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Découvrez les secrets du béton et apprenez les compétences essentielles pour réussir dans l'industrie de la construction.

Bonjour,

Aujourd’hui nous allons vous offrir un cours très intéressent sur la technologie du béton.
Nous allons répondre aux questions suivantes :
C'est quoi la définition du béton ?
Quels sont les avantages du béton ?
Quels sont les inconvenants du béton ?
Quels sont les constituants du béton ?
C'est quoi le ciment ?
Quelle est la composition du ciment ?
Comment fabriquer le ciment ?
Quels sont les constituants de ciment ?
Nous vous souhaitons une excellente lecture.

La définition et les constituants du béton

I.1- Introduction :

Le béton est utilisé depuis près de (02) deux siècles et son usage s'est aujourd'hui développé du fait des avantages économiques et techniques qu'il présente.
Le béton est un matériau composite hétérogène composé de ciment, de granulats, d'eau, et parfois de minéraux et d'adjuvants ajoutés.
Le type de béton à fabriquer dépend des exigences du type d'ouvrage, du niveau de résistance requis et du niveau d'exposition aux milieux corrosifs (environnement).
Ces caractéristiques sont régies par des normes et règles techniques et sont consignées dans le Cahier des Clauses Techniques Particuliers du CCTP correspondant aux travaux à réaliser.

I.2- Définition du béton :

Les ingrédients sont ajoutés de manière à obtenir, après durcissement, un produit solide plus résistant que la meilleure roche naturelle.
Le béton a une bonne résistance à la compression et une faible résistance à la traction, c'est pourquoi son utilisation comme matériau de construction, qui remonte à l'époque romaine, ne s'est vraiment développée qu'avec l'invention du béton armé, qui a permis de compenser sa résistance à la traction insuffisante.

Avantages et inconvénients du béton :

Avantages :

- structure métallique (charpente métallique),
- structure en bois (ossature bois),
- ou autres,
Le béton présente de nombreux avantages, résumés comme suit :

a) Avantages économiques :

b) Souplesse d'utilisation :

- Des structures en béton de toutes formes et de tous types (ponts, barrages, monuments, etc.) peuvent être réalisées et les problèmes d'assemblage ne poseront aucun problème,
- Possibilité d'obtenir des éléments préfabriqués, produits en atelier (usine) et assemblés sur site (terrain).

c) Economie de maintenance :

d) Résistance au feu :

- Le béton peut être utilisé dans certaines parties du four.
- La structure peut être remise en service après réparation de surface, ce qui n'est pas possible avec les structures métalliques.

e) Force anti-accidentelle :

f) Durabilité :

g) Disponibilité des ressources :

h) Autres avantages :

- il résiste très bien aux actions mécaniques, chimiques et physiques habituelles,
- Par rapport aux armatures métalliques, le béton armé acquiert de nouvelles propriétés qui en font un matériau de construction aux possibilités très larges,
- A l'exception de la fabrication du ciment, sa production nécessite très peu d'énergie.

 Inconvénients :

a) Poids propre :

b) Dépendances d'exécution :

- La préparation du coffrage demande beaucoup de temps et beaucoup de travail de menuiserie. Ce coffrage doit rester en place jusqu'à ce que le béton atteigne une résistance suffisante.
- Les armatures doivent être placées avec précision,
Pendant et après le coulage du béton, des précautions doivent être prises pour éviter qu'il ne gèle et que l'humidité ne s'évapore.
- Contrôle qualité de la matière parfaite lors du malaxage,

c) La cruauté de l'accident 

d) Difficulté à réviser le travail déjà fait 

e) Faible résistance à la traction 

f) Isolation thermique 

g) Autres inconvénients :

- Peut être victime d'un manque de savoir-faire dans le processus de fabrication, nécessitant ainsi un contrôle permanent.

