Propriétés des bétons avec déchets plastique

Il y a deux points de vue parallèles sur le comportement de la maniabilité du béton contenant des agrégats plastique.

Dans plusieurs études par exemple [47] et [48],une valeur inférieure d’affaissement du béton frais a été observée à raison de l’incorporation de plusieurs types de granulats plastiques de celle du mélange du béton conventionnel, il a été observé qu’une addition de plus en plus importante en matière plastique abaisse encore le taux d’affaissement.

D'autre part, dans quelques études [49]et [50]une augmentation de la valeur de l’affaissement due à l'incorporation de granulats en plastique est également signalée, l'augmentation de l’affaissement des mélanges de béton en raison de l'incorporation d’agrégats plastiques est due à la présence d'eau libre plus importante dans les mélanges contenant du plastique que dans le mélange de béton contenant un agrégat naturel, donc à la différence des granulats naturels, les agrégats en plastique ne peuvent pas absorber de l'eau lors du gâchage [51].

Figure.I. 6.La relation entre la maniabilité et le taux de déchets plastique incorporés[50].

I.4.2- La densité :

La masse volumique d’un béton dépend de sa composition en particulier de la densité des granulats utilisés. Selon plusieurs chercheurs [52], [44],l’incorporation de matières plastiques comme agrégat diminue généralement les densités à l’état frais et durcie du béton résultant du fait de la légèreté de l'agrégat en plastique.

Figure.I. 7.Densité à sec par rapport au volume de sable remplacé par les PET [52].

[53]a montrés que les densités à l’état frais et durcis des composites contenants des déchets plastique ont diminué avec l’augmentation de la quantité d'agrégats de PET dans le mélange de béton. La réduction des poids unitaires peut s'expliquer par la faible masse volumique du plastique PET par rapport à l'agrégat conventionne.

Figure.I. 8.Densité du mortier à base de déchets plastiques (PF=PET flakes ;PP=PET pellets[54].

I.4.3- La résistance à la compression

La résistance à la compression du béton et du mortier de ciment est une propriété fondamentale qui a été étudiée en détails dans la plupart des travaux de recherche liées aux agrégats en plastique [53] et [55].Dans toutes ces études, il a été montré que l'incorporation des agrégats de plastique a diminuée la résistance à la compression du béton / ou mortier résultant [56].

Selon [52] les résultats des essais de résistance à la compression pour les mélanges de mortier en plastique usagés montrent une diminution de la résistance à la compression en fonction du taux de déchets plastiques incorporés (Figure I.12). Cette tendance peut être attribuée à la diminution de la force d'adhérence entre la surface du plastique usé et la pâte de ciment comme il est montré dans la photo (I.7).

Figure.I. 9.La résistance à la compression en fonction du volume de sable remplacé par le PET.

D’après [57], la diminution de la résistance à la compression en fonction du taux de déchets plastiques incorporés dans le béton a été liée à la mauvaise liaison entre la matrice et le PET, ou due à la faible ductilité du PET.

Photo.I. 7.Images SEM montrant le contact entre PET et la matrice et le contacte entre grain de sable et la matrice [52].

I.4.4- La résistance à la traction par flexion :

Par rapport à la résistance à la compression, la résistance à la traction du béton est relativement faible mais on a parfois besoin de la connaître [58].De manière similaire au comportement de la résistance à la compression, l'incorporation de tout type d'agrégat plastique abaisse la résistance à la traction par flexion du béton selon plusieurs études faites en ce type d’agrégats.

Selon [59] la diminution de la résistance à la traction par flexion est due à la porosité accrue du béton causée par l'incorporation de granulats PET ainsi que l'augmentation du rapport E/C.

[50]Concluent après une enquête en utilisant le polyéthylène téréphtalate (PET) comme des agrégats que les résistances des mélanges de béton ont diminués de 19%, 31% et 54% avec l'augmentation des agrégats de PET de 25%, 50% et 75% respectivement.

Figure.I. 10.Resistance a la traction en fonction du pourcentage des agrégats plastique [50]

I.4.5- La conductivité thermique :

D’après [52], les agrégats plastiques ont tendance à ralentir la propagation de la chaleur qui à son tour diminue la conductivité thermique du composite. En outre, l'incorporation des agrégats plastiques cause une augmentation du volume des vides d'air, la conductivité globale a diminué en raison de la très faible conductivité thermique de l'air (0,024 W / m.K). Figure I.14 présente une relation entre la conductivité thermique et la densité sèche des composites.

Figure.I. 11..La Conductivité thermique en fonction du volume de sable remplacé par PET [52].

