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Submitted on 24 Jun 2015
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Etude de l’influence des fines calcaires sur le
comportement du béton formulé à base des granulats recyclés
Rebih Zaitri, Madani Bederina, Fodil Dif, Youcef Guetaf
To cite this version:
Rebih Zaitri, Madani Bederina, Fodil Dif, Youcef Guetaf. Etude de l’influence des fines calcaires sur
le comportement du béton formulé à base des granulats recyclés. Rencontres Universitaires de Génie
Civil, May 2015, Bayonne, France. �hal-01167746�
recyclés
Zaitri R
1, Bederina M
1, Dif F
2, Guetaf Y
31 Laboratoire de matériaux et rehabilitation de structures, Université Ammar Thélidji de Laghouat, Algérie
2 Laboratoire de LABMAT, ENP d’Oran, Algérie
3 Laboratoire de génie civil, Université Saad Dahlab de Blida, Algérie
RÉSUMÉ. Le recyclage du béton constitue un des domaines de recherche les plus récents et ceci à cause de ses nombreux intérêts environnementaux et économiques. Plusieurs recherches ont été menées dans beaucoup de pays pour développer l'utilisation des déchets de démolition comme constituants de nouveau béton. La réutilisation de ces déchets de construction comme granulats a une grande importance sur la protection de l’environnement car, d’un coté, elle permet de récupérer les matériaux résultants de la démolition du vieux bâtis ou dus aux catastrophes et d’autre coté, elle permet de protéger la nature de l’exploitation excessive de la réserve des granulats naturels.
L’objectif principal de cette étude concerne la gestion des granulats recyclés de béton à travers leur emploi dans la fabrication de béton. Il convient d’étudier les caractéristiques physiques et mécaniques des granulats recyclés de béton et de les comparer avec des granulats naturels. Aussi l’influence des fines calcaires sur le comportement du béton recyclé à l’état frais et durci a été étudiée.
ABSTRACT
.
The recycling of the concrete is one of the most recent research fields and this because of its numerous environmental and economic interests. Several searches were led in many countries to develop the use of demolition waste as components of new concrete. The reuse of waste as construction aggregates presents a great importance for the protection of the environment because, on the one hand, it allows to recover the materials resulting from the demolition of the old built or due to natural disasters. On the other hand, it helps protect the nature of the excessive exploitation of natural aggregates reserves.The main objective of this study concerns the management of recycled concrete aggregates through their use in the manufacture of concrete. It is necessary to study the physical and mechanical properties of recycled concrete and compare them with natural aggregates. Also the influence of limestone fines on the behavior of recycled fresh and cured concrete was studied.
MOTS-CLÉS: Granulats recyclés, Béton, Fines calcaires, l’état frais, l’état durci.
KEYWORDS: Recycled aggregates, concrete, limestone fine, fresh state, cured state.
33èmes Rencontres de l’AUGC, ISABTP/UPPA, Anglet, 27 au 29 mai 2015 2
1. Introduction
L'intérêt de réduire la consommation abusive des granulats naturels non renouvelables et la nécessité d'éliminer les gravats de démolition en quantités croissantes, constituent un des objectifs vis-à-vis des exigences soulevées par la prise en compte du développement durable dans le bâti. La solution passe par l'utilisation des granulats recyclés issus des matériaux de la déconstruction. Le recyclage se pose comme un concept environnemental et économique à la fois.
2. Matériaux utilisés
Le ciment utilisé pour la confection de nos bétons est un ciment portland composé CPJ 42,5 (MATINE). Il a une surface spécifique Blaine de 4500cm2/g et une densité de 3,02. Le constituant secondaire du ciment est une poussière introduite à raison de 13% (en moyenne) par rapport au poids du ciment.
Les fillers utilisés sont des fines calcaires prévenants de la région de Laghouat (Algérie). Ils ont une densité absolue de 2,7 et leur nature est essentiellement constituée de calcite (CaCO3). La surface spécifique de ces fines calcaires est de 3200 cm2/g.
Pour les granulats, deux types de sables ont été utilisés :
un sable naturel (SN) (provenant de la carrière de Messaad wilaya de Djelfa) de classe 0/5mm et de nature calcaire ;
un sable recyclé (SR), issu des déchets de béton ;
Les caractéristiques physiques des sables sont données dans le tableau 01.
Nous avons utilisé aussi deux types des graviers : graviers naturels et graviers recyclés, chaque type est composé de deux fractions, la fraction3/8 et la fraction 8/15. Les caractéristiques physico-mécaniques sont données dans le tableau 02. Les graviers naturels 3/8 et 8/15, proviennent de la même carrière et ont donc la même nature calcaire.
