ségrégation.

Une nomenclature, désignant les compositions et permettant de les référencer facilement a été adoptée. Ainsi chaque composite sera désigné par la notation BAPXGC. X est le taux de substitution volumique du sable par les G.C. A titre d'exemple, BAP15GC désigne le BAP dont 15 % du volume de sable. Le tableau 4.12 présente la composition des différents BAP à base de G.C. après optimisation du dosage en superplastifiant.

Tableau 4.12 : Les compositions à différents dosages en G.C. étudiées.

	BAPOGC	BAP5GC	BAP1OGC		BAP15GC	Ciment (kg/m^3)
442.465	442.465	442.465	442.465		Sable (kg/m^3)
816.800	804.221	791.642	779.063		Gravier 3/8 (kg/m^3)
464.363	464.363	464.363	464.363		Gravier 8/15 (kg/m^3)
348,193	348,193	348,193	348,193		Caoutchouc (kg/m^3)
0	12.578	25.157	37.736		Eau (kg/m^3)
122.396	122.396	122.396	122.396
	81.597	81.597	81.597		Superplastifiant 1 % (kg/m3)
4.425	4.425	4.425	4.425

Figure 4.49: l'effet de l'incorporation du G.0 sur l'étalement et le T50-

72

Les résultats d'ouvrabilité obtenus pour les quatre BAP sont regroupés dans le tableau suivant :

Tableau 4.13: Résultats d'ouvrabilité des quatre compositions de BAP.

	BAPOGC	BAP5GC	BAP1OGC		BAP15GC	Etalement D O
742.5	680	410	382.5		T50 (sec)
0.87	1.32	0	0		Tv (V-funnel) (sec)
1.97	2.68	5.03	5.19		L-Box (H21H1)
0.96	0.81	0	0		Ségrégation au tamis (%)
5.87	4.03	0.416	0.3125

IV.3.1.Etalement et temps T50 au cône d'Abrams :

Cet essai nous permet de tester la déformation du béton sous l'effet de son poids propre au milieu libre. La figure 4.49 présente les diamètres d'étalement et du temps T50 au cône d'Abrams en fonction du taux d'incorporation des G.C. pour les diflerentes compositions.

0

0,6 H

étalement

0,4

T50 (s)

0,2

0

800 700 600 500

t 400 300 200 100

0

	wz,,0		1,32
	680									-
0,87					410			382,5		-
						0						0

1,4

1,2

1

BAPOGC

BAP5GC BAP1OGC Taux de substitution G.C. (%)

BAP 5GC

73

D'après la figure 4.49 on remarque que le diamètre d'étalement diminue de 742.5 mm à 382.5 mm avec l'augmentation du taux d'incorporation des granulats en caoutchouc, donc une diminution de 51.51 % pour un taux d'incorporation de 0 % jusque a 15 %.

On observe une chute d'étalement à partir de 10 % c'est à dire un mélange plus visqueux avec l'augmentation du dosage en G.C, on remarque à partir de cette figure une augmentation de T50 de 51.72 % de la série BAP5GC par rapport à celle de la série BAPOGC, avec un T50 nul pour les séries BAP10GC et BAP15GC, donc l'incorporation de ces granulats conduit à des mélanges plus visqueux.

Selon Garros [56], l'adjonction de G.C. dans des bétons autoplaçant entraîne une modification des propriétés à l'état frais, donc une chute de l'étalement qui due à l'augmentation du taux d'incorporation.

Garros [56] et Koelher [78], ont montré que la forme des granulats affecte fortement la maniabilité et la rhéologie des bétons. Ces chercheures montrent que la rugosité de la surface et la forme sphérique des particules de caoutchouc sont les principales causes de l'augmentation de la viscosité. Pour le cas de notre étude des granulats en caoutchouc issus par broyage, moins sphériques et plus rugueux remplacent du sable concassé et rugueux entraînant par le mécanisme précédent une perte importante de la maniabilité à cause de l'excès de la pâte.

