Agrégat dans le béton

Association du ciment Portland

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Les agrégats sont généralement considérés comme une charge inerte dans un mélange de béton. Mais un examen plus attentif révèle le rôle majeur et l'influence des granulats dans les propriétés du béton frais et durci. Les changements de gradation, de taille maximale, de poids unitaire et de teneur en humidité peuvent tous altérer le caractère et les performances de votre mélange de béton.

L'économie est une autre raison pour une sélection globale réfléchie. Vous pouvez souvent économiser de l'argent en sélectionnant la taille d'agrégat maximale autorisée. L'utilisation d'agrégats grossiers plus gros réduit généralement le coût d'un mélange de béton en réduisant les besoins en ciment, l'ingrédient le plus coûteux. Moins de ciment (dans des limites raisonnables de durabilité) signifiera moins d'eau si le rapport eau-ciment (w / c) est maintenu constant. Une teneur en eau plus faible réduira le risque de retrait et de fissuration associé à un changement de volume restreint.

Voici un aperçu des facteurs les plus importants à prendre en compte lors de la sélection et du dosage des granulats de béton.

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Proportions d'agrégats typiques

Photo 1 - Notez la distribution granulométrique bien calibrée pour ce mélange de béton conventionnel.

Les granulats représentent jusqu'à 60% à 80% d'un mélange de béton typique, ils doivent donc être correctement sélectionnés pour être durables, mélangés pour une efficacité optimale et correctement contrôlés pour produire une résistance, une maniabilité, une aptitude à la finition et une durabilité constantes du béton (Photo 1) . Les ingrédients des mélanges de béton conventionnels se situent généralement dans ces plages proportionnelles:

En savoir plus sur les matériaux qui entrent dans un bien mélange de béton .

La qualité compte

Assurez-vous que votre producteur de béton achète des granulats de bonne qualité, comme vérifié par les résultats de tests d'agrégats réguliers conformément aux ASTM C 33, «Spécifications standard pour les granulats de béton». L'historique des bonnes performances d'un agrégat local fournit également une indication de la performance du matériau en service.

L'agrégat de bonne qualité doit être propre, dur, solide, avoir des particules durables et être exempt de produits chimiques nocifs absorbés, de revêtements d'argile ou d'autres contaminants qui peuvent affecter l'hydratation du ciment ou réduire la liaison pâte-agrégat. Les agrégats à éviter comprennent:

• Ceux qui sont friables ou susceptibles d'être fendus.
• Ceux avec des quantités importantes de matériaux mous et poreux.
• Certains types de «chert», car ils peuvent avoir une très faible résistance aux intempéries et peuvent conduire à des défauts de surface, appelés popouts (photos 2 et 3).

Surface de platelage en béton où un popout s'est produit sur une particule de chert. Bien que n'étant pas un problème structurel, les popouts sont un défaut de surface lancinant qui peut être une source de plaintes esthétiques, et s'il est excessif, peut compromettre la qualité de la couverture dans les dalles renforcées. (Photo gracieuseté de la Portland Cement Association)

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La section transversale d'un noyau tranché longitudinalement présente le mécanisme d'un popout. Certaines particules de chert sont plus absorbantes que les agrégats de meilleure qualité. Lorsqu'ils sont situés près d'une surface saturée, ils peuvent absorber l'eau et, lors du gel, se dilater et éclater le béton immédiatement au-dessus, ainsi qu'une partie de l'agrégat. (Photo gracieuseté de PCA)

En tant que matériau naturel, l'agrégat comprendra parfois des particules altérées ou instables dans le produit livré. Le pourcentage admissible de substances nocives pour les granulats fins et grossiers est indiqué dans les tableaux 1 et 3 de la norme ASTM C 33, respectivement. Certains projets peuvent exiger des limites encore plus strictes. Pour éviter les problèmes de post-mise en place dans le béton qui sont difficiles à corriger, vérifiez que ces limites ne sont pas dépassées au moment de la soumission des matériaux.

Gradations

Une gradation optimisée basée sur la disponibilité des granulats et les exigences du projet se traduira par un béton économique avec une bonne ouvrabilité et une bonne finissabilité. Les proportions entre les agrégats grossiers et fins changeront en fonction des caractéristiques uniques de chaque agrégat, de la méthode de placement et de la finition souhaitée.