L’eau selon la norme NF P 18 303 doit être exempte de matières organiques, de sulfates et avoir une acidité supérieure à 4. L’analyse chimique de l’eau utilisée (eau potable distribuée par le réseau du service public) révèle un pH proche de la neutralité (8,13), un taux en chlorure Cl est très faible (78,1mg/l) et un taux en sulfates SO4 faible (175mg/l).
L’adjuvant utilisé est un superplastifiant haut réducteur d'eau (medaflow 30) commercialisé par la société Granitex. Il est conçu à base de polycarboxylates d'Ether qui améliorent considérablement les propriétés des bétons. Les données techniques sont : le pH égal à 6.5, la densité égale à 1,07 et le pourcentage d’extraits secs 30
%. Le volume total d’eau de gâchage est le volume d’eau auquel il faut ajouter la quantité d’eau équivalente apportée par le fluidifiant [AIT 92].
Tableau 1. Caractéristiques physico-mécaniques des granulats.
Tableau 2. Caractéristiques physiques des sables.
GN 3/8 GN 8/15 GR 3/8 GR 8/16 La masse volumique absolue (g/cm3) 2,66 2,68 2,4 2,44
Coefficient d’absorption (%) 1,07 0,95 6 3,9
LA (%) 21 25 30,22 33,88
dV absolue dV apparente Es piston Es visuel Mf
SN 2,61 1,41 74,26 78,64 2,23
SR 2,46 1,29 65,90 67,89 2,56
3. Résultats et discussions
Les caractéristiques mesurées sur les bétons étudiés à l'état frais et à l'état durci sont :
L'ouvrabilité (l’affaissement au cône d'ABRAMS).
La masse volumique.
La résistance à la compression à l’âge de 7, 14 et 28 jours, sur des éprouvettes cubiques de 100x100x100 mm3.
La composition du béton a été déterminée selon la méthode de DREUX-GORISSE [DRE 97].
Les compositions des bétons obtenues sont résumées dans les tableaux suivants :
Tableau 3. Proportions des différents constituants des bétons ordinaires.
Tableau 4. Proportions des différents constituants des bétons recyclés.
3.1. Influence de la teneur en fines calcaires sur l’affaissement des bétons
Les valeurs de l'affaissement mesurées par le cône d’Abrams des différents bétons recyclés et ordinaires sont représentées graphiquement dans la figure 1 :
Désignation des mélanges
BO 0
BO 5
BO 10
BO 12.5
BO 15
BO 17.5
BO 20
BO 25
Ciment (kg) 400 400 400 400 400 400 400 400
Eau (l) 181,8 181,8 181,8 181,8 181,8 181,8 181,8 181,8
Adjuvant (l) 2 2 2 2 2 2 2 2
Gravier 3/8 (kg) 287,94 284,8 281,64 280,05 278,48 276,90 275,33 272,17 Gravier 8/15(kg) 870,31 860,8 851,26 846,48 841,72 836,97 832,20 822,69
Sable (kg) 635,69 628,73 621,77 618,30 614,80 611,33 607,84 600,88
E/C 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45
calcaires (kg) 0 20 40 50 60 70 80 100
Désignation des mélanges
BR 0
BR 5
BR 10
BR 12.5
BR 15
BR 17.5
BR 20
BR 25
Ciment (kg) 400 400 400 400 400 400 400 400
Eau (l) 181,8 181,8 181,8 181,8 181,8 181,8 181,8 181,8
Adjuvant (l) 2 2 2 2 2 2 2 2
GR 3/8 (kg) 189,96 186,96 184,80 183,74 182,68 181,60 180,55 178,42 GR 8/16 (kg) 801,00 702,02 782,92 778,39 773,88 769,37 764,84 755,81
SR (kg) 613,74 606,80 599,90 596,42 592,96 589,51 586,04 579,12
E/C 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45
Calcaire (kg) 0 20 40 50 60 70 80 100
33èmes Rencontres de l’AUGC, ISABTP/UPPA, Anglet, 27 au 29 mai 2015 4
5,3 6,8
5
4,1 4
2,5
2 2
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 5 10 12,5 15 17,5 20 25 Pourcentage de calcaire (%)
beton recyclé
Affaissement (cm)
8
10,8 11,5 9
7,5 7,5 7
6
0 2 4 6 8 10 12 14
0 5 10
12,5 15
17,5 20 25 Pourcentage de calcaire (%)
beton ordinaire
Affaissement (cm)
Figure 1. Variation de l’affaissement en fonction du pourcentage de calcaire.
