En général il n’existe pas de méthode de composition du béton qui soit universellement reconnue comme étant la meilleure. La composition du béton est toujours le résultat d’un compromis entre une série d’exigences généralement contradictoires.
De nombreuses méthodes de composition du béton plus ou moins compliquées et ingénieuses ont été élaborées. On notera qu’une étude de composition de béton doit toujours être contrôlée expérimentalement et qu’une étude effectuée en laboratoire doit généralement être adaptée ultérieurement aux conditions réelles du chantier.
Une méthode de composition du béton pourra être considérée comme satisfaisante si elle permet de réaliser un béton répondant aux exigences suivantes :
Dans le passé, pour la composition du béton, on prescrivait des proportions théoriques de ciment, d’agrégat fin et d’agrégat grossier. Mais l’élaboration des ciments ayant fait des progrès considérables, de nombreux chercheurs ont exprimé des formules en rapport avec les qualités recherchées:
- minimum de vides internes, déterminant une résistance élevée;
- bonne étanchéité améliorant la durabilité
- résistance chimique;
- résistance aux agents extérieurs tels que le gel, l’abrasion, la dessiccation.
Sur un petit chantier où l’on fabrique artisanalement et souvent bien son béton l’on utilise le vieux principe: 2/3 de gros éléments et 1/3 d’éléments fins, soit 800 litres de gravillons et 400 litres de sable par mètre cube de béton pour 350 à 400 kg de ciment. La quantité d’eau de gâchage varie trop souvent au gré du savoir-faire du maçon, la nature de ciment, l’humidité du granulat passant après la consistance du béton à obtenir.
Le béton peut varier en fonction de la nature des granulats, des adjuvants, des colorants, des traitements de surface, et peut ainsi s’adapter aux exigences de chaque réalisation, par ces performances et par son aspect.
La composition d’un béton et le dosage de ses constituants sont fortement influencés par l’emploi auquel est destiné le béton et par les moyens de mise en oeuvre utilisés.
Dans la composition d’un béton,les deux relations importantes suivantes interviennent:
- La somme des poids des constituants de 1 m3 de béton fini est égal au poids de 1 m3 de béton fini. Si le ciment (C), l’eau (E) et les granulats (Gi) sont les poids des constituants en kg par m3 de béton fini et Δ. la densité du béton en place, on a :
- Le volume occupé par les constituants de 1 m3 de béton est égal à 1 m3. Si (C), (E) et (Gi) sont les volumes absolus des constituants en litres par m3 de béton fini, on a :
Il est avantageux d’écrire ces deux relations sous forme tabulaire :
Tableau 6.4.2: Le dosage des constituants de béton en poids et en volumes absolus
Essai de gâchage
- Béton frais : mesure Δ (contrôle des dosages effectifs) mesure plasticité (contrôle de la consistance) mesure teneur en air (contrôle des vides) Fabrication éprouvette (contrôle de β moyen)
- Béton durci: mesure Δ, mesure β cube, évolution scléromètre, évolution essai gel, perméabilité, essais spéciaux...
Corrections
En fonction des observations, des mesures faites lors de l’essai de gâchage et des résistances mécaniques obtenues, il sera nécessaire d’effectuer des corrections.
a) Consistance : Lors de l’essai de gâchage, il est recommandé de ne pas ajouter tout de suite la quantité d’eau totale E prévue. Il est préférable d’ajouter seulement 95 % de E, de mesurer la consistance, puis d’ajouter de l’eau jusqu’à obtention de la consistance prescrite.
b) Dosage en ciment : Si le dosage en ciment effectivement réalisé est faux, on devra le corriger. S’il faut rajouter (ou enlever) un poids ΔC de ciment pour obtenir le dosage désiré, on devra enlever (ou rajouter) un volume absolu équivalent de sable, soit un poids ΔC égal à :
Si ΔC est important, il faudra aussi corriger la quantité d’eau.
c) Résistances mécaniques : Si les résistances mécaniques sont insuffisantes, il faudra avoir recours à l’une ou plusieurs des possibilités suivantes :
- Augmenter le dosage en ciment (au-delà de 400 kg/m3, une augmentation de dosage en ciment n’a plus qu’une très faible influence sur l’accroissement de résistance).
- Diminuer le dosage en eau sans changer la granulométrie.
- Corriger la granulométrie et réduire la quantité d’eau.
- Utiliser un autre type de granulats.
- Utiliser un adjuvant et réduire la quantité d’eau.
- Utiliser un ciment à durcissement plus rapide.
On devra en tous cas toujours veiller à ce que la consistance du béton permette une mise en oeuvre correcte.