I.4. composition du béton :

- Pate pure (ciment et eau).
- Mélange granulaire (agrégat)
- Produits complémentaires (additifs minéraux et adjuvants).
- Matrice ou Mortier : Mélange (Liant + Eau + Sable)
- Squelettes pleines ou Squelettes granulaire : mélange de différents granulats.
Remarque : Le mortier est du béton à grain fin (ø< 8 mm)
Les granulats sont constitués de granulats fins (sable) et de granulats grossiers (gravier).
Les granulats fins sont du sable naturel ou artificiel dont la granulométrie peut atteindre 5 mm (parfois 10 mm).
Les gros granulats sont constitués de particules retenues sur des tamis de 1,25 mm et jusqu'à 150 mm (béton massif et autres).
La taille maximale des agrégats couramment utilisée pour le béton conventionnel est de 20 mm. Dans le béton de masse, la granulométrie maximale couramment utilisée est de 40 ou 80 mm.
La pâte représente environ 25% à 40% du volume total de béton.
Dans le béton moderne, la pâte peut contenir des adjuvants chimiques pour améliorer/contrôler certaines propriétés du béton à l'état frais et durci.
Dans un béton, l’ordre de grandeur des constituants sont en générale

I.4.1 Ciment :

En présence d'eau, le ciment forme une pate coagulé qui durcit progressivement dans l'eau. Le durcissement du ciment dure +/- 28 jours. C'est un composant essentiel du béton car il permet au mélange de se transformer en un solide sans cohésion. Ce durcissement est dû à l'hydratation de certains composés minéraux, notamment les silicates et les aluminates de calcium.

I.4.1.1. Fabrication de ciment

 

I.4.1.2. Principaux ingrédients et additifs

A. Composition du clinker

Silicate tricalcique 3CaO.SiO2 (C3S) (50-70% de clinker).
Silicate dicalcique 2CaO.SiO2 (C2S) (10-30% de clinker).
Aluminate tricalcique 3CaO.Al.O3 (C3A) (2-15% de clinker).
- Ferrite d'aluminium tétracalcique 4CaOAl2O3.Fe2O3 (C4AF) (5-15% de clinker).
Le clinker contient encore une petite quantité de métaux alcalins (Na2O, K2O), d'oxyde de magnésium (MgO) et divers métaux traces sous forme de solution solide ou sous forme de combinaison complexe.
A = Alite C3S (phase cristalline), sous forme de cristaux polygonaux assez gros (vignettes) de l'ordre de 50μ [densité 3150 kg/m3].
B = Belite C2S (phase vitreuse), présente dans le clinker sous forme impure (particules légèrement arrondies et striées) [densité 3280 kg/m3].
C = terre de diatomées C3A (phase vitreuse foncée et claire), qui est présente dans le clinker sous forme de phase vitreuse impure.

B. Autres composants du ciment

Calcaire :

Le calcaire est considéré comme l'un des principaux composants du ciment. Ils doivent avoir une proportion de carbonate de calcium CaCO3 supérieure à 75 % en masse.
Laitier granulaire de haut fourneau :
Le laitier est un sous-produit de l'industrie métallurgique et possède des propriétés hydrauliques. Il est obtenu par refroidissement rapide (trempe) de certaines scories de minerai de fer fondues dans un haut fourneau.

Cendres volantes (V ou W) :

On distingue les différences suivantes : cendres volantes siliceuses (V) aux propriétés pouzzolaniques, cendres volantes calciques (W), hydrauliques et parfois pouzzolaniques.

Schiste calciné

Fumée de silice

Fillers 

Le béton est un matériau de construction utilisé dans presque tous les domaines du génie civil : construction industrielle, construction civile, construction maritime (offshore) et construction routière.

Le béton est un matériau composite hétérogène constitué d'un mélange de matériaux granuleux (granulats durs de différentes tailles), de pâte pure (ciment et eau), et parfois de produits complémentaires (additifs minéraux et petites quantités d'adjuvants).

En comparant l'utilisation du béton avec d'autres matériaux de construction, en fonction d'autres modes de construction, à savoir :

Le béton est le matériau résistant à la compression le moins cher et est susceptible d'être combiné avec d'autres éléments.

