Essais sur le béton frais

Le béton est l’un des matériaux de construction les plus couramment utilisés aujourd’hui. Avant de pouvoir couler votre béton et construire votre structure, vous devez déterminer si le mélange de béton convient à l’application particulière.

Le béton se compose de deux phases, une phase de pâte de ciment composée de ciment, d’eau et d’air, et une phase d’agrégats composée d’agrégats grossiers et fins. Lors de la conception d’un mélange de béton, nous devons nous assurer que le béton frais a une rhéologie adéquate pour qu’il soit facilement exploitable. La méthode des lots d’essai est utilisée pour déterminer les caractéristiques du béton frais. Cet essai in situ vise à s’assurer que le mélange de béton à la centrale à béton a la même viscosité lorsqu’il arrive sur le chantier et qu’il est coulé dans des coffrages.

Cette vidéo aborde les principales propriétés du béton et illustre comment les mélanges de béton frais sont testés en laboratoire.

La méthode d’essai commence par des échantillons de ciment, d’eau, d’agrégats grossiers et fins et de la teneur en air cible. Les agrégats grossiers et fins sont supposés inertes. Les principales variables que nous devons prendre en compte sont le ciment, l’eau et l’air. Le rapport eau/ciment est très important car la résistance du béton dépend directement de cette quantité.

La résistance du béton est généralement mesurée 28 jours après la coulée et varie généralement en termes de rapport eau/ciment d’environ 0,35 pour le béton à haute résistance à environ 0,6 pour le béton à faible résistance.

Un rapport eau/ciment plus faible diminue la perméabilité du béton en réduisant les taux de pénétration des ions salins dans le béton et donc la corrosion de l’armature du béton. La température et l’humidité de durcissement élevées accélèrent considérablement les gains de résistance.

La teneur en air d’un mélange de béton frais joue un rôle important dans la durabilité, en particulier pour le béton utilisé dans les régions qui subissent des cycles de gel et de dégel. L’eau libre se dilate lorsqu’elle gèle et se transforme en glace et peut fissurer le béton. Les bulles d’air dans le mélange permettent cette expansion sans fissurer le béton. Une quantité d’air plus élevée entraîne une résistance plus faible, donc pour une résistance donnée, un rapport eau/ciment plus élevé est nécessaire.

La résistance et la durabilité sont des propriétés à long terme du béton. Les propriétés à court terme telles que la maniabilité doivent également être prises en compte. Dans l’étape suivante de la méthode d’essai, des agrégats grossiers et fins sont ajoutés au mélange pour obtenir la consistance plastique souhaitée. La quantité d’agrégats grossiers et de sable sera ajustée pendant le dosage pour obtenir une maniabilité et un affaissement adéquats pour le mélange de béton.

L’affaissement, ou la fluidité du béton, mesure la consistance avant que le béton ne prenne. L’essai d’affaissement consiste à couler et à compacter du béton frais dans un cône inversé en trois couches. Une fois le cône rempli, le cône est soulevé et la quantité de béton qui s’affaisse ou s’affaisse est mesurée. Les résultats de l’essai d’affaissement sont une indication de la cohésion du mélange. Un mélange bien proportionné tombera mais conservera sa forme d’origine. Un mauvais mélange s’effritera, se séparera et se désagrègera.

Examinons maintenant les pratiques de mélange du béton dans un environnement de laboratoire et apprenons comment la méthode des lots d’essai est utilisée pour préparer des cylindres d’essai de béton pour des applications ultérieures.

Pesez et stockez séparément les quantités données de granulats grossiers, de granulats fins, de ciment et d’eau. Enregistrez les poids exacts sur la fiche technique. Avant de commencer à mélanger, humidifiez l’intérieur du mélangeur et tous les outils afin qu’ils soient mouillés sans laisser d’eau stagnante.

Maintenant, mettez les agrégats grossiers et fins dans le mélange avec environ un cinquième de l’eau. Laissez ces composants se mélanger pendant environ deux minutes. Avec le mélangeur toujours en rotation, ajoutez le ciment et l’eau supplémentaire par cinq à 10 petits incréments. Lorsque vous avez fini d’ajouter ces composants, laissez-les mélanger pendant encore cinq minutes, puis éteignez le mélangeur. Vous êtes maintenant prêt à tester l’affaissement du mélange de béton.

Humidifiez le cône d’affaissement et placez-le dans la casserole de mélange avec le grand diamètre vers le bas. Tenez fermement le cône d’affaissement contre la casserole, puis remplissez environ un tiers du volume avec une couche de béton. Tassez la couche avec 25 coups répartis uniformément sur la section transversale du cône. Lorsque vous avez terminé, ajoutez deux autres couches de béton, en tapotant chaque couche de manière à ce que la tige pénètre légèrement dans la couche précédente. Coupez l’excès de béton de manière à ce que le cône soit complètement rempli mais ne déborde pas.

