Memoire Online - Etude des bétons à base des agregats de déchets de demolition

Le but principal de cette étude est de démontrer techniquement la possibilité d'utiliser partiellement ou totalement les granulats (déchets de béton et brique de démolition) comme substitution des granulats naturels dans la fabrication du béton hydraulique.

L'étude expérimentale a porté sur les taux de substitution (0, 30, 50, 70, 100%) pour chaque type de granulat recyclé ainsi qu'une combinaison des deux types à proportions égales.

Les caractéristiques des agrégats recyclés ainsi que celles du béton frais et durci à base de ces matériaux ont été analysées et comparées avec celles d'un béton témoin (100% granulats naturels).

Agrégats recyclés, démolition, agrégats naturels, taux de substitution, affaissement, résistance à la compression, caractéristiques physico-mécaniques, durabilité.

ABSTRACT
The main purpose of this study is to demonstrate the technical feasibility of using part or all of the aggregates (waste concrete and brick demolition) as substitutes for natural aggregates in the manufacture of hydraulic concrete.
The experimental study focused on the rate of substitution (0, 30, 50, 70, 100%) for each type of recycled aggregate and a combination of both types in equal proportions.
The characteristics of recycled aggregates as well as those of fresh and hardened concrete based on these materials were analyzed and compared with those of a concrete indicator (100% natural aggregates).

KEYWORDS:
Recycled aggregates, demolition, aggregate natural rate of substitution, settlement, compression strength, physical and mechanical durability.

Les ressources en granulats conventionnels s'épuisent de plus en plus avec les années, surtout dans les régions sahariennes. De plus, les infrastructures routières et urbaines vieillissent très vite et nécessiteront des travaux de réfection ou de démolition. Or, ces travaux causent des quantités importantes de résidus. Ces matériaux ainsi générés sont de plus en plus coûteux à entreposer et les sites d'entreposage se font aussi de plus enplus rares, sans compter que les normes environnementales limitent grandement l'ouverture d'autres sites de disposition. On devra donc trouver des moyens convenables pour réutiliser ces types de matériau [1].

Pour ce qui est des matériaux provenant de la démolition des bâtiments ainsi que des ouvrages de travaux publiques tels que les blocs de béton et de maçonnerie qui nécessitent des stations de traitement et de concassage ce qui exige plus de transformations et par conséquent un coût élevé relativement à la fabrication des granulats naturels, mais devant les besoins prépondérantes des granulats d'une part et les exigences environnementales d'autre part le recyclage de ces matériaux reste la solution meilleure et efficace .

L'objet de cette étude consiste à l'évaluation expérimentale de l'influence des agrégats recyclés provenant des déchets de démolition sur les caractéristiques physico - mécaniques, et la durabilité des bétons à base de ces agrégats [2].

Lors de L'élaboration de ce travail, il fut convenu de choisir deux types de matériaux de démolition (béton de ciment concassé) et (déchets de briques concassés), le troisième type, un granulat naturel qui sera pris comme témoin.

Les deux types " béton de ciment " et " brique concassé" provenant en grande partie de la démolition de bâtiments situés à la région de Biskra, tandis que les gros granulats naturels font part de la carrière de Ain-touta (Batna).

Gravier recyclé (GBR) 5/20 produit par le concassage des déchets de briques rouges.

Le concassage des deux types de gravier recyclé était assuré après triage des impuretés par un marteau, le produit concassé est par la suite criblé et finalement tamisé entre les tamis 5-20 mm.

La granulométrie des trois types de gravier étudiés est admissible. Le module de finesse de sable naturel utilisé est de 2.64 qui est acceptable pour la confection d'un béton hydraulique [3].

Figure 02 : Courbe granulométrique du gravier recyclé du concassage de béton

Figure 03 : Courbe granulométrique du gravier recyclé du concassage de brique

La forme des grains pour le gravier naturel ainsi que celui provenant du béton concassé est plus au moins ronde , alors que pour celle de grains de brique concassé , a la forme angulaire aigué. La texture des particules des gros granulats issues du béton concassé est couverte d'une couche relativement non négligeable de mortier de ciment. Les autres caractéristiques des différents agrégats sont présentées ci-dessous:

Désignation	GN	GBC	GBR	SN
Mvapp (kg/m³)	1600	1244	1021	1611
Mvabs (kg/m³)	2650	2500	2143	2600
Abs %	1.3	6	8.5	12
Impureté %	2.29	3.10	0.82
Los Angeles (%)	23.5	31.62	50.64
ESV%				70.24
ES%				67.76
Compacité (%)	60	50	48	61.96
Porosité (%)	40	50	52	38.04

On remarque une chute de la masse volumique des granulats recyclés qui sont assez peu compacte et par conséquent beaucoup plus poreux par rapport au gravier naturel, un taux d'absorption élevé relativement à celle des granulats naturels Ce ci est principalement due à la masse d'ancien mortier de faible densité recouvrant les particules des granulats de béton concassé, tandis que la chute de masse volumique des granulats de brique est très remarquable.