La ligne de démarcation entre les agrégats fins et grossiers est le tamis de 3/8 de pouce. Le module de finesse (FM) est un indice de la finesse d'un agrégat. Le FM est calculé en additionnant les pourcentages cumulatifs en masse retenus sur chacun d'une série spécifiée de tamis et en divisant la somme par 100 (voir tableau 1). Le FM pour les agrégats fins doit être compris entre 2,3 et 3,1. Le FM ne doit pas changer de plus de 0,2 sinon, des ajustements de mixage peuvent être nécessaires. Les matériaux trop fins auront une demande en eau plus élevée et entraîneront généralement un mélange collant. Un matériau excessivement grossier produira des mélanges durs qui sont plus difficiles à placer, à consolider et à finir.

Tableau 1 - Le module de finesse (FM) est calculé en totalisant le pourcentage
retenu entre le tamis n ° 100 et n ° 4 divisé par 100.

L'agrégat fin doit être compris dans les limites de gradation fournies dans ASTM C 33, section 6. S'il y a une carence dans un agrégat fin disponible localement, le béton peut bénéficier de l'ajout d'un entraînement d'air, d'un ciment supplémentaire ou d'un matériau cimentaire supplémentaire (SCM) à combler ces lacunes.

De larges plages de gradation à gros agrégats sont énumérées dans le tableau 2 de l'ASTM C 33. Ces larges bandes de gradation sont destinées à être utilisées dans tout le pays. Une fois qu'une gradation est sélectionnée pour un projet, le maintien de la gradation dans des plages étroites permet d'obtenir une plus grande cohérence de lot à lot. Ceci est généralement accompli en stockant correctement les agrégats et en retravaillant les stocks pour contrer une ségrégation excessive (photo 4).

La taille maximale des agrégats grossiers qui peuvent être utilisés dans un mélange dépend de la taille, de la forme et du renforcement d'un élément, en fonction de ces directives de `` ne pas dépasser '' (voir les photos 5 et 6):

• 3/4 de l'espacement libre entre les barres d'armature ou entre les barres d'armature et les coffrages (distance de recouvrement)

• 1/3 de la profondeur de la dalle

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• 1/5 de la dimension la plus étroite d'un membre

Souvent, les agrégats sont analysés en utilisant une classification combinée de matériaux fins et grossiers proportionnés comme prévu dans le mélange de béton proposé (photo 7). Cela fournit une estimation de la performance du mélange dans le béton. Chaque région a ses propres déficiences en agrégats, mais une fois qu'une gradation combinée des agrégats est tracée (pourcentage retenu par rapport à la taille du tamis), ces déficiences peuvent être plus facilement identifiées et corrigées. Des sources d'agrégats alternatives ou un mélange d'agrégats supplémentaires peuvent alors être envisagés pour se rapprocher de la gradation `` idéale '' insaisissable qui offre la meilleure maniabilité, pompabilité, réduction du retrait et économie (Figure 1).

Notez que l'élimination du sable d'un mélange transforme le béton conventionnel en un mélange `` sans fines '', également appelé béton `` perméable '' (voir Chaussées en béton perméable ). Le béton perméable est admissible aux points LEED, un système d'évaluation des bâtiments écologiques développé par le U.S. Green Building Council (USGBC) , car il permet au ruissellement de s'infiltrer directement dans la plate-forme, rechargeant la nappe phréatique.

Photo 4 - Pour remédier à la ségrégation excessive des tailles de particules, le dosage est généralement précédé par le retravail des piles autour de la circonférence pour recomposer les tailles, plutôt que de travailler directement dans la pile. (Photo gracieuseté de PCA)

Photo 5 - Taille d'agrégat maximale recommandée pour passer à travers la distance libre entre l'acier d'armature et la dimension du couvercle. (Photo gracieuseté de PCA)

Photo 6 - Taille maximale des agrégats en fonction de la méthode de placement et de l'épaisseur de la dalle. (Photo gracieuseté de PCA)

Photo 7 - La distribution granulométrique des granulats fins aux granulats grossiers joue un rôle important dans l'ouvrabilité et les performances du béton. (Photo gracieuseté de PCA)

Figure 1 - Granulométrie combinée optimale pour le béton conventionnel. (Gracieuseté de PCA)

Considérations spéciales pour le béton à granulats exposés

Entrepreneurs plaçant décoratif béton à granulats apparents , où l'apparence est une préoccupation majeure, devrait accorder une attention particulière à la forme, à la texture, à la couleur et à l'aspect général de l'agrégat pour obtenir le meilleur produit final (photo 8). Lors de la mise en place du béton architectural, vous devez tester des mélanges d'essai et placer des maquettes pour vous assurer que toutes les parties sont satisfaites des matériaux sélectionnés.