Soulevez immédiatement le cône avec précaution et verticalement pour le séparer du béton, puis déterminez l’affaissement en mesurant la différence entre la hauteur du moule et la hauteur du béton. L’affaissement de ce mélange doit être compris entre trois et quatre pouces. S’il est trop faible ou si le mélange semble dur et ne s’écoule pas correctement, ajoutez progressivement de petites quantités mesurées d’agrégats fins ou grossiers, selon le cas, puis remélangez soigneusement et testez de nouveau le béton jusqu’à ce que l’affaissement et la consistance souhaités soient atteints.

Maintenant que le mélange est correct, pesez les agrégats restants et notez ces valeurs dans la fiche technique. Calculez les quantités réelles d’agrégats grossiers et fins utilisés dans le mélange de béton à partir des poids initiaux.

Enfin, déterminez le poids unitaire de ce mélange de béton. Enregistrez le poids d’un conteneur vide de 1 pied cube, puis remplissez le conteneur de béton en suivant la même procédure que celle utilisée pour remplir le cône d’affaissement. Pesez le contenant plein et calculez le poids unitaire de ce mélange en soustrayant le poids du contenant vide.

Préparez quatre moules cylindriques pour la coulée des échantillons d’essai. Mesurez et enregistrez le poids à vide de chaque moule sur la fiche technique. Remplissez chaque moule en suivant la même procédure que celle utilisée pour remplir le cône d’affaissement dans la section précédente. Après avoir rempli chaque moule, mesurez et enregistrez le poids rempli sur la fiche technique.

Couvrez le béton moulé avec un sac en plastique pour éviter l’évaporation de l’eau du mélange. Laissez les cylindres d’essai reposer pendant 16 à 32 heures, puis décollez les moules en plastique jetables des échantillons de béton.

Enfin, placez les cylindres dans l’environnement de durcissement. Dans ce cas, les cylindres sont laissés à durcir dans des conditions ambiantes.

Maintenant que vous comprenez comment déterminer les caractéristiques du béton frais, passons en revue les résultats.

Les quantités et les matériaux utilisés dans cette expérience pour préparer le mélange de béton sont indiqués dans ce tableau. Notre mélange de béton frais a eu un affaissement de 3,5 pouces. En général, les mélanges tels que celui décrit dans cette expérience ont des affaissements de trois à quatre pouces. De telles valeurs sont courantes pour les petits travaux avec peu de congestion de l’acier dans les coffrages.

Le poids unitaire de notre béton était de 147 livres par pied cube. Le poids unitaire des bétons de poids normal est d’environ 145 à 150 livres par pied cube, mais le béton fabriqué avec des agrégats légers, les schistes expansés, par exemple, peut être aussi léger que 100 à 120 livres par pied cube.

Le rapport eau/ciment de notre lot de béton est de 0,45. Ce rapport indique que la résistance à la compression de nos cylindres d’essai à 28 jours sera d’environ 5 000 psi. Ce rapport indique également que la durabilité de notre béton le rend adapté à l’exposition au gel et au dégel dans des conditions humides ou aux dégivreurs.

La méthode des lots d’essai est utilisée sur de nombreux chantiers de construction à travers le monde pour tester des lots de béton. Ce test simple garantit un contrôle et une assurance qualité constants sur le chantier.

Les superplastifiants sont des additifs chimiques qui réduisent considérablement la viscosité d’un mélange de béton frais pendant une courte période de temps afin de faciliter la mise en place dans les coffrages. Dans la construction moderne, l’utilisation généralisée de superplastifiants a fait qu’il est économique d’obtenir des affaissements beaucoup plus élevés, de l’ordre de 6 à 10 pouces, correspondant au béton autonivelant.

Les agents d’entraînement d’air sont des produits chimiques qui créent de nombreuses petites bulles d’air bien dispersées et fournissent les espaces nécessaires pour que l’eau libre à l’intérieur du mélange de béton se dilate pendant le gel sans fissurer le béton. Les essais d’entraînement d’air du béton frais sont spécifiques à l’appareil. Par exemple, une pression est appliquée sur l’échantillon pour comprimer l’air entraîné dans les pores. L’appareil utilise le changement de volume d’air pour déterminer la teneur en air du mélange. Les mélanges non entraînés à l’air auront une teneur en air inférieure à 2 %, tandis que les mélanges entraînés à l’air, selon le dosage de l’additif, présenteront une teneur en air de 5 à 8 %.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE aux tests sur du béton frais. Vous devez maintenant comprendre comment la méthode des lots d’essai est utilisée pour déterminer les proportions optimales d’agrégats, de ciments et d’eau pour préparer un béton qui répond aux exigences d’affaissement.

Merci d’avoir regardé !