Ciment

Certaines de nos manipulations ont nécessité l’usage du ciment. Le ciment utilisé est celui produit au Bénin. Il est de la marque Bouclier fourni par la Société des Ciments du Bénin (SCB Lafarge). La composition chimique essentielle de ce ciment figure au Tableau 2.4.

Tableau 2.4 : Composition chimique essentielle du ciment Bouclier CPJ 35 (Production du 16 juillet 2012)

Source : Laboratoires de la Cimenterie LAFARGE d’ONIGBOLO (à Pobè)

Autres caractéristiques de production de ce ciment:

On note les données complémentaires suivantes:

*Perte au feu : 9,46%

*Finesse (refus au tamis 100 : 5,4%).

Les essais de qualification et de contrôle effectués sur ce ciment dans les ateliers du CNERTP (Laboratoire de référence d’envergure sous régionale ayant une responsabilité de contrôle permanent sur les productions de ciments du Bénin) ont donné les résultats figurant au Tableau 2.5.

Tableau 2.5 : Caractéristiques de base du ciment Bouclier CPJ 35 (Production du 16 juillet 2012) propriétés d’étanchéification dans le domaine de la formulation des bétons de ciment.

41

* Le sable de mer : de granulométrie 0,2-0,5 mm, il a juste servi comme grenailles au disque de l’appareil d’usure dans les tests de caractérisation des carreaux.

* Le granite : il s’agit du granite concassé de la carrière de Dan (Bénin) en trois classes granulaires G1 (10/14), G2 (6/10) et G3 (0/6) (Figure 2.7), de masse volumique absolue 2690 kg/m³. Il a été utilisé pour la formulation du béton bitumineux. C’est celui réellement utilisé dans les travaux de revêtement sur la plupart des chantiers du territoire national au Bénin.

*Le bitume routier titré 50-70 : il s’agit du produit hydrocarbure classiquement utilisé dans les travaux routiers des pays tropicaux africains au Sud du Sahara et surtout au Bénin.

*L’eau distillée, l’eau de robinet ainsi que certains réactifs chimiques constitués de solutions aqueuses de carbonate de sodium (Na2CO3), de toluène et du savon, pour ne citer que ceux-là, ont servi au cours des tests de caractérisation.

Figure 2.7: Courbes granulométriques des granulats G₁, G₂ et G₃ 2.2. MATERIEL ET METHODES

En raison de la relative variabilité des tests et des matériels impliqués, la description de cette partie concernant le matériel expérimental et les méthodes empruntées est effectuée en suivant les trois différents volets de l’étude d’une part, et par types d’essais menés, de l’autre, en

42 tenant grandement compte du fait que certaines phases opératoires soient parfois communes à des volets différents : cas de la fusion des sachets plastiques, par exemple.

2.2.1- VOLET SACHET PLASTIQUE DANS LE ROLE DE LIANT DE GRANULATS

Dans le but de trouver une consignation durable aux déchets de sachets plastiques dont le recyclage intéresse peu les industries, nous avons entrepris ici de concevoir la confection d’un matériau constitué de granulats liés par des sachets plastiques fondus. Dans ce sens, il s’agit de la mise au point d’un matériau composite. Engager un tel matériau dans une construction qui devra vivre peut-être cent ans, c’est, de toute évidence, une façon de reporter ou d’allonger d’autant d’années, le délai de retour de ces déchets plastiques à la nature.

Dans la mise au point du matériau, nous avons examiné le seuil des dosages en liant, calculé la masse volumique, déterminé la cinétique de refroidissement du matériau, mesuré les résistances mécaniques, en recherchant parmi les intrants et les facteurs, ceux qui pourraient influencer la résistance, paramètre important pour un matériau de construction. En effet, à travers le comportement mécanique, le poste d’affectation ou de service du matériau composite élaboré pourrait être décidé en toute connaissance de cause.

Les opérations principales consistent donc à faire fondre des déchets de sachets plastiques et à mélanger le fondu résultant à des agrégats.

