Influence de la teneur en pâte de ciment sur les propriétés des GBR 23

ciment :

- Taille des GBR vs teneur en pâte de ciment

Figure 7. Relation entre teneur en pâte de ciment des GBR et leur taille [44].

De plus Akbarnezhad et al. [43] ont montré que les particules de taille de 4-8mm des granulats recyclés contiennent plus de mortier que les particules les plus grosses. Ceci est dû au fait que les parties les plus friables (principalement le mortier) se détachent facilement dès les premiers contacts avec les mâchoires du broyeur et tombent dans les fractions de plus petite taille.

Il est souvent considéré que la différence entre les gravillons et les sables recyclés provient d’une plus grande quantité de pâte de ciment présente dans les sables recyclés [48, 49]. Ceci peut être expliqué par les procédés de recyclage et de concassage utilisés. L’utilisation de plusieurs étapes de traitement mécanique des GBR diminue la quantité de pâte de ciment adhérente aux agrégats grossiers et la pâte de ciment s’accumule dans la fraction fine des granulats recyclés. La densité des sables est ainsi plus petite que celle des gravillons recyclés de même origine.

- Absorption vs teneur en pâte de ciment

Figure 8. Relation entre teneur en mortier adhérent et absorption des GBR [44].

La pâte de ciment présente dans les GBR est responsable de leur forte capacité d’absorption d’eau comparativement aux granulats naturels [44]. Elle peut être estimée en déterminant la quantité de mortier adhérent.

De Juan et al. [44] ont étudié la relation entre la quantité de mortier ancien fixé à la surface des granulats naturels parents dans les granulats recyclés et l’absorption de ces GBR. Ils ont constaté que l’absorption augmente lorsque la quantité de mortier joint augmente. L'absorption d'eau varie de 5.1 à 11,5% pour la fraction 4-8mm, et de 4.2 à 8.8% pour la fraction 8-16mm des granulats utilisés (Figure 8).

- Densité vs teneur en pâte de ciment

Figure 9. Corrélation entre la teneur en pâte de ciment et la densité des GBR [50].

Plus généralement, il a été démontré que la densité et la teneur en pâte de ciment adhérente diminuent respectivement avec la fraction granulométrique du béton concassé [51]. De même une relation entre la teneur en pâte de ciment des GBR et leur densité peut être établie (Figure 9).

On voit, à partir de l’ensemble de ces résultats, que la teneur en pâte de ciment influence l’hétérogénéité et la variabilité des GBR ainsi que leurs propriétés.

I.3. Hétérogénéité des GBR et échantillonnage

I.3.1. Variabilité

La variabilité des GBR vient de : 1- de la nature du béton concassé (mélange de différents bétons), 2- de l’hétérogénéité de la distribution de la pâte de ciment adhérente dans les différentes classes granulaires qui dépend elle-même du concassage et de l’origine du béton parent.

Les granulats naturels utilisés pour la fabrication d’un béton donné proviennent généralement de la même source, tandis que le même lot de GBR peut être issu de plusieurs chantiers et plusieurs origines et sources. Il présente donc une grande hétérogénéité et variabilité en qualité et en caractéristiques intrinsèques [52].

Les paramètres les plus importants associés à la production des GBR qui peuvent affecter la qualité des granulats produits et le rendement comprennent les propriétés du béton parent (notamment sa composition [44] et sa résistance mécanique [43]), la granulométrie désirée des granulats à produire [53], le type de concasseur utilisé [45] ainsi que le nombre d’étapes de concassage [43].

Le Tableau 3 montre les propriétés des GBR en fonction de celles des bétons d’origine avec le niveau de concassage lors de la production des GBR. Nagataki et al. [45] ont constaté que lors du concassage, une proportion élevée de sable recyclé est produite, qui dépend du type de concasseur.

Tableau 3. Variabilité des propriétés des GBR, [45].

La Figure 10, schématise le concassage dans l’étude de [45]. Un certain nombre d’études antérieures ont également signalé que, en général, la quantité de mortier adhérent présente dans les gravillons recyclés diminue avec l’augmentation du nombre d’étapes de concassage [44]. Une étape supplémentaire de concassage va notamment permettre la séparation d’une plus grande quantité de mortier sur les particules fraction 4-8mm. Cette étape supplémentaire dans le régime de concassage permet ainsi de réduire considérablement la teneur en mortier des petites fractions granulaires des gravillons recyclés produits. Elle va en revanche concentrer plus de pâte de ciment dans les sables recyclés.

Figure 10. Schéma de la procédure de concassage dans l’étude de [45].

De plus, ces auteurs ont observé que, quel que soit le nombre de concassages et la taille maximale des granulats naturels utilisés dans le béton parent, la teneur en pâte de ciment adhérente des sables recyclés augmente généralement avec l’augmentation de la résistance à la compression du béton parent. Cependant une telle augmentation de la teneur en mortier dans les sables de béton recyclés n’affecte pas significativement la résistance à la compression des bétons recyclés parce que l’impact négatif de cette augmentation de la teneur en pâte de ciment est partiellement compensé par l’impact positif de l’augmentation de la résistance et de la densité du mortier présent dans de meilleurs bétons.

La taille maximale des granulats naturels dans le béton parent est également un paramètre qui peut affecter les propriétés du sable recyclé. Padmini et al. [53] rapportent que l’absorption d’eau du sable recyclé diminue avec une augmentation de la taille des granulats naturels utilisés dans le béton parent. De plus il est constaté que si un béton parent a une faible résistance due à un rapport Eeff/C élevé utilisé dans la fabrication on obtient des granulats de faible densité et de forte absorption d’eau et vice versa [46].

I.3.2. Echantillonnage

La première étape de toute caractérisation consiste à extraire un échantillon représentatif et à déterminer les différentes propriétés en fonction des voies de recyclage prévues [54].

Les granulats de béton recyclés, sables et gravillons, sont livrés en big-bags pour les études de laboratoire. Sur chantiers ou en usines, ils sont stockés en vrac. Le prélèvement d’échantillons homogènes et représentatifs présente donc un vrai problème dans la caractérisation de ces granulats.

Dans le cadre du projet Recybéton, une étude a été réalisée pour caractériser les granulats de bétons recyclés utilisés [27]. Dans cette étude, pour éviter la phase fastidieuse de quartage des big-bags, le prélèvement des échantillons a été réalisé à plusieurs endroits dans les big-bags. Pour les gravillons, Sedran suppose qu’il n’y a pas de ségrégation dans les big-bags. Pour les sables, en revanche, plusieurs échantillons sont prélevés à des endroits différents pour leur caractérisation. A partir de deux big-bags les prélèvements réalisés sont les suivants : un en surface et un au fond du premier bag, un autre issu du quartage complet du premier big-bag et un dernier au milieu du deuxième big-big-bag. D’après les résultats des essais de granulométrie qui sont présentés dans la Figure 11, les auteurs concluent que les big-bags sont homogènes (pas de ségrégation) et les sacs sont comparables entre eux.

Figure 11. Résultats des essais de granulométrie sur des échantillons de sable recyclé issus de différents prélèvements [27].