Au court de malaxage une perte d'ouvrabilité remarquable a été constaté avec un durcissement rapide jusqu'après cette étape. Batayneh et al. [46] un affaissement du béton qui varie de 75.33 mm jusque 4.7 mm lorsque la totalité des granulats fins ont été substitués par les particules de caoutchouc. Giineyisi et al. [54], ont trouvé que l'affaissement du béton est inversement proportionnel à la teneur en caoutchouc dans le mélange. Pour un taux de remplacement de 50%, l'affaissement est presque nul.

IV.3.2.Temps d'écoulement à l'entonnoir en V (V-funnel test) :

Cet essai permet d'évaluer la capacité du passage du béton à travers les zones confinées par la mesure du temps d'écoulement à travers l'entonnoir. La figure 4.50 montre l'effet de l'incorporation du G.0 sur le temps d'écoulement à l'entonnoir en V-funnel

74

																	6
							5, 13		5,19							5 4
																V)
		2,68														3
																o0 ^1°' 2
1		7														g^er. 1
																Q BAPOCG BAP5GC BAP1OGC BAP15GC Taux de substitution G.C. (%)

Figure 4.50: l'effet de l'incorporation du G.0 sur le temps d'écoulement à l'entonnoir.

Le temps d'écoulement augmente avec l'augmentation du taux d'incorporation des granulats en caoutchouc. On constate pour une substitution de 15 % des G.0 une augmentation de 163.45 %,93.65 % et 3.18 %, par rapport au béton avec un taux de substitution de 0 %, 5 % et 10 % respectivement. Les quatre valeurs de T_v restent inférieures à la liante maximale qui est égale à 9 secondes.

L'essai à l'entonnoir en V permet aussi d'évaluer la viscosité du béton lors de l'écoulement : Plus le temps d'écoulement est court plus la fluidité du béton est importante, la viscosité est plus faible donc la durée de l'écoulement à l'entonnoir est courte.

IV.3.3.Mesure le rapport H2/H1 de l'essai à la boite en L (L-Box test) :

Dans cette partie, nous avons étudié le comportement du béton incorporant des G.0 dans une zone ferraillée qui est traduit par l'essai de la boite en L--box. Cet essai donne une bonne appréciation sur la capacité de passage, de remplissage. La figure 4.51 montre l'effet de l'incorporation du G.0 sur le rapport 1121.

75

Figure 4.51 : l'effet de l'incorporation du G.0 sur le rapport 1^-12/Hl.

On a observé que le rapport 12/111 égale à 0 pour les deux séries (10GC, 15GC) avec un grand blocage au niveau des armatures. Par contre, le rapport est supérieur à 80 % pour les deux séries (BAPOGC, BAP5GC) ,96 % et 81%, respectivement et sans présence de blocage.

P1.3.4. Résistance à la ségrégation par tamisage :

L'effet de la variation du taux d'incorporation des G.0 sur la résistance à la ségrégation des BAP est donné sur la figure 4.52. Le taux de ségrégation est calculé par l'essai de stabilité au tam .

76

s a) u
	5,87
					4,03
			BAPOGC		Taux
									0,41		0	1

Figure 4.52 : Résistance à la ségrégation par tanisage en fonction taux de substitution en

G.C.

La figure 4.52, montre que l'augmentation du taux d'incorporation des G.0 est traduite par diminution du taux de ségrégation.

Pour des taux de substitution du G.0 de 0 % et 15 % le taux de ségrégation est de 5.87 % et 0.31 % respectivement. Cette diminution se traduit aussi par la diminution du diamètre d'étalement.

Ces résultats sont contradictoires à celle de M. HO Anh Cuong [38] et Garros [56], car ils ont utilisés des gros G.0 de classe (0/4) mm, contrairement à notre cas d'étude ou nous avons utilisées des G.0 de classe (0/2) mm, et leur résultats montres que l'incorporation des granulats en caoutchouc entrain un phénomène de ségrégation.

77

IV.3.5.Masse volumique :

Dans le cas présent, un sable naturel de densité de (2,58) est remplacé à volume identique par des G.C. de densité plus faible (0.77). Les masses volumiques présentées dans la figure 4.53 ont été mesurées tout de suite après la période de malaxage.