I.4.6- L’absorption capillaire :

D’après [Ge, Z., Huang 60], l'absorption d'eau des mortiers fabriqués par PET a été faible, les éprouvettes ont été émergés dans l’eau pendant 7 jours, le taux d’absorption a été très faible par rapport au mortier normal (<0.47% de la masse).Les chercheurs suggèrent qu'en raison de sa haute résistance à l'érosion, il pourrait être utilisé dans des environnements agressifs.

Figure.I. 12.Absorption d'eau d’un mortier contenant PET [60].

Alors que [54] ont étudié l’effet de substitution du sable par les déchets plastique. Ils ont trouvé que l’absorption capillaire des mortiers a augmenté en fonction d’augmentation des déchets plastiques. Cette augmentation de la perméabilité est probablement liée à l'augmentation de la porosité interne due à la faible connexion de la matrice et de l'agrégat.

[59] aussi ont signalé que l'absorption d'eau est plus élevée pour les bétons contenants des granulats de PET par rapport aux bétons contenants uniquement les granulats naturels.

L'absorption d'eau est en outre proportionnelle à la teneur croissante de PET dans le béton, l’augmentation de la taille des agrégats de PET et l’augmentation du rapport E/C.

Selon les auteurs, la différence de la distribution granulométrique ainsi que la forme des granulats en plastique en comparaison avec l'agrégat fin naturelle étaient responsables de ce comportement.

I.4.7- Retrait

Le phénomène de retrait est un facteur très important dans la pratique. Il correspond à des variations dimensionnelles mettant en jeu des phénomènes physiques avant, pendant et après la prise des bétons.

(Akçaözoğlu, S.. 53) ont trouvé que l’incorporation du PET dans le béton provoque une augmentation du retrait des bétons légers, ce résultat est confirmé par autre études ainsi que [61].

[Frigione, M.. 48] a mesuré la propriété de retrait d’un béton durci contenant du granulat de PET. Il a trouvé une augmentation dans les valeurs de retrait en raison de l'incorporation de granulats de PET dans le béton. Selon l'auteur, ce comportement est principalement dû au module d'élasticité inférieur de béton contenant un agrégat plastique que celui des bétons courants [54] et [62], [54].

Expliquent cette diminution par la légère diminution de la capacité de séchage. Au fur et à mesure que l'évaporation de l'eau des capillaires entraîne un rétrécissement, une évaporation plus lente conduit à un rétrécissement plus faible, correspondant également à un rétrécissement plus faible, en raison du gain de rigidité avec le temps d'hydratation.

[Soroushian ,62] explique les résultats obtenus du mélange optimal en raison de la capacité du plastique à réduire la largeur de la fissure de retrait car il se comporte comme des fibres et arrête les microfissures et pont à travers les fissures pour restreindre leur élargissement.

I.5- Conclusion :

Dans ce chapitre, nous avons présenté une étude bibliographique qui repose sur deux points :

1 / la synthèse de bétons de sable, ses propriétés, caractéristiques et leur utilisation…etc.

2 / la synthèse des connaissances actuelles sur les caractéristiques physiques et mécaniques des bétons de sable avec les déchets plastiques.

Nous avons retenu que les recherches sur les bétons de sable déterminent la composition optimale et les performances potentielles grâce à l’utilisation des déchets PET.

Les sables de dunes présentent des caractéristiques chimiques et physiques utilisable en construction (propreté et présence de silices).

Cette recherche bibliographique montrera l'influence notable des granulats PET sur les performances à l'état frais et à l'état durcie des bétons. La différence entre un béton à granulats légers par rapport à bétons à granulats rigides est la plus faible masse volumique qui diminue le module élastique et la résistance du béton.

CHAPITRE II

CARACTERISATION DES MATERIAUX ET

PROCEDURES D’ESSAIS

II.1- Introduction

Dans ce chapitre on va présenter les caractéristiques des matériaux utilisés dans cette étude.

Le béton de sable est constitué du sable de dunes, du ciment, de l’eau, et des déchets plastiques (Les ceintures de sertissage).

Les essais effectués sur ces produits sont réalisés au niveau des laboratoires des travaux publics du sud Ghardaïa (LTPS SUD).

II.2- Caractérisation des matières utilisées :

II.2.1- Sable :

Le sable utilisée dans cette recherche expérimentale est le sable de dune ramené de la région Hassi Elfehl.

Photo.II. 1.Le sable utilisé.

II.2.1.1- Analyse granulométrique [NF EN 933-1]

L’analyse granulométrique permet de classer et de définir la granulométrie des matériaux employés dans la construction, d'après la grosseur des grains et la forme de la courbe granulométrique.