2.2.1.1. Matériau composite à base de granulats liés par des déchets de sachets plastiques fondus

 Matériel expérimental

Le matériel expérimental comprend essentiellement:

 un récipient métallique munie d’un dispositif de fermeture appropriée : elle sert à faire fondre les déchets de sachets plastiques ;

 un réchaud à gaz : il produit la chaleur indispensable à la fusion des sachets plastiques;

 une balance électronique de portée 4000 g et sensible au dixième de gramme destinée aux pesées des sachets et des granulats ;

 des moules 40 x 40 x 160 mm et un moule 20 x 20 x 375 mm (Photos 2.3);

 un thermocouple de type K Marque OXFORD Modèle M 890 C mesurant de 0 à 1000 °C pour le suivi des températures de fusion et de refroidissement des sachets plastiques ;

 un enregistreur de température Marque TESTO avec 4 sorties et mesurant de 0 à 1000 °C pour suivre la cinétique de refroidissement des matériaux ;

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 un hygromètre de Marque CORECI et de type H4 mesurant de 0 à 100% d’humidité relative et pouvant mesurer les températures de -20 à 60 °C ; il permet de suivre les conditions hygrométriques de déroulement des essais (Photo 2.4) ;

 une presse de marque Seidner (Photo 2.4) destinée aux essais de compression et de traction par flexion à trois points sur les éprouvettes des matériaux développés et à dimensions de 40 x 40 x 160 mm.

 une série normalisée de tamis AFNOR d'ouvertures respectives 0,08 - 0,16 - 0,315 - 0,63 - 1,25 – 2- 2,5-3,15- 4 – 5-6,3 – 8 – 10-12,5 – 14- 16 (mm), une truelle, des béchers, des bocaux métalliques, un chronomètre pour mesurer le temps (fusion et refroidissement).

 Des moules cubiques de dimensions 50x50x50 mm et des moules cylindriques de diamètre 50 mm et de hauteur 100 mm, pour la réalisation de l’essai brésilien de traction par fendage. Il y a eu enfin une étuve pour l’étude de comportement du matériau sous l’effet de la chaleur.

Photos 2.3 : Moules à gauche 40 x 40 x 160 mm ; à droite20 x 20 x 375 mm

Photos 2.4 : Appareils de mesure : à gauche : la presse Seidner; à droite : le Thermo-Hygromètre

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 Méthodes

2.2.1.1.1. Fusion des déchets de sachets plastiques

La fusion des sachets consiste à rendre les sachets liquides par la température. Les sachets plastiques (sachets de couleur noire) tirés des décharges ont subi le prétraitement suivant : le lavage à l’eau savonneuse, le rinçage à l’eau propre et le séchage au soleil avant d’être rassemblés pour en constituer de petites balles visant à faciliter leur pesée d’une part et l’opération de fusion d’autre part. Les sachets ainsi pesés sont introduits dans le récipient métallique qui est portée au feu (entretenu par le réchaud à gaz) jusqu’à ce que les sachets fondent et deviennent un liquide homogène.

Notons cependant que, les sachets neufs de commerce, utilisés à titre de témoins, dans un but purement comparatif visant à observer d’éventuelles variations dans les comportements des sachets de marques différentes, ne subissent, ni de nettoyage, ni de séchage avant d’être soumis à la phase de la fusion.

Le mélange de l’ensemble « fondu de sachets plastiques – granulats » ainsi que le moulage qui s’ensuit se réalisent à chaud. L’aboutissement au matériau convenable a nécessité des manipulations de réglage et de mise au point basée essentiellement sur la méthode des essais et erreurs.

2.2.1.1.2. Mise au point du matériau

Le sable S0 a été versé dans le fondu de sachets à chaud, le malaxage qui a suivi s’est fait à chaud, récipient de fusion hors du feu. On en obtient un mélange homogène de couleur noirâtre. Le matériau composite ainsi produit est moulé à chaud. Il importe de souligner que, pour obtenir un matériau de mélange optimal, plusieurs essais préliminaires ont été effectués en procédant par essais et erreurs en faisant varier le rapport liant / sable. Le résultat de la mise au point a été apprécié visuellement. Un retrait dimensionnel se manifeste visuellement par une marge laissée entre le produit refroidi et les parois du moule, ou par une déformation au refroidissement sur les pièces longues ; il exprime un excès de liant. A l’opposé un aspect écaillé ou farineux exprime un manque de cohésion donc un manque de liant. Le meilleur aspect se trouve à l’intermédiaire de ces extrémités.

Après avoir déterminé la formulation du matériau et en confectionné des éprouvettes, on a analysé ses caractéristiques en fonction des différents facteurs pouvant influencer lesdites propriétés.

45 2.2.1.1.3. Cinétique de refroidissement du matériau

La périodicité de la prise de température se règle sur l’appareil TESTO. Au cours des essais, nous avons adopté des périodes de 1 minute et de 3 minutes. Des prélèvements du matériau sont effectués dans des bocaux dès la descente du récipient de fusion du feu. Les températures des échantillons sont enregistrées jusqu’à l’atteinte de la température ambiante. Les températures ambiantes des essais sont notées ainsi que l’humidité relative correspondante. La vitesse de refroidissement est déterminée à partir de ces enregistrements de températures par intervalles réguliers de temps.