BAP5GC BAP1OGC

Taux de substitution G.C. (%)

Figure 4.53 : La masse volumique des bétons frais en fonction du taux de substitution en

G.C.

On remarque que la masse volumique des bétons frais diminue naturellement avec l'augmentation du taux de substitution en granulat en caoutchouc. Donc la réduction de la masse volumique de béton est due à la faible densité du caoutchouc par rapport aux sables.

Khatib & Bayomy [59] et Skripkiunas et al. [79]; ont montré que la teneur en air occlus élevé est responsable a cette réduction. En effet, la quantité de l'air occlus est proportionnelle au pourcentage de caoutchouc dans le mélange, ce qui conduit à une diminution de la densité.

Siddique & Naik [47], rapportent dans un travail que durant le malaxage, les G.C. ont une capacité à piéger de l'air dans la rugosité de leur surface augmentant ainsi significativement le volume d'air dans le béton.

78

IV.4.Effet de l'incorporation des G.0 à l'état durci : IV.4.1.Résistance à la compression :

Figure 4.54: Effet des G.C. sur la résistance à la compression à 28 jours.

Les résultats indiquent clairement que l'incorporation de G.C. est très préjudiciable vis à vis de la résistance à la compression. A titre d'exemple, un taux de substitution en G.C. de 15 % entraîne une chute de résistance de 45,34 %, cette chute est de l'ordre de 13.68 % et 37.34 % pour des taux de 5 % et 10 % en G.0 respectivement par rapport au béton de référence. Pour expliquer la chute de résistance en compression, Li et al. [80] ont montrés que la rigidité beaucoup plus faible du caoutchouc par rapport à celle des granulats naturels.

La deuxième raison est le défaut d'adhérence entre le caoutchouc et la matrice cimentaire ou à la mauvaise qualité de la zone de contact entre ces deux phases. Cet argument a été aussi avancé par Garros [56] qui montre que la zone de transition entre la matrice et le granulat en caoutchouc est peu compacte et présente une porosité importante.

La dernière raison est liée à la porosité du béton incorporant des granulats en caoutchouc qui est plus élevée que celle du béton de référence Garros [56] et Bonnet [81]. D'autres auteurs comme Eldin et Senouci [58] et Khatib [59] ; ont considérés tout simplement que les granulats en caoutchouc comme de simples trous, à cause de la faible adhérence entre la matrice cimentaire et les grains de caoutchouc.

Figure 4.56: Corrélation entre la densité et la conductivité thermique.

79

IV.4.2.La conductivité thermique :

Les résultats des mesures de la conductivité thermique à l'état sec des bétons sont donnés à la figure 4.55. Chaque valeur est une moyenne des résultats obtenus sur trois essais. L'effet de de la densité sur la conductivité thermique est illustré dans la figure 4.56.

3
														2,5 2
	6													1,5
					1,74
					1,51				1,4			4
				BAP5GC			BAP1OGC						BAP15GC		1
	BAPOGC
															0,5
															0

Taux de substitution G.C. (%)

Conduttivité thermique ((W/m. °C)

2,5

O%GC

2

tu 1,5

c

.g 15%GC
a~

16' 1

0,5

0

2,05 2,1 2,15 2,2 2,25 2,3 2,35 2,4 2,45

Densité (kg/1)

y = 1,46x -1,68 R^Z = 0,83

1O%GC

5%GC

Figure 4.55 : Influence du dosage en G.C. sur la conductivité thermique.

Figure 4.57: Effet des G.C. sur le retrait total

80

Les résultats ci-dessus montrent que la conductivité thermique diminue avec l'augmentation du dosage de G.C. Par exemple, la présence de G.C. entraîne une réduction de la conductivité thermique de 26.53 % lorsqu'on augmente les G.0 de 0 à 15% de G.C. Ce changement peut s'expliquer par l'influence de plusieurs facteurs :

· En effet, le caoutchouc représente une structure amorphe et sa conductivité thermique de l'ordre de 0,4 W/m^°C est faible devant celle des granulats naturels qui représentent une structure cristalline et une conductivité thermique généralement supérieure à 1,5 W/m.^°C.

