Formulation du Béton Principe fondamental

Fabrication et transport du béton

• Mode et durée de mélange : dans tous les cas, le béton est mélangé environ 1 à 2 min, mais son transport s’effectue de 5 min à 2 h, d’où des contraintes différentes.
• Le Béton Prêt à l’Emploi (BPE) : le besoin de maintien d’ouvrabilité est nécessaire car le transport en toupie peut être long. Le besoin de résistances mécaniques est nécessaire au décoffrage (16 h à 24 h).
• Le béton en Préfabrication : le besoin de maintien d’ouvrabilité est faible car le coulage s’effectue en général dans les 15 à 30 min. En revanche, le besoin de performances mécaniques est très élevé à jeune âge, de 6 h à 15 h en général, il est associé parfois à un étuvage.
• Le béton sur chantier : situation combinée des 2 exemples précédents.

Le cadre normatif

La norme NF EN 206-1 s’applique à tous les bétons de structure, qu’ils soient des Bétons prêts à l’emploi, des bétons réalisés sur chantier ou des bétons destinés à la préfabrication de produits en béton. Elle contient des règles précises concernant la spécification, la fabrication, la livraison et le contrôle de la conformité des bétons.

Les granulats

• Définition
  On appelle granulats les matériaux d’origine minérale, gravillons, sables, sablons et fillers qui entrent dans la composition des bétons. Ils sont spécifiés dans la norme XP P 18-545 Granulats. Les granulats doivent êtres propres et comporter des éléments : fins, moyens et gros.
  

Fillers	D < 2 mm ,avec plus de 70% ≤ 0,063 mm, et plus de 85% ≤ 0,125 mm
Sables	D ≤ 4 mm et d = 0 mm
Gravillons	4 ≤ D ≤ 63 mm et d ≥ 4 mm

D = diamètre maximal du granulat
d = diamètre minimal du granulat
Exemple : granulat 4/10 = 4 mm / 10 mm
Les granulats les plus utilisés dans la confection d’un béton sont les 0/4 à 05/20, ils peuvent provenir d’un concassage ou être alluvionnaires.

Ils ne doivent surtout pas contenir ni argile, ni terre afin de préserver l’adhérence des cristaux hydratés du ciment.

Le ciment les plus couramment utilisés en France

• CEM I
  Pour le béton armé en général coulé sur place ou préfabriqué, le béton précontraint, les béton à décoffrage rapide, mise en service rapide (de préférence classe R), le bétonnage jusqu’à une température extérieure entre 5 et 10 °C et le béton étuvé ou auto-étuvé.

Fabrication du ciment

Le ciment est fabriqué à partir de calcaire pour 80% (craie) et de l’argile pour 20%.
A cela il faut ajouter :

• De l’oxyde de fer (forme minérale, ils donnent aux sols leurs couleurs jaune brun ou grisâtre.)
• De l’alumine : (oxyde d’aluminium, de formule chimique Al2O3, est un composé chimique qui existe à l’état naturel dans la bauxite.
• De la silice : (Minéral dur se trouvant dans de nombreuse roche. elle représente 27% de la croûte terrestre).

Plus la quantité de ciment est importante, plus le béton est résistant.

L’eau

Définition Norme NF EN 1008

• L’eau potable convient pour la fabrication du béton, elle ne nécessite aucun essai.
• Les eaux de forage et les eaux de ruissellement de surface doivent faire d’essais (essais l’objet chimiques, temps de prise et de résistances).
• Toutes les eaux recyclées (d’unités de production béton) doivent faire l’objet d’un contrôle.
• L’eau de mer est interdite dans les bétons armés et précontraints.
• Les eaux usées sont interdites pour tous les bétons.

Son rôle : Permettre l’hydratation de la pâte de ciment (pour hydrater 100 kg de ciment, 25 L d’eau sont nécessaires. Mouiller la surface des granulats pour la pâte de ciment puisse y adhérer. Favoriser la maniabilité du béton, sans excès, c’est-à-dire en respectant les limites prescrites selon la NF EN 206-1.

Le dosage

Le dosage en ciment donne la résistance au béton. La quantité d’eau et ajouts donnent la maniabilité. Le volume de graviers la solidité et le sable l’homogénéité.Ci-dessous un tableau, à titre indicatif de dosage pour béton suivant les travaux à exécuter.