2.2.1.1.4. Masse volumique mesurée

Les masses volumiques absolues des matériaux ont été mesurées en adoptant la procédure de la pesée déjaugée décrite ci-après. La mesure consiste en la:

- Prise de la masse de l’échantillon à l’état sec au moyen d’une balance de précision, soit M_a; - Immersion de l’échantillon pendant 72heures au moins dans l’eau, puis retrait et nettoyage en surface à l’aide de papier absorbant sec. Cette manipulation conduit à un échantillon saturé d’eau mais apparemment sec en surface (SSS) dont la masse est notée M_SSS.

- Prise de la masse de l’échantillon « SSS » dans l’eau, soit M_eau.

La masse volumique absolue du matériau (a) est alors obtenue en rapportant la masse sèche(M_a) à la masse d’eau déplacée (Meau), soit :

a= Ma / (MSSS - Meau) (7)

2.2.1.1.5. Propriétés mécaniques du matériau

Les résistances en traction par flexion et les résistances en compression ont été déterminées sur des éprouvettes prismatiques 40x40x160 (mm) conformément à la procédure de la norme EN 196-1.

Les facteurs identifiés et analysés en relation avec les propriétés mécaniques du matériau composite développé sont essentiellement: le type de sachet plastique, la nature et la granulométrie de sable ainsi que des granulats utilisés.

2.2.1.1.5.1. Influence du type de sachets plastiques sur la résistance mécanique

Les quatre (04) types de sachets plastiques acquis dans le commerce ont été testés séparément avec le sable S1. Parmi les valeurs de taux de liant expérimentées dans les mélanges constitués à ce niveau (de 10% à 40%), trois ont été finalement retenues parce que donnant des formulations relativement acceptables. Il s’agit de 20±1%, 25±1% et 33±1%.

46 2.2.1.1.5.2. Influence de la granulométrie du sable sur la résistance mécanique

Trois variantes de sables ayant des granulométries différentes (fine S₁, moyenne S₂ ou grossière S₃) ont servi dans cette étude sur le comportement du matériau par rapport à la composition granulométrique des granulats. Pour y parvenir, le liant « sachets plastiques » a été utilisé à taux constant de 25±1% dans la formulation du mélange.

2.2.1.1.5.3. Influence de la nature du sable sur la résistance mécanique

La granulométrie originale du sable de granite S₄ a été recomposée pour pouvoir retrouver les granulométries des sables S₁, S₂ et S₃. Après quoi, les opérations subséquentes de formulation ont été réalisées et des éprouvettes du matériau confectionnées avec le dosage en liant constant de 25±1% dans le mélange.

2.2.1.1.5.4. Influence de l’introduction du gros granulat sur la résistance mécanique

Les différents résultats de manipulations préliminaires avaient permis d'observer qu'en ajoutant du gravillon G au sable S₁, le mélange devenait plus fluide. L’adoption de l’ajout de gros granulats à la formulation a ainsi permis de retrouver l’optimum de la teneur en liant à la valeur de 16% et celle du rapport pondéral optimal [liant/gravillon/sable fin] le plus convenable est alors devenue [15,9% / 31,75% /52,38%] soit (16%, 32%, 52%)

2.2.1.2. Matériau composite à base de terre de barre liée par des déchets de sachets plastiques fondus

 Matériel

Le matériel expérimental demeure essentiellement le même qu’au paragraphe 2.2.1.1.

Toutefois, il y a eu un ajout de : moules cubiques de dimensions 50x50x50 mm et des moules cylindriques de diamètre 50 mm et de hauteur 100 mm, pour la réalisation de l’essai brésilien de traction par fendage. Il y a eu enfin une étuve pour l’étude de comportement du matériau sous l’effet de la chaleur.

 Méthode

2.2.1.2.1. Mise au point du matériau composite et optimisation des dosages

Quatre (04) variantes du matériau composite indexées par M₀, M₁₀, M₂₀, M₃₀ ont été confectionnées selon les formulations décrites ci-après.

- Le matériau de référence ou matériau témoin M₀ est constitué en mélangeant le fondu de sachets plastiques avec du sable S₅ issu de la terre de barre ;

47 - Les matériaux M10, M20, M30 sont constitués de mélanges de sachets plastiques fondus et de sable S₅ auquel ont été substitués respectivement 10 %, 20 % et 30 % d’argile extraite de la terre de barre. Remarquons que le matériau M30 représente en réalité la terre de barre dans son état naturel, parce que les essais initiaux d’analyse granulométrique ont révélé que cette dernière contient environ 70% de sable et 30% d’argile.