· Un autre facteur qui rentre en jeu est la porosité du béton et cette porosité est plus importante avec l'adjonction de G.C. L'air ayant une conductivité thermique beaucoup plus faible (0,023 W/m.^°C) remplit les pores du béton et limite la conduction de la chaleur. D'après Benaaouk [65] l'air entraîné lors du malaxage conduit à une porosité fermée dans la matrice cimentaire ce qui améliore encore les performances d'isolation du composite cimentaire incorporant des G.C.

· A la fin, la réduction de la densité du béton diminue sa conductivité thermique. Donc la fable densité n'est pas seulement due à l'augmentation de la porosité mais aussi à la faible densité de caoutchouc.

IV.4.3.Le retrait total :

81

Les courbes de la figure 4.57, montrent l'influence du dosage en G.C. sur le retrait total du béton autoplaçant incorporant des G.C.

On constate que le retrait total des BAPGC se développe plus rapidement que celui du béton référence (BAPOGC).

Reichard [82], a montré la corrélation entre le retrait et le module d'élasticité du béton, qui dépend de la rigidité du granulat utilisé. En effet, au cours du retrait, la matrice cimentaire étant mise en traction, les granulats confectionnés s'opposent à la déformation de retrait en fonction de leur module de déformation en compression. La faible rigidité du G.C. est certainement un facteur important qui influe sur les variations dimensionnelles de retrait du BAPGC.

Troxell et al. [83], la variation dimensionnelle de retrait d'un béton dépend considérablement de la nature des granulats, donc le retrait du béton diminue avec l'augmentation de la rigidité des granulats utilisés.

Neville [28], l'utilisation des granulats légers provoque généralement un retrait plus important, surtout lorsqu'ils ont un module d'élasticité plus faible.

IV.4.4. Les essais non destructifs :

IV.4.4.1.Mesure de l'indice de rebondissement :

La figure 4.58 montre l'effet de l'incorporation sur la variation de l'indice de

rebondissement à l'âge de 28 jours. La résistance probable du béton en fonction du taux d'incorporation des G.0 est représentée dans la figure 4.59.

82

BAP5GC BAP1OGC

Taux de sibstitution GC (%).

Figure 4.59: Effet des G.C. sur la résistance probable à la compression à 28 jours.

Figure 4.58: Effet des G.C. sur l'indice de rebondissement à 28 jours.

BAP5GC BAP1OGC

Taux de sibstitution G.0 (%).

On remarque une diminution de l'indice de rebondissement avec l'augmentation du taux d'incorporation des granulats en caoutchouc. Une diminution de 11.96 %, 25.50 % et 64.42% pour des taux de substitution de 5%, 10% et 15 % respectivement par rapport au béton référence (BAPOGC).

83

On a observé que la résistance diminue avec l'augmentation du taux de substitution des G.C. Un taux de substitution en G.C. de 15 % entraîne une chute de résistance de 50 %, cette chute est de l'ordre de 47.4 % et 23.07 % pour des taux de 5 % et 10 % en G.0 respectivement par rapport au béton de référence.

· résistance probable
· rérsitance

60

o

50

o 40

U

A 30

d cl

0

50

BAPOGC

39

27,33

BAP15GC

31,33

BAP5GC BAP1OGC

Taux de substitution G.C. (%)

19,5

20,5

43,16

Figure 4.60 : Comparaison entre la résistance probable à la compression et la résistance
réelle à la compression en fonction du taux de substitution des G.C.

Cette diminution de la résistance probable à la compression est traduite aussi par la diminution de la résistance à la compression. La figure 4.60 montre que la diminution des résistances est de la même forme, donc proportionnellement.

IV.4.4.2.Mesure de la vitesse ultrasonique :

La figure 4.61. représente l'effet des granulats en caoutchouc sur la vitesse d'ultrason à l'âge de 28 jours. L'effet de la diminution de la densité sur la vitesse ultrasonique est illustré dans la figure 4.62. La figure 4.63 présente les résultats de compression et de l'ultrason en fonction du taux d'incorporation des G.C. pour les différentes compositions.

Figure 4.62: Corrélation entre la densité et la vitesse ultrasonique.