2-3 COMPOSITION CHIMIQUE ET MINERALOGIQUE DU CIMENT UTILISE.

Composition chimique (%)
SiO₂	Al₂O₃	Fe₂ O₃	CaO		MgO	SO₃	CL		K₂O	Na₂O	Chaux libre		Perte au feu	Résidus insolubles
20.34	5.37	3.00	61.69		1.80	2.20	0.027		0.76	0.14	0.97		5.03	11.26
Composition minéralogique
C₃S				C₂S				C₃A				C₄AF
58.3				14.6				8.7				11.26

Essais

Finesse

Cm²/g

Consistance normale (%)

Début de prise (heure : min)

Fin de prise

(heure : min)

Résultats

4050

2 :40

3 :45

· La relation entre le rapport E/C des bétons et le pourcentage de substitution en granulats recyclés.

· L'évolution de la résistance à la compression des bétons en fonction du pourcentage de substitution en granulats recyclés.

· Le développement de la résistance à la compression des bétons à base des agrégats de démolition au cours du temps.

Dans le cadre de cette étude, trois séries de bétons ont été conçues La première série est partiellement composée des granulats de béton concassé (BC), la deuxième pour les granulats issus du concassage de brique (BR) et la troisième rassemble les deux types de granulats à proportions égales (BC + BR) dans chacune des trois série le taux de substitution des granulats naturels par les granulats recyclés a été varié de la même manière (0% , 30% , 50% , 70% , 100%.

Proportion *GN/BC/BR (%)		Désignation des mélanges de béton
100/0/0	Béton témoin à base de 100% d'agrégats naturels
1^eresérie
70/30/0		Béton partiellement composé des granulats de béton concassé
50/50/0
30/70/0
0/100/0
2^ième série
70/0/30		Béton partiellement composé des granulats issus du concassage de brique
50/0/50
30/0/70
0/0/100
3^ième série
70/15/15		Béton partiellement composé des deux types de granulats à proportions égales
50/25/25
30/35/35
0/50/50

* GN/BC/BR : indiquent les pourcentages des gros granulats composant le mélange de béton à réaliser tel que :

Comme tous les mélanges de béton sont préparés avec un affaissement imposé (entre 5 et 9 cm) fourchette des bétons plastiques [4] ce qui est plus répandu dans les chantiers de coulage de béton.

Figure 05: Rapport E/C des bétons partiellement composé des granulats de béton pour des dosages de ciment respectifs 300, 350,400 kg/m3.

On remarque que la quantité d'eau réellement utilisée (eau de gâchage) pour assurer cet affaissement s'accroît suivant le taux de substitution en granulats recyclés d'une part et le type de granulat d'autre part. pour différents dosages en ciment

Figure 06: Rapport E/C des bétons partiellement composé des granulats de brique pour des dosages de ciment respectifs 300, 350,400 kg/m3

Figure 07: Rapport E/C des bétons partiellement composés en granulats combinés de béton et de briques concassés pour des dosages de ciment respectifs 300, 350,400kg/m³

D'après les figures 5 à 7 la même remarque peut être faite sur le rapport E/C des différents mélanges qui varie dans le même sens que le taux de substitution en granulats recyclés. Cela se traduit par la présence de l'ancien mortier qui recouvre les granulats provenant du concassage de béton (BC) qui est caractérisé par sa forte absorption d'eau (6%) tandis que pour les granulats, issus du concassage de brique (BR), ont une porosité élevée, plus la nature du matériau d'origine argileux (Absorption 8.5%).

On note aussi que le rapport E /C d'une même composition de béton diminue suite à un dosage élevé en ciment

Nous remarquons d'après les figures 8 à 10 que les bétons à base des granulats recyclés présentent des résistances à la compression faibles que les bétons conventionnels, et que la chute de résistance diminue dès qu'en faisant augmenter le dosage de ciment, on peut faire un résume sur la chute de résistance à 28 jours en fonction de la nature et le taux de substitution de granulats recyclés ainsi que du dosage de ciment comme suit :

Figure 08: Evolution de la résistance à la compression des bétons en fonction du pourcentage de substitution en granulats de béton de démolition pour des dosages de ciment respectifs 300, 350,400 kg/m3.

ü Pour les bétons à base des agrégats issus du concassage de béton de démolition, avec un taux de substitution plus de 30% une chute de résistance excède :

Figure 09 : Evolution de la résistance à la compression des bétons en fonction du pourcentage de substitution en granulats de brique concassé pour des dosages de ciment respectifs 300, 350,400 kg/m3.