• Béton de propreté : 150 à 200 kg de ciment /m3
• Béton de fondation : 200 à 250 kg de ciment /m3
• Béton peu ferraillé : 300 kg de ciment /m3
• Béton armé 350 kg de ciment /m3
• Béton pour préfabrication : 400 à 500 kg de ciment /m3

Dosage empirique pour béton armé Rc 28 25 à 30 (MPa) Quantité pour 1m3 de béton
Ciment classe 32,5	Sable 0/5		Gravier 5/20		Eau
Kg	Litres	Kg	Litres	Kg	Litres
320 à 360 kg	500 à 530	775 à 821	745 à 760	1080 à 1102	150

Type de travaux à exécuter	Quantité de ciment	Gravier 15/25	Sable 0/5	Quantité d’eau
Béton de fondation	200 à 250 kg	850 litres	350 litres	115 litres
Béton faiblement ferraillé	300 kg	820 litres	380 litres	150 litres
Béton armé poutres, poteaux etc…	350 kg	800 litres	400 litres	175 litres
Béton de préfabrication	450 à 500 kg	750 litres	450 litres	240 litres

Chaque dosage est donné par le bureau d’étude et indiqué sur les plans.

• Quantité de mélangé = volume du béton à couler x 1,25.
• Quantité de ciment = dosage x volume du béton à couler.
• Quantité d’eau = Ciment / 2.
• Quantité de sable = 40% du Volume de mélangé.
• Quantité de gravier = 60% du Volume de mélangé.

Le séchage

Le calcul de la résistance à la compression d’un béton se réalise à 28 jours. Ce calcul est effectué par l’écrasement à ma compression de son éprouvette. Cette résistance est exprimée MPa.

Le cadre normatif

La norme NF EN 206-1 s’applique à tous les bétons de structure, qu’ils soient des Bétons prêts à l’emploi, des bétons réalisés sur chantier ou des bétons destinés à la préfabrication de produits en béton. Elle contient des règles précises concernant la spécification, la fabrication, la livraison et le contrôle de la conformité des bétons.

Les 3 points importants de la norme

• Point n° 1 "La résistance du béton" : Les nouvelles classes de résistances qui se substituent aux anciennes désignations B25, B30, etc. et qui sont devenues C25/30, C30/35.., lesquelles désormais correspondent aux résistances mesurées sur cylindre pour la première valeur et sur cube pour la seconde. Il ne faut pas perdre de vue que cette norme est européenne et que l’utilisation du cylindre 16 x 32 concurrence le cube de 100 mm chez d’autres partenaires européens. Pour quelques valeurs usuelles, la correspondance entre les anciennes et les nouvelles désignations est la suivante :

Anciennes désignations	Nouvelles désignations
B12	C12/15
B16	C16/20
B20	B20/25
B25	C25/30
B30	C30/37

Les valeurs sont exprimées en MPa

• Point n°2 "la consistance" : Si les classes de résistance évoluent. la norme NF EN 206-1 définit également l’exigence des classes de consistance Initialement, ils existaient 4 classes de consistance ; F : Ferme, P : Plastique, TP : Très Plastique, FI : Fluide.

Désormais, il existe 5 classes de consistance : S1, S2. S3. S4. S5 (S pour slump). L’équivalence entre les nouvelles et les anciennes classes de consistance est précisée dans le tableau ci-dessous :

Classes de consistance NF EN 206-1	Affaissement au cône d’Abrams en mm	Anciennes classes de consistance
S1	10-40	F
S2	50-90	P
S3	100-150	TP
S4	160-210	FI
S5	>222

Les bétons auto-plançons (verticaux ou horizontaux) de rhéologie hyper fluide sont utilisés pour les semelles filantes, les planchers ou les dallages. Ils ont une consistance qui se mesure en France, au moyen de l’essai d’étalement.
La norme européenne distingue 6 classes d’étalement : FI, F2, F3. F4. F5 et F6. Les diamètres des galettes sont respectivement les suivantes :

Classe d’étalement NF EN 206-1	Diamètre de la galette En mm
F1	< 340
F2	de 350 à 410
F3	de 420 à 480
F4	de 490 à 550
F5	de 560 à 620
F6	> 630

Table d’essai d’étalement

Mesure d’étalement : Un échantillon de béton (B) formé comme pour le slump test dans un moule tronconique en tôle (A) est placé sur une table métallique de 70 x 70 cm constituée de 2 plaques articulées par une charnière le long d’un bord. On soulève la plaque supérieure de 4 cm et on laisse retomber celle-ci 15 fois de suite (C) la masse de béton s’étale en une galette dont le diamètre moyen A est la mesure de l’étalement (D).

Points n° : la classe d’exception
la norme NF EN 206-1 définit également l’exigence : des classes d’exposition (anciennement appelées classes d’environnement). Une meilleure durabilité de l’ouvrage en béton passe inéluctablement pour une meilleure adaptation du béton aux agressions dont il risque d’être l’objet. Dans la précédente norme BPE. Il était question de classes d’environnement ; désormais la nouvelle norme considère des classes d’exposition.