84

Excellente

Bonne

5090

6000

5490

4154

3846

BAPOGC BAP5GC BAP10GC BAP15GC

Taux de sibstitution G.0 (%).

3500

5500

2

,;;

ô 5000

o

N

o .cC Q

4500

4000

Figure 4.61 : Variation de la vitesse ultrasonique en fonction taux de substitution en G.C.

I I y = 5044,5x - 6856,1 R^2 = 0,91			0%GC
			5%GC
15%GC
	10%GC

2,25

Densité (kg/1)

6000

5500

2

ô 5000

_o

4500

4000

y

3500

2,05

2,15

2,35 2,45

D'après la figure 4.61 on remarque que la vitesse ultrasonique diminue avec l'augmentation du taux d'incorporation des granulats en caoutchouc. Une diminution de 7.27%, 24.33% et 29.94 % respectivement par rapport au béton référence (BAPOGC).

85

En effet, la réduction de la densité diminue la vitesse ultrasonique. Alors la faible densité est due à l'augmentation de la porosité qui est proportionnelle au pourcentage de caoutchouc dans le mélange.

BAPOGC

BAP5 GC

BAP1 OGC

BAP15GC

	60
				5490
		·
	50
		50
	40
	30
	20
U
	10
.y ci
	0

compression --i--ultrason

Taux de sibstitution G.0 %

6000 5000 4000 3000 2000 1000

Vitesse ultras onique (m/s)

Figure 4.63: l'effet de l'incorporation du G.0 sur la résistance à la compression et la vitesse

ultrasonique.

Comme il est illustré dans la figure 4.63, les vitesses obtenues pour les différentes éprouvettes indiquent que la qualité du béton est excellente pour : BAPOGC et BAP5GC et bonne pour : BAP1OGC et BAP15GC, donc ces résultats confmnent les résultats d'écrasement.

86

IV.5.Conclusion :

· Les résultats présentés dans ce chapitre montrent que l'incorporation de granulat en caoutchouc conduit à des mélanges beaucoup plus visqueux, à cause de leur surface rugueuse de ces granulats.

· Le taux de ségrégation diminue avec l'augmentation du taux d'incorporation des G.C.

· Une masse volumique plus faible des composites incorporant des G.C. cette diminution est due à la faible densité du caoutchouc par rapport à celle des granulats naturels.

· L'incorporation de granulat en caoutchouc est très préjudiciable vis-à-vis de la résistance à la compression. Plus le taux de substitution en G.C. est élevé plus les valeurs des propriétés Mécaniques diminuent.

· La substitution de sable naturel par des G.C. à faible rigidité a des conséquences sur les variations dimensionnelles de retrait qui augmentent significativement avec le taux de substitution en G.C.

· Nous avons évalué l'influence des G.C. sur les propriétés physiques du béton : La conductivité thermique, elle diminue lorsque le taux d'incorporation en G.C. augmente.

· la vitesse ultrasonique diminue avec l'augmentation du taux d'incorporation des granulats en caoutchouc.

· La résistance probable à la compression obtenue par l'essai de scléromètre diminue avec l'augmentation de l'adjonction des G.C.

Conclusion générale

87

Conclusion générale

L'objectif de ce travail est de connaitre l'effet de substitution des granulats naturelles pars des granulats en caoutchouc issus du broyage de pneus usagés sur les performances du béton autoplaçant à l'état frais et a l'état durci

D'après les résultats obtenus, on peut tirer les conclusions suivantes :

· Les résultats de mini cône et de V-funnel effectués sur mortier, ont pour objectif

de déteimi ner le dosage optimal en superplastifiant. Au vu de ses résultats, le
dosage nécessaire pour la formulation de BAP est 1%.

· La substitution du sable naturel par des granulats en caoutchouc issus du broyage de pneus usagés diminue l'ouvrabilité du béton

· Les BAP incorporant des G.0 représentent des T₅₀ plus grand que le BAP de référence.

· L'utilisation des granulats en caoutchouc dans la formulation des BAP améliore leur stabilité vis-à-vis à la ségrégation.