L´essai consiste à fractionner au moyen d´une série de tamis un matériau en plusieurs classes granulaires de tailles décroissantes. Les dimensions de mailles et le nombre des tamis sont choisis en fonction de la nature de l´échantillon et de la précision attendue.

Les masses des différents refus ou celles des différents tamises sont rapportées à la masse initiale de matériau, les pourcentages ainsi obtenus sont exploités, soit sous leur forme numérique, soit sous une forme graphique (courbe granulométrique).

Figure.II. 1.Courbe granulométrique du sable de dune.

II.2.1.2- Module de finesse [NF EN 12620] :

Ce module de finesse (Mf) pour un granulat est égal au centième (1/100) de la somme des refus cumulé exprimé en (%) sur les tamis de la série suivante :

(0.16−0.315 −0.63−1.25 −2.5 −5mm).Ce module est donné par la formule suivante :

Mf = Σ refus cumulée en % 100

D’après la formule Mf = 0.95

A partir de ces résultats on peut déduire que le sable de dune est constitué essentiellement de grains fins ,et la courbe est continue.

ES= (h2/h1) x100 II.2.1.3-Equivalent de sable [NF EN 933-8] :

Cet essai permet de mesurer la propreté d´un sable, et est effectué sur la fraction d´un granulat passant au tamis à mailles carrées de 5 mm. Il rend compte globalement de la quantité et de la qualité des éléments fins, en exprimant un rapport conventionnel volumétrique entre les éléments sableux qui sédimentent et les éléments fins qui floculent.

Cet essai a pour but de mesurer la propreté des sables entrant dans la composition des bétons. L'essai consiste à séparer les flocules fins contenues dans le sable. Une procédure normalisée permet de déterminer un coefficient d'équivalent de sable qui quantifie la propreté de celui-ci. [63]

L'essai est effectué sur la fraction 0/2 mm du sable à étudier. On lave l'échantillon, selon un processus normalisé, et on laisse reposer le tout. Au bout de 20 minutes, on mesure les éléments suivants :

- Hauteur h1 : sable propre + éléments fins, - Hauteur h2 : sable propre seulement.

L’équivalent de sable permettant de déterminer le degré de propreté du sable

Selon que la hauteur H2 est mesurée visuellement ou à l'aide d'un piston, on détermine ESV

(Équivalent de sable visuel) ou ESP (équivalent

de sable au piston) .

Figure.II. 2.Equivalent de sable à vue et à piston.

Tableau.II. 1.Nature et qualité du sable.

ESv ESpiston Nature et qualité du sable

ESv < 65 SE<60 Sable argileux - Risque de retrait ou de gonflement, à rejeter pour des

bétons de qualité

65 ≤ ESv < 75 60 ≤ SE<70 Sable légèrement argileux - de propreté admissible pour béton de qualité quand ou ne craint pas

particulièrement de retrait

75 ≤ ESv < 85 70 ≤ SE <80 Sable propre - à faible pourcentage de fines argileuses convenant parfaitement pour les bétons de

haute qualité.

ESv ≥ 85 SE >80

Sable très propre - l'absence presque totale de fines argileuse Risque d’entraîner un défaut de plasticité du béton qu'il faudra rattraper par une augmentation

du dosage en eau.

Tableau.II. 2.Pourcentage d’impureté dans le sable.

paramètre Unité Equivalent de sable visuel Equivalent de sable piston

h1 Cm 10.4 10.5

h2 Cm 9 8.9

ES % 97 95

On constate que le sable utilisé est Sable très propre - l'absence presque totale de fines argileuse .

II.2.1.4- Analyse chimique de Sable de dune [EN P 15 – 461] :

Tableau. II. 3.Analyse chimique de Sable de d une

II.2.1.5-Masses volumiques :

Les masses volumiques apparentes et spécifiques des différents granulats sont calculée.

 Masse volumique apparente (ρ _app) : [NF EN 1097-6]

C’est la masse d’un corps par unité de volume apparent du corps. C’est-à-dire du volume constitué par la matière du corps et les vides qu’elle contient, elle est donnée par la formule suivante:

échantillon Sable de d une

Creuset +précipité 30.924

Creuset vide 29.943

Poids du résidu 0.981

% Insolubles 98.1

Creuset +précipité

Creuset vide 20.735

Poids du résidu

% SO32- V NaOH

% CaCO3 00

PHi (initial) PHt (titrage)

C =

^ρ app / ρ _ab

= 100- p

M2 : masse de matériau (sable).

Le résultat obtenu est : (ρ _app) = 1494 kg/m3

 Masse volumique absolue (ρ _ab) : [NF EN 1097-7]

On entend par la masse spécifique la masse d’un corps par unité de volume total en ayant déduit les vides entre les grains.