Pour optimiser les dosages des différents matériaux élaborés ci-dessus cités, des essais préliminaires ont été effectués au cours desquels les rapports pondéraux [sachet plastique fondu / (sachet plastique fondu + granulats)] exprimés en pourcentage ont été variés dans les plages respectives de valeurs les plus pertinentes suivantes:

o Pour le composite sable – sachet (témoin) M0 : 20 % à 25 % o Pour le composite sable – sachet – argileM10 : 22,5 % à 27 % o Pour le composite sable – sachet- argile M20 : 22,5 % à 27 % o Pour le composite sable – sachet - argile M₃₀ : 26 % à 36 %.

Comme il en a été pour le matériau à base de sable lié par des sachets plastiques fondus, le résultat de la mise au point du matériau à base de terre de barre liée par des sachets plastiques fondus a été apprécié visuellement. Un retrait dimensionnel se manifeste visuellement par une marge laissée entre le produit refroidi et les parois du moule, ou par une déformation au refroidissement sur les pièces minces et longues ; il exprime un excès de liant. A l’opposé un aspect écaillé ou farineux exprime un manque de cohésion donc un manque de liant. Le meilleur aspect se trouve à l’intermédiaire de ces extrémités.

2.2.1.2.2. Influence du réchauffement ambiant sur les résistances mécaniques

Pour évaluer la vulnérabilité supposée du matériau vis-à-vis de la chaleur excessive, en relation avec le réchauffement climatique sur la planète terre, l’influence de la température ambiante a été estimée. Nous avons supposé le matériau composite en position de pavé pouvant servir sous le soleil tous les jours (environ 40°C) et supporter par intermittence des réchauffements dus aux pneumatiques en freinage glissé (85 à 140°C, la fumée témoignant de l’atteinte de la température de fusion). Tout en évitant le seuil de la fusion du polyéthylène, ce sont les effets moyens de ces conditions de service que nous avons cherché à simuler, en plaçant dans une étuve réglée à 80±1°C pendant 2 heures, les éprouvettes de chacun des matériaux composites M0, M10, M20 et M30. Après quoi, ces éprouvettes ont été ensuite soumises aux essais de détermination de leurs résistances mécaniques.

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2.2.2. VOLET SACHET PLASTIQUE DANS LE ROLE D’ADJUVANT CONTRE L’ABSORPTION D’EAU DANS LE MORTIER DE CIMENT

L’incorporation dans les matériaux de construction de produits destinés à améliorer leurs comportements remonte à l’antiquité. Trois siècles avant J-C., la Grande Muraille de Chine a reçu un adjuvant fait d’œufs ; les romains utilisèrent du lait et du sang dans leur béton.

Le monde du béton de ciment est caractérisé aujourd’hui par :

- un grand nombre de normes, règles et dispositions propres à sa confection ; - une grande variété de choix d’intrants ;

- un nombre impressionnant d’adjuvants capables de modifier sélectivement ses propriétés - des méthodes de formulation qui rivalisent de perfection et qui continuent de paraître.

Cependant, aucune action ne prétend aboutir à un béton de porosité nulle. Le but souvent visé est de chercher des compositions de matériaux inertes de sorte que, pour un dosage donné en ciment, la quantité des vides soit minimale (Dreux, 1981).

La sensibilité à l’eau d’un béton n’est donc pas d’office un problème d’adjuvant, raison certainement pour laquelle les adjuvants ne sont pas des produits normalisés.

Le sachet plastique est, en soi, un matériau relativement étanche. Nous nous sommes appuyés sur cette propriété pour agir sur l’absorption d’eau du mortier de ciment. Même si son ménage avec le béton ou le mortier de ciment reste à justifier, nous avons voulu élucider les conditions sous lesquelles l’absorption d’eau du mortier pourrait être réduite.

Dans cette partie de l’étude, nous avons examiné deux aspects fondamentaux du problème: le déchet de sachet plastique utilisé comme un adjuvant de masse et le déchet de sachet plastique comme un adjuvant de surface.

2.2.2.1. Déchets de sachets plastiques comme adjuvant de masse contre l’absorption d’eau dans le mortier de ciment

Dans la synthèse bibliographique, abordant la structure du béton durci, nous avons insisté sur la liaison pâte-granulats et sur les caractéristiques de l’auréole de transition mise en évidence par les récentes recherches concernant l’étanchéité du béton. Nous adoptons donc l’hypothèse que l’auréole de transition est le siège de la porosité.

Cette étude ne vise pas une cible différente. L’objectif est d’agir sur cette auréole afin d’aboutir à une modification de son comportement vis-à-vis de l’absorption d’eau. Nous traiterons amplement du fondement de ce concept dans les méthodes.