· la masse volumique du matériau varie en sens inverse. On notera que cette baisse de la masse volumique est due à la faible densité des G.C.

· L'essai réalisé montre que l'incorporation des G.C. est très préjudiciable vis-à-vis de la résistance à la compression. Cette résistance mécanique diminue avec l'augmentation du dosage de substitution en G.C. Nous avons expliqué cette chute de résistance par une rigidité plus faible des G.C. et à leur faible adhérence avec la matrice cimentaire.

· La faible rigidité des G.0 a des conséquences sur les variations dimensionnelles de retrait, qui augmentent avec l'augmentation du taux de substitution de sable naturel par des G.C.

· En ce qui concerne les propriétés physiques, l'influence des granulats en caoutchouc sur la conductivité thermique du BIGC a été mise en évidence, la présence des G.C. diminue la conductivité thermique du béton incorporant des G.C.

88

Perspectives :

Ce travail présente le BAP en caoutchouc comme une nouvelle application qui respecte l'environnement. Cependant, Les premiers résultats obtenus sur ce matériau, nécessitent la réalisation d'autres travaux aussi bien sur le plan théorique qu'expérimental :.

· Utiliser le laitier dans la formulation du BAP en présence de caoutchouc pour améliorer l'ouvrabilité.

· Le principal inconvénient lié à l'introduction du caoutchouc dans le BAP est la réduction des propriétés mécaniques suite à une mauvaise adhérence entre les granulats en caoutchouc et h pâte de ciment. De ce fait, il est important de traiter la surface de granulat en caoutchouc dans le but d'améliorer l'adhérence entre les deux matériaux (le caoutchouc et h pâte de ciment) qui sont très différents.

· Réaliser des essais de durabilité (perméabilité aux gaz, eau et aux ions chlore) à long terme.

· Elargir l'étude du BAP à l'état durci à la détermination d'autres caractéristiques telles que, le module d'élasticité et le fluage.

Références

89

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Annexe A

Exemple de calcul de la composition du mortier

98

Annexe A

Exemple de calcul de la composition du mortier

A.1. Les Données :

Pour un volume du mortier de V=1.31 (par exemple) Les masses volumiques absolues des constituants :

- Ciment : pc=3080 kg/m³

- Sable : ps =2500kg/m³

- Superplastifiant : ps_p=1070kg/m³

- Eau : pE=1000kg/m³

Coefficient d'absorption du sable Ab= 1,34

On fixe le rapport Sable/Mortier S/M = 0.50 (Par exemple)

On fixe le rapport (par poids) E/C = 0.40 ou (par volume) E/C =1.301

Le superplastifiant (MEDAFOW 30) est de 30% extrait (contient 70% d'eau), le dosage en

superplastifiant sera de : Sp% =0,8 % du poids de ciment (ou poudres).

A.2. Calcul d'humidité du sable :

On pèse un échantillon de sable par exemple de masse M1=100 grs (par exemple), on le met dans l'étuve à 105°C pendant 8 minutes puis on le pèse une deuxième fois on obtient une masse M2 = 100 grs et on calcul l'humidité du sable ps

ps = ^{M1-- M2} X100 M₂

Donc le sable contient une certaine quantité d'eau qu'on doit retrancher de son coefficient d'absorption on l'appelle correction :

Correction= p_s -- A₆

A.3. Calcul des quantités de chaque constituant : A.3.1. Le ciment

Le pourcentage en volume du ciment %C:

%Cor-- ^(I--S/M) *I00

_(1+E/Ces, volume ₎

La quantité de ciment C en kg:

_{C(J g)=}VxE 100 xP

100

100

Tableau A.1 : Feuille Excel donnant composition et résultats des essais sur mortier.