ρ _ab

=M/(V2-V1)

ρ _ab : Masse volumique absolue M : Masse du corps (sable) V : (v2-v1) : volume absolu.

Le résultat obtenu est : (ρ _ab) = 2666 kg/m3

II.2.1.6- Compacité : [NF P 18-554]

La compacité d’un matériau est une proportion de son volume réellement occupé par la matière solide qui le constitue, c'est-à-dire le rapport du volume absolu des grains au volume apparent du matériau.

La compacité donnée par la formule :

Le résultat obtenu est :

Compacité : C = ρ _app / ρ _ab = 56.03 %

P (%)= (1-

^ρ app

/

^ρ ab

)x 100

II.2.1.7- porosité : [NF P 18-554]

C’est le volume des vides entre les grains du sable. La porosité peut être déterminée par la formule suivante :

Le résultat obtenu est : Porosité : P = 1-C=43.96 %

II.2.2- Ciment [EN 196-3, EN 196-7] :

Le ciment utilisé est un ciment résistance aux sulfates MOKAOUEM PLUS CRS-CEM I 42.5N-SR, ses caractéristiques mécaniques et chimiques sont données par la fiche technique [annexe A]et sont résumées dans les tableaux (2) et (3).

Photo.II. 2.Ciment CRS de lafarge

II.2.2.1- Essai de Consistance (NF EN 196-3)

L'essai consiste à déterminer la quantité d'eau de gâchage optimale qui définit une consistance dite normalisée elle est fonction du rapport E/C.

L'essai a été réalisé avec l'appareil de Vicat selon la norme EN 196-3 (Figures II.4).

 Objectif de l'essai :

La consistance de la pâte de ciment est une caractéristique qui évolue au cours du temps.

Pour pouvoir apprécier cette évolution qui est fonction de la teneur en ajout (calcaire) dans le ciment et la quantité d'eau de gâchage ; il faut partir d'une consistance qui soit la même pour toutes les pâtes étudiées.

 Principe de l'essai :

La consistance est évaluée en mesurant l'enfoncement d'une aiguille cylindrique de(Ø = 10 mm) sous l'effet d'une charge constante (300g). L'enfoncement est d'autant plus rapide et important que la consistance est plus fluide. (Figure II.4).

Conduite de l'essai :

✓ Verser la quantité d'eau dans la cuve du malaxeur. La température dans la salle doit être de 20 ±2°C et une humidité relative supérieure ou égale à 50%.

✓ Verser 500 g de ciment au centre de la cuvées un temps compris entre 5 et 10 secondes.

La fin du versement correspond au temps 0.

✓ Mettre immédiatement le malaxeur en marche à vitesse lente pendant 90 s.

✓ Arrêt du malaxage pendant 30 s, faire le raclage de la pâte.

✓ Remettre le malaxeur en marche pendant 90s à vitesse lente.

✓ Introduire la pâte immédiatement dans le moule tronconique de hauteur 40mm et de diamètre 70 et 80 mm posé sur une plaque en verre huilée sans tassement ni vibration excessive.

✓ Enlever l'excès de la pâte par un mouvement de va et vient avec une truelle maintenue Perpendiculairement à la surface du moule.

✓ Placer l'ensemble sur la platine de l'appareil de Vicat.

✓ La sonde de diamètre Ø = 10 mm est amené à la surface de la pâte et lâchée sans vitesse

initiale. La sonde s'enfonce dans la pâte. Quand elle s’immobilise ; ou au plus tard 30s après l'avoir relâchée.

✓ Mesurer la distance d entre l'extrémité de la sonde et le fond du moule, cette distance caractérise la consistance. Si d= 6mm ±2 ; c'est la consistance normalisée Si d est différente

Figure.II. 3.Appareil de Vicat manuel.

de cette valeur, on refait l'essai avec un nouveau rapport E/C jusqu'à l'obtention de la valeur recherchée.

II.2.2.2- Essai de Prise [NF EN 196-3]

 Objectif de l'essai :

Il consiste à déterminer le début et la fin de prise des pâtes pures des ciments étudiées Conformément.

Principe de l'essai :

L'essai consiste à suivre l'évolution de la viscosité de la pâte en utilisant l'appareil de Vicat manuel ou automatique.

Le Vicat manuel équipée d'une aiguille de 1.13mm de diamètre ; sous l'effet d'une charge de 300g l'aiguille s'enfonce à une distance d du fond du moule.

Si d= 6mm ± 3 On dit que c'est le début de prise, le temps est mesuré à partir du temps 0 du début de malaxage.

