Le béton 
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Le béton est un mélange de ciment, d'eau et de granulats constitués de sable et de graviers.


béton vue en coupe

Section d'un béton, vue après sciage

Des adjuvants sont ajoutés en cours de malaxage pour obtenir des propriétés particulières du béton frais ou du béton durci. Les ciments les plus usuels sont indiqués dans le tableau 1 où le clinker est le produit de cuisson qui est à la base des ciments dits Portland.


Tableau 1: Composition des ciments de la norme NF EN 197-1, les teneurs sont en pourcentage pondéral
Ces ciments contiennent au maximum 5% de constituants secondaires

Désignation
notation
Clinker
K
Laitier de haut fourneau
S
Fumée
de silice
D
Pouzzolanes
P ou Q
Cendres siliceuses
V
Cendres
calciques
W
Schistes
calcinés
T
Calcaires
L ou LL
C. Portland
CEMI
95-100              
C. Portland composé
CEM II/A
CEM II/B
80-94
65-79
<--------------------------------------------- 6-20 ------------------------------------------------>
<--------------------------------------------- 21-35 ------------------------------------------------>
C. de haut-fourneau
CEM III/A
CEM III/B
CEM III/C
35-64
20-34
5-19
30-65
66-80
81-85
           
C. pouzzo-lanique
CEM IV/A
CEM IV/B
65-90
45-64
  <---------------- 10-35 ------------------>
<---------------- 36-55 ------------------>
     
C. composé
CEM V/A
CEM V/B
40-64
25-39
18-30
31-50
  <--------- 18-30 --------->
<--------- 31-50 --------->
     

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Après durcissement, une pâte de ciment est constituée de grains juxtaposés et plus ou moins enchevêtrés. Il s'agit de silicates hydratés d'hydroxyde de calcium, d'aluminates ou d'autres composés (Tableau 2). Ces constituants contiennent des vides dits pores capillaires, dont la taille est de l'ordre de 10-8m.


Les adjuvants sont introduits lors du malaxage du béton. Ils servent à améliorer, soit la mise en place du béton (plastifiant, etc.), soit certaines propriétés du béton durci. Par exemple, un adjuvant de type superplastifiant, permet d’obtenir un béton qui remplit correctement le coffrage, sans l’aide d’une vibration (béton autoplaçant).


L'espace entre les constituants du ciment hydraté est constitué de pores, remplis d'air ou de l'excédent de l'eau introduite lors du gâchage. Des adjuvants dits entraîneurs d’air permettent de former dans le béton durci des petites bulles qui améliorent sa résistance au gel. La solution contenue dans ces pores est en équilibre chimique avec les divers constituants solides, à son contact. Elle est basique, son pH est de l'ordre de 13, lorsque le béton est sain. Au jeune âge, cette solution est composée essentiellement de calcium (Ca2+) associé à l'ion hydroxyle (OH-), mais après quelques semaines, ce sont le sodium (Na+) et le potassium (K+) qui sont associés à l'hydroxyle.

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Tableau 2: Constituants d'un ciment CEM I (anciennement Portland)

Constituant du ciment anhydre   Composants après hydratation
Minéraux
Constituants principaux (symbole)
Teneur dans CEM I (symbole ou formule)
alite
silicate tricalcique (C3S)
45 - 65%
silicates hydratés(CSH) et Ca(OH)2
bélite
silicate bicalcique (C2S)
15 - 25%
célite
aluminate tricalcique (C3A)
aluminoferrite tétracalcique (C4AF)
< 15%
< 10%
aluminates (tel C4AH12)
aluminoferrite hydratée et Ca(OH)2
gypse
sulfate de calcium (CS)
< 3% ettringite


Schéma des pores dans le ciment durci

silicate hydraté calcium

Silicate hydraté de calcium, CSH, et plaquettes de portlandite, Ca(OH)2
Echelle : la longueur de la barre est de 10 micromètres

aiguille ettringite

Aiguilles d’ettringite et silicate hydraté CSH
Echelle : la longueur de la barre est de 20 micromètres

Des fumées de silice ajoutées en quantité suffisante dans le béton frais, permettent de diminuer très fortement le volume des pores entre les grains de ciment hydraté. Ceci entraîne une augmentation de la résistance mécanique du béton et une diminution de sa teneur en eau interne.

Le durcissement du béton peut être accéléré par un étuvage. Ce procédé est adapté pour une fabrication en usine (béton préfabriqué).

Un béton durci se dessèche progressivement, à partir de sa surface qui est en contact avec l'air. Ce sont d'abord les pores les plus gros qui perdent leur eau (liquide) en gardant une certaine teneur en vapeur d'eau. En pratique, si le béton est dans une atmosphère très sèche, la solution interstitielle s'évapore de tous les pores, sur une profondeur de l'ordre du millimètre. Elle revient petit à petit dès que l'air ambiant se ré-humidifie progressivement.


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