Essais sur Mortier entrer data dans cellules en rouge

valeurs calculées dans cellules en noir

Référence du r Essai 1 CEM I42,5 sans ajout

Date

12/04/2016

volume de mo 1,5

sable/mortier v 0,5

E/P par vol. 1,3010 poudre vol (% 21,73 Eau volume (%)

28,27

type

composition Poudre(vol

ciment portlan 100

0

0

0

Laitier

Fumée de Silice Pou zolane

superplast - M 0,8 % (Sp/P)

humidité sable

			humidité (%)			)sorption (9		correction ((
poids humide i		200	0,0			1,3		-1,3
poids sec (gme		200
Materiaux/Typ	vol litres			densité kg/m^3	kg		contenance d'eau kg
ciment	0,326			3080
Laitier	0,000			2950
Fumée de silic(	0,000			2900
Pouzolane	0,000			2680
Eau	0,424			1000	0,424 total
superplast - MEDAFLOW				1065	0,008 ssd		70		0,006
Sable	0,750			2580	1,935		-1,3		-0,025
Total	1,500

poid mélange kg

1,004 0,000 0,000 0,000

0,444

0,00803

1,910

W1 0,2662

W2 0,1774

0/3 1,146

Roulé 0,764

3,365

w/p bt wt = 0,4224

Annexe B

Exemple de calcul de la composition du béton

101

Annexe B

Exemple de calcul de la composition du béton

Les mêmes démarches de la composition du mortier (ANNEXE A) sont suivies pour la composition du béton autoplaçant

B.1. Les Données

Pour un volume de béton de V= 40 litres (par exemple)

· Les masses volumiques :

> Masse volumique apparente du gravier (on prend l'exemple du gravier roulé) : p _G =1440kg/m3

> Masse volumique absolue du gravier (gravier roulé) : p_AG = 2570kg/m³

> Masse volumique absolue du sable : p_s = 2580kg/m³

> Masse volumique absolue du ciment : p_c =3080kg/m³

· Les coefficients d'absorption :

> Coefficient d'absorption du sable : AbS = 1.3

· Le rapport Sable/Mortier : S/M = 0.5

· Le pourcentage du gravier est de 50% de sa densité apparente donc son dosage sera de :

G(kg/m3)=PGx50

100

· Le volume d'air dans le béton en pourcentage : A=1% du volume du béton

· Le rapport Eau/Ciment est de _{E/Cvoiume=1.419} par unité de volume de ciment et E/Cpoias = E/Cvoium /P_A = 0.40 par unité de poids de ciment.

· Le pourcentage de superplastifiant (MEDAFLOW30) : %Sp= 1% du poids de ciment, le MEDAFLOW30 est de 30% d'extrait (donc il contient 70% d'eau)

100

102

B.2. Calcul d'humidité

Comme on doit calculer l'humidité du sable pour la composition du mortier, dans la composition du béton on doit calculer l'humidité du sable et du gravier aussi pour apporter les corrections nécessaires à la. formulation.

On prend un échantillon de sable de masse M1 et un échantillon de gravier de masse M 1 et on les met dans l'étuve réglée à 105°C pour une durée de 6minutes pour le gravier et une durée de 8minutes pour le sable, puis on pèse M2 et M^'2 les masses respectives du gravier et du sable.

_{L'humidité du sable : ps =} M₁-- 2 _x100

^M2

M --M2

L'humidité du gravier : P_o = x 100

M2

B.3. Calcul des différents composants

B.3.1. Gravier

La quantité G en kg du gravier nécessaire pour un volume de béton V :

^G() 1000 100

G(kg. )i _1#177;PG.

B.3.2. Sable

Pour calculer la quantité du sable dans le béton on calcule avant tout le pourcentage du

gravier dans le béton (%G), le pourcentage du mortier par rapport au béton (%M) puis le

pourcentage du sable dans le béton (%S) pour arriver à la quantité du sable dans un volume V

de béton (S) :

Le pourcentage du gravier G dans le béton :

%G=

^G(kg/m3)

PAGx¹⁰

Le pourcentage du volume de mortier M par rapport au volume de béton :

%M =100-- %G-- %A

Le pourcentage du sable S dans le béton :

%S =

%MxS/M

103

Quantité du sable S en (kg) pour un volume V de béton :

.(kg) _ °aS~= 1+/ =

1000 100

D'où on peut obtenir le rapport G/S de notre composition

B.3.3. Ciment

Pourcentage de volume pâte dans le béton (%P) :

%P=%M--%S

Pourcentage de ciment dans le béton (%C) :

%C= ¹ x%P 1+E/C_o1

La quantité de ciment C en (kg) pour un volume V de béton :

C(Jcg)=4 C _ppx 10x 1000

B.3.4. Superplastifiant

Le dosage en superplastifiant par mètre cube de béton Sp (kg/m3)

Sp(kg/m³) _ 700 x %Cx p_c x 10

La quantité de superplastifiant Sp en (kg) pour un volume V de béton :

.Sp (kg) = .Sp (kg ' in) X T.