6.4 Caractéristiques principales du béton frais
La caractéristique essentielle du béton frais est l'ouvrabilité, qui conditionne non seulement sa mise en place pour le remplissage parfait du coffrage et du ferraillage, mais également ses performances à l'état durci.
Il existe un très grand nombre d'appareils de mesure de l'ouvrabilité du béton reposant sur des principes différents. Certains mesurent une compacité, d'autres un temps d'écoulement ou encore utilisent l'énergie potentielle du béton ou nécessitent un apport d'énergie extérieur.
On comprend qu'il est difficile de convenir d'un tel appareil tenant compte de tous les bétons possibles pour tous les usages et qui tiennent compte aussi des différents facteurs de l'ouvrabilité. Certains appareils sont utilisés à la fois par les laboratoires et par les chantiers. La distinction proposée est donc parfois assez artificielle, sauf dans le cas d'appareillage très élaboré.
6.4.1. L'ouvrabilité du béton frais.
Il existe de nombreux essais et tests divers permettant la mesure de certaines caractéristiques dont dépend l'ouvrabilité. On n'en citera que quelques-uns qui sont les plus couramment utilisés dans la pratique.
Affaissement au cône d'Abrams.
Cet essai (slump-test) est incontestablement un des plus simples et des plus fréquemment utilisés, car il est très facile à mettre en œuvre. Il ne nécessite qu'un matériel peu coûteux et peut être effectué directement sur chantier par un personnel non hautement qualifié mais ayant reçu simplement les instructions nécessaires au cours de quelques séances de démonstration. L'appareillage est complètement décrit dans la norme NF P 18-451 et est schématisé sur la figure 6.5.1. Il se compose de 4 éléments: un moule tronconique sans fond de 30 cm de haut, de 20 cm de diamètre en sa partie inférieure et de 10 cm de diamètre en sa partie supérieure; une plaque d'appui; une tige de piquage; un portique de mesure.
Fig. 6.4.1: Mesure de l'affaissement au cône d'Abrams
Les mesures sont évidemment quelques peu dispersées et il ne faut pas accorder à cet essai un caractère trop rigoureux, mais on peut admettre qu'il caractérise bien la consistance d'un béton et permet le classement approximatif indiqué au tableau 6.5.1
Tableau 6.5.1 : Appréciation de la consistance en fonction de l'affaissement au cône
Malheureusement, cet essai ne convient pas pour tester les bétons qui seraient encore plus fermes, plus secs qu'un béton donnant un affaissement presque nul. Dans ce cas-là, il convient de déterminer la consistance du béton frais par une autre méthode, qui s'appelle l'essai Vébé, schématisé sur la figure 6.5.2.
Fig. 6.4.2: Mesure de la consistance (Essai vébé)
Etalement sur table (flow-test)
L'essai d'étalement sur table (Flow-test) consiste à utiliser une table à chocs Fig. 6.4.2 comprenant un plateau métallique animé d'un mouvement vertical. Un moule tronconique disposé sur cette table et du matériau à étudier (mortier ou béton). Après arasement et démoulage (en soulevant le moule), on donne à la table, à l'aide d'une manivelle, quinze chocs en quinze secondes (hauteur de chute = 12,5 mm). Le matériau s'étale sous forme d'une galette dont on mesure les deux diamètres perpendiculaires. L'étalement (en %) est donné par la formule:
Fig. 6.5.2: Mesure de l'affaissement sur table
C'est un essai très simple utilisable sur mortier ou sur béton (moules et tables de dimensions différentes), aussi bien en laboratoire que sur les chantiers (il est dans ce cas, très utilisé en Allemagne). On peut pour le béton admettre les valeurs données dans le tableau 6.5.1
Tableau 6.5.1: Les valeurs d'étalement à la table
6.4.2. Résistance du béton frais.
La résistance du béton frais est faible, mais elle intéresse plus particulièrement les fabricants pour le démoulage immédiat (avant prise du ciment) d'éléments de grande série.
À la suite d'études faites sur ce sujet, il semble que:
- le rapport optimal E/C est voisin de 0,40 (béton plutôt sec),
- le pourcentage optimal
est d'environ 0,38 (soit : G/S = 2,6 valeur élevée),
- les granulats concassés donnent des résistances plus élevées que les granulats roulés,
- la fréquence de la vibration est prépondérante (résistance triplée quand on passe de 3000 à 6000 périodes par minute).
Fig. 6.5.3: Résistance du béton frais
La résistance en compression peut atteindre 0,3 à 0,4 MPa tandis que celle en traction ne dépasse guère 1/100e de ces valeurs, soit 0,004 MPa.