Le premier volet de notre démarche passe par la mise au point et la maîtrise de la technique d’enrobage des granulats par du fondu de déchets de sachets plastiques. Ensuite, nous passerons à la cure thermique du mortier réalisé, puis aux mesures portant sur la

49 détermination des taux d’absorption d’eau et des résistances mécaniques des différents mortiers produits.

 Matériel

Dans cette partie, les opérations principales consistent à faire fondre des sachets plastiques et à mélanger le fondu à des agrégats. Les agrégats ainsi enrobés vont servir à confectionner du mortier de ciment en exploitation des dispositions de la norme EN 196.1.

Le matériel expérimental comprend donc:

 un récipient métallique adéquat pour faire fondre les déchets de sachets à l’abri de l’air ;

 un réchaud à gaz, pour assurer l’apport de chaleur requis par les opérations de fusion ;

 une balance électronique de portée 4000 g et sensible au dixième de gramme, pour faire les pesées de sachets et de granulats ;

Photos 2.5 : à gauche Malaxeur électrique ; à droite :Appareil à choc

Photos 2.6 : (à gauche) Pied à coulisse électronique (à droite) : Machine d’usure mécanique

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 une balance électronique de portée 1000 g et sensible au centième de gramme, pour faire les pesées des éprouvettes après immersion et après sortie d’étuve ;

 un malaxeur (Photo 2.5) pour travailler dans les conditions de la confection d’un mortier normal (norme EN 196.1) ;

 un appareil vibreur de pâte de mortier motorisé à chocs (norme EN 196.1) ;

 des moules 40 x 40 x 160 mm ;

 un thermo-hygromètre, de marque CORECI et de type H4, mesurant de 0 à 100%

d’humidité relative, et pouvant mesurer les températures de -20 à 60 °C ; il permet de surveiller les conditions hygrométriques des essais ;

 une presse de marque Seidner destinée aux essais de compression et de traction par flexion trois points sur les éprouvettes de dimensions 40 x 40 x 160 mm.

une série normalisée de tamis AFNOR d'ouvertures respectives 0,08 - 0,16 - 0,315 - 0,63 - 1,25 – 2 - 2,5 - 3,15 - 4 – 5 - 6,3 – 8 – 10 - 12,5 – 14 - 16 (mm), une truelle, des béchers, des bocaux métalliques, des spatules ;

 un chronomètre pour mesurer le temps des phases de malaxage ;

 une étuve de portée 200°C, pour le séchage les éprouvettes.

 une feuille de tôle plane, pour accompagner le refroidissement des agrégats enrobés à chaud en les étalant sur la feuille de tôle.

* une chambre climatisée, pour conserver à 18°C, les échantillons en attendant l’âge de leur exploitation.

* une machine d’usure mécanique (Photo 2.6) de marque MPR HELLEMMS NORD SN505 avec le compte-tours incorporé permettant de qualifier l’usure des matériaux de revêtement ;

 un pied à coulisse au 1/100^ème de mm, pour la mesure des dimensions;

 du sable de mer de granularité 0,2/0,5 mm servant de grenailles à la machine d’usure.

 Méthodes

Le présent travail est consacré à l’étude de l’influence de l’incorporation du fondu de déchets de sachets plastiques sur l’absorption d’eau du mortier de ciment et ce, à différentes teneurs en sachets plastiques et à différents âges du mortier. Une analyse des propriétés mécaniques a été effectuée sur le mortier ayant offert le meilleur résultat en absorption.

51 2.2.2.1.1. Fondements du concept

On sait que, dès la fin du moulage du béton hydraulique, les granulats s’entourent d’une couche de transition de quelques dizaines de microns appelée zone de faible cohésion et comportant deux couronnes ou couches (Maso, 1982). En effet, les travaux de l’auteur ont montré que la première couche au contact du granulat est très compacte et de texture très fine, intimement fixée au granulat par des liaisons de type physique et peut-être de type chimique, sauf pour les minéraux micacés avec lesquels aucune liaison ne s’établit alors que la seconde

On sait que, dès la fin du moulage du béton hydraulique, les granulats s’entourent d’une couche de transition de quelques dizaines de microns appelée zone de faible cohésion et comportant deux couronnes ou couches (Maso, 1982). En effet, les travaux de l’auteur ont montré que la première couche au contact du granulat est très compacte et de texture très fine, intimement fixée au granulat par des liaisons de type physique et peut-être de type chimique, sauf pour les minéraux micacés avec lesquels aucune liaison ne s’établit alors que la seconde

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