B.3.5. Eau :

L'eau ajoutée au béton (E) est divisée en deux partie : la première partie (EI) est de 70% de (E) elle est ajoutée durant la première minute de malaxage et la deuxième partie (E2), elle de 30% de (E) est ajoutée au superplastifiant est l'ensemble est ajouté au mélange du béton durant la deuxième minute de malaxage.

104

Le pourcentage d'eau dans le béton (%E) :

%E = E / C_~tu,,,a _x %P 1 + E / C _volume

Calcul de l'eau contenue dans le sable, dans le gravier et dans le superplastifiant, cette eau (e) doit être extraite :

L'eau contenue dans le sable : el

el(kg) _ %SxpAs X (ils --Abs

1000 100

L'eau contenue dans le gravier : e2

G(kg/m³)xV p²c ^--AbG

e₂ (kg)_1000 100

L'eau contenue dans le superplastifiant : e3

e3 100

Sp(kg)x 80

L'eau à extraire e :

e = e_l + e₂ + e₃

D'où la quantité d'eau globale E en (kg) pour un volume Vde béton :

°,;Ex1.0xi _ -- ~. 1000
Avec : Eaul Eau2		E1(kg)=O.7OxE E2(kg)=O.30xE

105

Tableau B.1 : Feuille Excel donnant composition et résultats des essais sur BAP.

mesures d'humidité

Densités relatives		Gravier	2,5		Absorptions (%)			Pds Hum	Pds sec	% Humi
		Sable	2,58		Gravier		8/15	81,29	81,24	0,06
		Ciment	3,085				3/8	75,45	75,41	0,05
		Fi nes	0		Sable		Sable	74,66	74,53	0,17

gravier

0,969

825

Densité

		1460	kg/m^3			% gravier	32,996	vol % de béton
percent		56,5				Gravier	824,900	kg/m3
8/15:3/8		0,75				8/15	353,53	kg/m3
						3/8	471,37	kg/m3
air			vol % de béton
Sable
volume mortier		66,0	vol % de béton			% Sable	33,002	vol % de béton
Sable		50	vol % de mortier			Sable	851,452	kg/m3
pate
volume		33,0	vol % de béton			%Eau	18,660	vol % de béton
E/P vol ume		1,3010				Eau	186,595	kg/m3
Poudre		14,3	vol % de béton
Ciment		100	vol % de poudre			Ci ment	14,342	vol % de béton
Fines		0	vol % de poudre			Ci ment	442,465	kg/m3
Densité relative po		3,085
						% Fi nes	0,000	vol % de béton
E/P Poids		0,422				Fines	0,000	kg/m3

superplastifiant: MEDAFLOW145

dosage 1 % liquid de poudre superplast 4,425 kg/m3

Mélange vol (litres					A litres
Densité Béton			2310			kg/m3	Poids Méla	92,393	kg
0/3 Conc ab bahba		21,880
	h	11,781

176,986

4,829

ea u 1

Poids Mélange

		prop.mél	Pds mél	absorption	humidité	extra eau	Poids
		kg/m3	kg	%	%	kg	kg
Gravier 8/15		354	14,141	1	0,06	-0,13	14,008
Gravier 3/8		471	18,855	1	0,05	-0,18	18,676
Sable		851	34,058	1,34	0,17	-0,40	33,661
Ciment	CPA (ACC]	442	17,699				17,699
Fines	Laitier	0	0,000				0,000
Eau		187	7,464
Superpla:	MEDAFLO	4,42	0,1770		70	0,12	0,177
composition eau							8,048
total		2310	92,39			-0,58	92,270