La figure 1 montre que les bétons ordinaires ont des valeurs satisfaisantes pour l'ouvrabilité. On obtient une ouvrabilité plastique et très plastique pour les bétons ordinaires testés.
Par contre, pour les bétons recyclés on remarque que l'affaissement mesuré présente une ouvrabilité ferme, excepté la composition BR 5%. Ceci peut être expliqué par les granulats recyclés de béton qui sont caractérisés par une forte capacité à absorber l’eau. De plus, il semble que la partie plus fine des granulats recyclés absorbe une quantité d’eau plus élevée que les éléments plus grossiers [PAD 09]. La nécessité des bétons recyclés d'une quantité d’eau supplémentaire (approximativement 15%) est importante pour l’obtention d’une ouvrabilité plastique similaire à celle d’une composition de béton de granulats naturels. Ce résultat concorde parfaitement avec la littérature [WIR 00].
La présence du calcaire améliore la maniabilité des bétons recyclés notamment pour le dosage à 5% de calcaire. Pour les bétons ordinaires, l'affaissement augmente sensiblement par rapport au béton de référence (BO 0%) pour les taux de calcaire allant de 5% à 10%. Cela est peut être dû, d'une part, à la substitution de la partie fine de sable par les fines calcaires. Donc moins de partie argileuse, qui absorbe beaucoup d'eau, et d'autre part à la finesse du calcaire remplissant les pores et libérant l’eau emprisonnée.
En plus, à un taux au-delà de 10% pour le béton ordinaire et à un taux au-delà de 5% pour le béton recyclé, le calcaire a une influence négative sur l'affaissement. Cela prouve que la quantité importante du taux de calcaire accroît sensiblement la demande en eau. Pour la composition BO 12,5%, on obtient un affaissement supérieur à celui du béton témoin BO 0%.
3.2. Influence de la teneur en fines calcaires sur la masse volumique des bétons
Les résultats de l’évolution de masse volumique en fonction de taux de calcaire sont illustrés par la figure 2 et la figure 3 :
Figure 2. Variation de la masse volumique des bétons recyclés avec des fines calcaires en fonction de temps.
2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500
à 1 jour à 7 jours à 14 jours à 28 jours temps
La masse volumique (Kg/m3)
0%
5%
10%
12,50%
15%
17,50%
20%
25%
2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500 2550 2600
à 1 jour à 7 jours à 14 jours à 28 jours temps
La masse volumique (Kg/m3)
0%
5%
10%
12,50%
15%
17,50%
20%
25%
Figure 3. Variation de la masse volumique des bétons ordinaires avec des fines calcaires en fonction de temps.
D'après les figures 2 et 3, la compacité optimale observée des mélanges est obtenue à 10% de calcaire pour le béton ordinaire et à 12,5% de calcaire pour le béton recyclé où on note la valeur maximale de la masse volumique des bétons étudiés. Ces optimums observés traduisent forcément une meilleure compacité des mélanges.
A partir de ces figures, il a été noté que la masse volumique augmente rapidement pour des taux de calcaire allant de 0 à 10% pour le béton ordinaire et de 0% à 12,5% pour le béton recyclé quel que soit l’âge des éprouvettes des bétons testés (ordinaire, recyclé) (après 24 heures, 7, 14 et 28 jours). Ceci s’explique par le rôle de remplissage des fines calcaires qui s'insèrent dans les vides et les pores capillaires, ce en diminuant la porosité du squelette du béton. Par contre, l’incorporation de calcaire au delà de 12,5% conduit à un effet inverse.
3.3. Influence de calcaire sur les propriétés des bétons durcis
3.3.1. Résistance à la compression
Les résultats des essais de la résistance à la compression effectués sur les bétons recyclés et ordinaires contenants différents pourcentages de calcaire en fonction de l’âge sont représentés graphiquement dans les figures 4 et 5.
20 25 30 35 40 45 50 55
0 5 10 12,5 15 17,5 20 25
Taux de fines calcaires (%)
Résisance à la compression (MPa)
Rc à 7 j BO Rc à 14 j BO Rc à 28 j BO
Figure 4. Variation de la résistance à la compression des bétons ordinaires en fonction du taux de calcaire.
33èmes Rencontres de l’AUGC, ISABTP/UPPA, Anglet, 27 au 29 mai 2015 6
20 25 30 35 40 45
0 5 10 12,5 15 17,5 20 25
Taux de fines calcaires (%)
Résisance à la compression (MPa)
Rc à 7 j BR Rc à 14 j BR Rc à 28 j BR
Figure 5. Variation de la résistance à la compression des bétons recyclés en fonction du taux de calcaire.