ü Pour les bétons à base des agrégats de concassé de briquedont le taux de substitution dépassant 30% une chute de résistance de plus de :

Figure 10: Evolution de la résistance à la compression des bétons en fonction des pourcentage de substitution en granulats combinés de béton et de briques concassés pour des dosages de ciment respectifs 300, 350,400 kg/m3.

ü Pour les bétons à base des agrégats combinés (à proportions égales)de concassé de brique et de béton et pour un taux de substitution plus de 30% une chute de résistance de :

Dans cette partie, l'étude de l'évolution de la résistance à la compression en fonction du temps a été effectué sur la meilleure et la mauvaise composition de chaque série de béton déjà définit précédemment ainsi que sur le béton témoin afin de suivre le développement de la résistance à long terme.

D'après les figures 11 à 13, on constate que l'évolution de la résistance suivant l'age des bétons à base des différents types d'agrégats recyclés (agrégats de béton concassé ou concassé de brique ou le mélange des deux à la fois) se comporte d'une manière analogue que celle du béton conventionnel, cela nous laisse conclure que le développement du phénomène d'hydratation du ciment dans les bétons recyclés se déroule normalement et suit une augmentation avec l'age.

Figure 11 : Développement de la résistance des bétons à base des agrégats de béton de démolition en fonction du temps

Pour les bétons à 100% d'agrégats de concassé de béton la perte de résistance commence par 20% à jeune age et arrive à l'ordre de 23% à 180 jours.

Figure 12: Développement de la résistance des bétons à base des agrégats de brique en fonction du temps.

Pour les bétons à 100% d'agrégats de concassé de brique la perte de résistance débute par 28% à jeune age et arrive à l'ordre de 33% à 180 jours .

Figure 13: Développement de la résistance des bétons à base des agrégats combinés en fonction du temps.

Pour les bétons à base d'agrégats combinés la perte de résistance commence par 22% à jeune age et arrive à l'ordre de 29% à 180 jours.

Finalement pour les bétons dont le taux de substitution des agrégats naturels par les agrégats recyclés de différents types ne dépassant pas le taux optimal 30% la perte de résistance à long terme reste acceptable (inférieure à 25%), alors on pourra conclure que l'écart de la perte de résistance des bétons à base d'agrégats recyclés marquée à jeune age reste stable ou s'élève légèrement au cours du temps, ce qui présente un avantage pour ces types de béton.

5 - CONCLUSION:

Ø D'après cette analyse, on peut conclure que la résistance à la compression diminue nettement dès que le taux de remplacement des granulats naturels par des granulats recyclés dépasse 30% et que cette diminution peut dépassé 10% de la résistance du béton témoin (100% agrégats naturels).

Ø On peut fabriquer des bétons à base des granulats de démolition (jusqu'à un taux de substitution de 50%) avec des résistances comparables sous réserve d'augmenter de 16% la teneur en ciment pour les granulats de concassé de béton et 33% pour les granulats de brique

Ø Cette réduction de résistance est due principalement à l'effet du mortier de l'ancien béton inerte qui est attaché aux agrégats provenant du béton concassé ,et de la matière d'origine argileuse pour les granulats de brique concassé ce qui gène le bon déroulement de l'hydratation de ciment.

Ø Il faut noter aussi que les bétons préparés à base d'agrégats recyclés issus de la démolition présentent un rapport E /C élevé ce qui se traduit par une forte porosité et par conséquent une baisse de résistance.

[1] CIMPELLI, C. (1996) : Guide technique pour I'utilisation des matériaux régionaux d'ile-de-france : les bétons et produits de démolition recyclés. Décembre 1996,43 p

[2] QUEBAUD, M. (1996) Caractérisation des granulats recyclés, étude de la composition et du comportement de bétons incluant ces granulats. Thèse de doctorat, Département de génie civil, Université d'Artois, Artois, France. 250 p

[3] RICHARDSON, B.J.E., JORDAN, D.O. (1994) : Use of Recycled concrete as a road pavement material within Australia Proceedings 17^th ARR B conference. Part 3.

[4] RILEM (1988) : Demolition and Reuse of concrete. Report of technical committee 37-DRC. T.C. Hansen, E&FN SPON, 305 p

[5] BERUBÉ. MA, ANGERS, M., FRENETE, J., PELLERIN, F., MARQUIS, B.(1998) : Frost-Resistance of Concrete incorporating Aggregates Made of Recycled Concrete. Compilation of Paper of International Symposium on Sustainable Development of the Cement and Concrete Industry. CANMET / ACI. Ottawa, Canada, October 21-23, p. 163-177.