Ces classes d’expositions sont au nombre de 6. Les risques de corrosion des armatures, de gel/dégel et d’agressivité chimique sont les trois risques principaux. Vis·à-vis du risque de corrosion des armatures induit par carbonatation du béton. La norme européenne distingue.

Classe d’exposition NF EN 206-1	Type d’environnement	Exemples
XO	Très sec	Béton non armé
XC1, XC2	Humide, rarement sec	Fondations superficielles courantes
XF1, XF2	Gel faible à modéré	Avec ou sans agent de déverglaçage
XF3, XF4	Gel sévère	Avec ou sans agent de déverglaçage
XA1, XA2 et XA3	Risque d’agressivité chimique	Une fumière
XD, XS	Environnements riches en chlorures	Piscine et bord de mer

Vis-à-vis de l’attaque au gel/dégel avec ou sans agent de déverglaçage. les classes d’environnement. 20, 2b1 et 2bl disparaissent avant profit des nouvelles classes XFl, XF2, XF3, XF4.

Les adjuvants

NORME NF EN 934-2 : L’adjuvant est un produit incorporé au moment du malaxage du béton à un dosage inférieur ou égal à 5 % en masse de la teneur en ciment du béton, pour modifier les propriétés du mélange à l’état frais et/ou à l’état durci. Chaque adjuvant est défini par une fonction principale et une seule. Un adjuvant peut présenter une ou plusieurs fonctions secondaires.

• Adjuvants modificateurs de la rhéologie du béton, plastifiants réducteurs d’eau, super-plastifiants haut réducteurs d’eau.
• Adjuvants modificateurs de prise et de durcissement du béton : accélérateurs de prise, accélérateurs de durcissement, retardateurs de prise.
• Autres catégories normalisées d’adjuvants : hydrofuges de masse entraîneurs d’air.

Attention : Respecter les paramètre de formulation

Tenir compte des FDS (Fiches de Données de Sécurité) et FT (Fiches Techniques) pour la manipulation et l’utilisation des produits.

Classe	Dosage	Introduction habituelle
Plastifiants	0,15% à 1,2%	Eau de gâchage
Superplastifiants	0,6% à 2,5%	Eau de gâchage ou différé
Accélérateurs de prise	1% à 3%	Eau de gâchage
Accélérateurs de durcissement	0,8% à 2%	Eau de gâchage
Retardateurs	0,2% à 0,8%	Eau de gâchage
Hydrofuges	0,5% à 2%	Eau de gâchage
Entraîneurs d’air	0,05% à 0,3%	Eau de gâchage

Béton autoplaçant (BAP) vertical et horizontal

Définition

Béton très fluide, homogène et stable, qui se caractérise par sa rapidité de mise en place par seul effet gravitaire (pas besoin de vibration). Ce béton à compacité élevée et à perméabilité très faible permet aussi d’améliorer le parement (réduction du ragréage). Il en résulte une amélioration de la durée de vie des coffrages et un meilleur enrobage des aciers.

Adjuvants les plus utilisés :

• Superplastifiants
• Agents de cohésion

Classes de consistance NF EN 206-1	Affaissement au cône d’Abrams en mm
S1	10-40
S2	50-90
S3	100-150
S4	160-210
S5	>222

Bétonnage par temps chaud

Définition

On parle de bétonnage par temps chaud lorsque la température de l’air est comprise entre 25 °C et 35 °C environ.
Le bétonnage en ambiance chaude nécessite un choix correct des matériaux (ciment à prise lente et/ou à faible chaleur d’hydratation) ainsi qu’une protection des ouvrages par des produits de cure (surtout aux tout premiers âges) et des contrôles renforcés.

Adjuvants les plus utilisés :

• Retardateurs de prise
• Superplastifiants - Haut réducteurs d’eau
• Plastifiants - Réducteurs d’eau.
  

  
  

Bétonnage par temps froid

Définition

On parle de mise en place de béton par temps froid lorsque la température du béton descend en dessous d’un seuil critique (généralement 5 °C)

Le bétonnage en ambiance froide nécessite un choix correct des matériaux (ciment à prise rapide dégageant beaucoup de chaleur d’hydratation), des processus adaptés (étuvage) ainsi que des contrôles renforcés.

Adjuvants les plus utilisés :

• Accélérateurs de prise
• Accélérateurs de durcissement
• Réducteurs d’eau (plastifiants et superplastifiants)
• Entraîneurs d’air