A partir des résultats obtenus, nous remarquons, pour tous les bétons, une augmentation évolutive de la résistance à la compression avec l’âge du béton et ne présentant aucune chute.
Ainsi, on observe que les bétons étudiés présentent des résistances en compression acceptables aux jeunes âges et ils présentent des performances mécaniques satisfaisantes en compression.
D’après la figure 5, on constate que l'évolution de la résistance en compression en incorporant divers taux de calcaire présente la même allure, quel que soit l’âge des éprouvettes, à 7, 14 et 28 jours des différents types de bétons testés (recyclés ou ordinaires).
On remarque aussi que l'ajout de calcaire de 5% et 10% pour le béton ordinaire et 5%, 10% et 12,5% pour le béton recyclé améliore la résistance à la compression des bétons étudiés à moyen et à long terme par rapport à un béton témoin (BR 0%, BO 0%). Le facteur le plus responsable de cette légère amélioration de la résistance mécanique serait bien sûr : la grande finesse de calcaire utilisé qui remplit un maximum de vides entre les grains de ciment et les granulats.
En suite, on note après 10% et particulièrement à 12.5 et 15% de fines calcaires, une chute de résistance à la compression de béton ordinaire qui toutefois, reste supérieure à celle de béton ordinaire témoin (BO 0%).
Par contre, la résistance à la compression de béton recyclé BR 15%, rejoint de près celle du béton témoin BR 0%. Au-delà de ce pourcentage d'ajout de calcaire, il y a une diminution de la résistance de béton recyclé par rapport à celle de béton recyclé sans calcaire.
Ainsi, on remarque que l’ajout de calcaire au delà de 15% pour le béton ordinaire, la résistance obtenue est toujours plus faible à celle du béton ordinaire sans calcaire.
De plus, la résistance des bétons ordinaires est toujours supérieure aux celles des bétons recyclés quelque soit la quantité de calcaire ajouté. Cela est du aux propriétés mécaniques des granulats recyclés qui s’avèrent être moins bonnes que celles des granulats naturels [DE 09].
4. Conclusion
Les résultats obtenus par cette recherche peuvent mener aux conclusions suivantes :
La quantité de calcaire ayant une influence significative sur le comportement du béton recyclé et du béton ordinaire, à l’état frais et l’état durci.
Les bétons ordinaires ont une ouvrabilité plastique et très plastique pour les compositions BO 5% et BO 10%, à l’exception de la composition BR 5% qui donne une ouvrabilité plastique.
Les performances mécaniques sont généralement satisfaisantes pour des bétons recyclés.
L’introduction de l’addition calcaire conduit à une densification de la matrice cimentaire. La mouture des particules de calcaire, permet à ses grains de s’intercaler dans les pores crées par l’hydratation, entre les granulats et les produits d’hydratation, ce qui multiplie les liaisons microscopiques, développe
l’adhérence granulat-matrice et par conséquent augmente la résistance des bétons étudiés aux fines calcaires.
Les résultats expérimentaux obtenus montrent que calcaire, à raison de 10% et de 12,5%, engendre une augmentation importante de la résistance à la compression pour les bétons ordinaires et les bétons recyclés respectivement.
La résistance des bétons ordinaires est toujours supérieure à celles des bétons recyclés, quelque soit la quantité de calcaire ajouté.
5. Bibliographie
[AIT 92] AITCIN PC., « L’emploi des fluidifiants dans les bétons à hautes performances », Compte-rendu des travaux scientifiques du Projet national Voies nouvelles du matériau béton, Presses de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, France, 1992.
[DE 09] DE JUAN M S., GUTIERREZ P A., « Study on the influence of attached mortar content on the properties of recycled concrete aggregate », Construction and Building Materials, 23 (2), pp. 872-877, 2009.
[DRE 97] DREUX G., FESTA J., Nouveau guide du béton et de ses constituants, Huitième édition, Edition Eyrolles, Paris, 1998.
[PAD 09] PADMINI A K., RAMAMURTHY K., MATHEWS M S., « Influence of parent concrete on the properties of recycled aggregate concrete », Construction and Building Materials, 23 (2), pp. 829-836, 2009.
[WIR 00] WIRQUIN E., « Utilisation de l'absorption d'eau des bétons comme critères de leur durabilité- Application aux bétons de granulats recyclés », Materials and Structures, 33 pp. 403-408, 2000.