Le gravier et la pierre concassée sont généralement acceptables pour fabriquer du béton de qualité (photo 9), bien que le gravier soit généralement préféré pour les agrégats exposés. L'utilisation de béton recyclé, concassé en granulats de béton de taille appropriée, a également démontré de bonnes performances. Le béton recyclé aura une absorption plus élevée et une densité plus faible que les agrégats conventionnels. Pour produire un béton durable de bonne qualité contenant une partie d'agrégat de béton recyclé, il faut souvent tester les mélanges de béton et surveiller étroitement les propriétés de l'ancien béton recyclé, avec des ajustements de mélange, au besoin.

Revêtement en béton à granulats apparents.

Le gravier et la pierre concassée produisent du béton de qualité. Le gravier aura une demande en eau inférieure à celle de la pierre concassée. Le gravier est préféré pour le béton à granulats apparents dans les allées et les applications décoratives. La pierre concassée présente généralement une liaison pâte-agrégat plus élevée. La pierre concassée est préférée dans les mélanges de chaussées, car la liaison pâte-agrégat plus élevée donne des résistances à la flexion plus élevées (Photo gracieuseté de l'APC)

Contrôle de l'humidité

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Figure 2 - La teneur en humidité des agrégats joue un rôle dans l'ouvrabilité du béton. Si les agrégats sont trop secs, ils absorberont (voleront) l'eau du mélange. Si les agrégats sont trop humides, l'excès d'humidité doit être soustrait de la quantité d'eau de mélange prévue. (Photo gracieuseté de PCA)

L'absorption et l'humidité de surface des agrégats sont des aspects simples mais d'une importance cruciale de la production de béton qui atteint systématiquement la résistance spécifiée ou visée. La relation fondamentale entre le rapport eau / ciment et la résistance commence par la correction de l'apport d'humidité ou de l'absorption par les agrégats.

Les agrégats sont un peu comme de petites éponges dures. Les calculs de conception du mélange sont effectués en supposant que les agrégats sont dans un état de surface sèche saturée (SSD), ce qui signifie que leur absorption est satisfaite et qu'aucune eau n'est prélevée ou ajoutée au mélange. Si leur absorption n'est pas satisfaite, ces «éponges» volent l'eau de la quantité désignée d'eau de mélange, réduisant ainsi l'affaissement du béton. Si les «éponges» sont excessivement humides (au-delà de cette quantité pour satisfaire l'absorption), l'eau supplémentaire doit être soustraite de la quantité d'eau mélangée en lots. Sinon, le rapport w / c cible est dépassé et les intensités diminueront (Figure 2).

Importantes choses à faire et à ne pas faire

FAIRE utiliser un agrégat conforme à ASTM C 33, «Spécifications standard pour les granulats de béton». Les granulats doivent être sains, propres, durs, durables et exempts de fines ou de contaminants excessifs qui peuvent affecter l'hydratation du ciment ou perturber la liaison pâte-agrégat.

NE PAS dépasser les limites de teneur en matières nocives dans les agrégats fins et grossiers. Ces limites sont présentées respectivement dans les tableaux 1 et 3 de l'ASTM C 33. Certaines spécifications peuvent exiger des limitations plus strictes.

FAIRE Surveiller régulièrement les teneurs en humidité des agrégats grossiers et fins pour favoriser la cohérence et l'uniformité d'un lot à l'autre. Les sondes d'humidité dans les bacs à agrégats doivent être étalonnées conformément aux recommandations des fabricants. Les sondes d'humidité doivent également être vérifiées périodiquement avec des déterminations d'humidité de combustion standard ( ASTM C 566 ).

FAIRE assurez-vous que les stocks sont correctement gérés. Ils doivent être construits en couches horizontales ou légèrement inclinées pour réduire la ségrégation et être suffisamment espacés pour permettre de travailler correctement les pieux. Dans les zones où l'espace de la cour est limité et où les stocks sont difficiles à séparer, des barrières doivent être utilisées pour éviter le mélange et la contamination croisée de matériaux de différentes tailles.

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Pour plus d'informations sur la conception des granulats et du mélange de béton, lisez:

Conception et contrôle des mélanges de béton , Portland Cement Association (voir le chapitre 5, Granulats pour béton).

Rapport 221R-96 du comité de l'American Concrete Institute (ACI), Guide d'utilisation des granulats de poids normal et lourd dans le béton , Section 4.5.

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