Si l'enfoncement de l'aiguille dans la pâte vaut d=0.5mm. On dit que c'est la fin de prise, alors la pâte devient un bloc rigide.

 Conduite de l'essai :

Le temps zéro est celui ou le ciment a fini d'être ajouté à l'eau dans la cuve du malaxeur

L'aiguille est amenée à la surface de l'échantillon et relâchée sans vitesse initiale.

Lorsqu'elle s'immobilise (ou après 30s d'attente).

On relève la distance d séparant l'extrémité de l'aiguille à la plaque de base.

On recommence l'opération à intervalle de temps convenablement espacés jusqu'à ce que d = (6±3) mm cet instant mesuré à 5 mn près correspond au temps de début de prise.

On continu l'opération on faisant tourner le moule sur l'autre face le temps de fin de prise correspond à l'enfoncement de l'aiguille dans la pâte que de 0.5mm pour la première fois.

Résultats caractéristiques du ciment dans les Tableaux suivant :(II.4, II.5) ont été réalisées au laboratoire de l’usine de fabrication du ciment solen la norme [EN 196-3, EN 196-7].

Tableau.II. 4.caractéristiques physiques et mécaniques de ciment utilisé.

Propriétés physiques et mécaniques CRS-CEM I 42.5N-SR

Début de prise heur/min 2h :50min

Fin de prise heur/min 3h :48min

Rc28 (MPa) ≥42.5

Rc2 (MPa) ≥10.5

Tableau.II. 5. L’analyse chimique du ciment.

Analyses chimiques Valeur

Perte au feu (NA5042) (%) 3.00±1.8

Teneur en sulfates (SO3) (%) 2.5±0.5

Teneur en oxyde de magnésium MgO (%) 0.01±0.05

Teneur en chlorures(NA5042) (%) 0.02-0.09

II.2.3- Eau de gâchage :

L’eau utilisée pour la confection du béton est celle du robinet de laboratoire des travaux publics du sud (LTPS SUD) Ghardaïa, L’analyse chimique de l’eau a été effectuée à L'Algérienne des Eaux (unité Ghardaïa).

Tableau.II. 6.Composition chimique de l'eau de gâchage : Composition commercial PET. Il s’agit d’n déchet ramené de l’usine AMMOURI situé dans la région ouest de Laghouat. Ce PET est obtenu par le broyage très fin des ceintures de sertissage.

Il possède une température de fusion d’environ 248 °C.

Photo.II. 3.PET utilisé

.

Avant son utilisation dans la confection des bétons, le polytéréphtalate d’éthylène broyé est soumis à des essais de laboratoire à savoir : les masses volumiques apparentes et absolues .

II.2.4.1- Détermination de la masse volumique apparentes et la masse volumique absolus :

Les essais de caractérisation des PET sont effectués au laboratoire des travaux publics du sud Ghardaïa (LTPS SUD) et sont regroupées sur le tableau(II.6) ci-dessous

Tableau.II. 7.Caractéristiques physiques du PET

Masse volumiques absolue (kg/m3) Masse volumiques apparente (kg/m3)

1.16 0.20

II.2.4.2- l’analyse granulométrique du polyéthylène téréphtalate (PET)

L’analyse granulométrique a été réalisé selon la norme (EN933-1 et EN 933-2) On a utilisé des tamis des différents diamètres selon la granulométrie de PET comme dans la figure ci -dessous.

100

PET

80

60

40

20

0

1 2,71828 7,38906

Diamètre des grains (mm)

Photo.II. 4.Les tamis utilisés de l'analyse granulométrique du PET

Les résultats de cette analyse sont présentés sur la figure II.5 ci-dessous.

Figure.II. 4.Les résultats de cette analyse

Selon la courbe granulométrique on remarque que les PET possèdent une granulométrie continue qui s’étale entre 1à 8mm (Dmax =8mm).

II.5- Conclusion :

D' après la caractérisation des constituants utilisée pour la confection du béton de sable renforcé par des déchets plastiques, et d’après les essais effectue on peut tirer les conclusions suivant :

 Le sable utilisés est très propre.

 L’eau de gâchage est l’eau potable du robinet, peut être utilisée pour la composition de notre béton étudié.

 Le ciment utilisé est un ciment résistance aux sulfates MOKAOUEM PLUS

 Le type de déchet plastique utilisé : Les ceintures de sertissage des différents emballages.

CHAPITRE III RESULTATS ET

DISCUSSION

III.1- Introduction

Dans un but de la valorisation des matériaux locaux dans la fabrication d’une nouvelle gamme

Dans un but de la valorisation des matériaux locaux dans la fabrication d’une nouvelle gamme

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