- Il est placé dans une pâte (dans des moules et des coffrages),

Les structures en béton ne nécessitent aucun entretien dans des conditions climatiques normales, tandis que les structures métalliques nécessitent une peinture régulière.

En raison de sa faible conductivité thermique, le béton peut retarder l'effet de la chaleur sur l'acier, ce qui rend les structures en béton armé plus performantes que les structures en métal ou en bois en cas d'incendie.

En raison de son poids élevé, il est moins sensible aux changements de surcharge que les autres méthodes de construction.

Le béton armé résiste à l'action de l'eau et de l'air, la seule condition à respecter est la protection des barres d'acier.

Les ressources nécessaires à sa fabrication sont faciles à trouver et en nombre presque illimité.

 - il devient solide comme une pierre,

Les structures en Béton Armé sont plus lourdes que les autres méthodes de construction et nécessitent donc de très grandes fondations.

Pour travailler dans des ouvrages en béton armé, il faut :

Les accidents sur les ouvrages en béton armé sont généralement soudains ou brutaux (séismes, explosions, etc.), les autres accidents sont dus à des erreurs de calcul ou de construction.

Difficulté à modifier des éléments déjà réalisés en raison d'erreurs de calcul ou de matériel,

Il a une faible résistance à la traction et doit être associé à des renforts métalliques,

Faible isolation thermique,

- les coûts élevés liés à la destruction de l'ouvrage lors de sa démolition ou de sa modification,

Le béton hydraulique ou cimentaire est constitué de deux ou parfois trois mélanges :

On distingue généralement sous les termes suivants :

 Le ciment est un matériau hydraulique qui se présente sous forme de poudre minérale fine qui s'hydrate en présence d'eau. Il s'agit d'un broyat refroidi à base de clinker contenant un mélange de silicates de calcium et d'aluminates qui atteint une température de fusion de 1450 à 1550°C.

Pour fabriquer du ciment Portland, un mélange de calcaire broyé et d'argile (ou de matériaux similaires) est cuit à très haute température (1450°C) dans un four rotatif. Le calcaire fournit de la chaux et l'argile fournit principalement de la silice et de l'alumine. Le produit obtenu à la sortie du four est appelé clinker. Le ciment Portland est ensuite préparé en ajoutant une petite quantité (5%) de gypse au clinker pulvérisé, dont la taille des particules varie d'environ 1 à 80 microns. Une brève description de la fabrication du ciment est présentée dans le schéma ci-dessous.

Les principaux composants anhydres obtenus lors du refroidissement rapide du clinker sont :

Les niveaux d'alcali et de magnésie doivent être maintenus bas, car ces matériaux peuvent nuire à la stabilité du ciment durci. A l'aide d'un microscope, on peut distinguer la structure minéralogique des trois phases du clinker, que les chercheurs ont nommées ainsi [3] :

Le ciment Portland est constitué de clinker broyé auquel est ajoutée une certaine quantité de gypse, destinée à réguler la prise. Pour modifier les propriétés du ciment, d'autres composants liés au clinker sont ajoutés en raison de leurs propriétés chimiques ou physiques. Les ingrédients les plus couramment utilisés sont :

Ce sont des produits pulvérulents très fins issus du dépoussiérage des gaz de combustion dans les centrales thermiques.

Le schiste est chauffé à une température d'environ 800°C dans un four spécial. Finement broyés, ils possèdent de fortes propriétés hydrauliques et pouzzolaniques.

La fumée de silice est un sous-produit de l'industrie du silicium et de ses alliages. Ils sont constitués de particules sphériques de petits diamètres (environ 0,1 μm). Pour entrer dans la composition du ciment en tant que constituants majeurs, ils doivent être présents à au moins 85 % en masse. La fumée de silice a des propriétés pouzzolaniques.

Ce sont des "constituants mineurs" du ciment, ils ne doivent donc pas représenter plus de 5% en masse dans la composition du ciment. Ce sont des matériaux minéraux, naturels ou artificiels qui, par leur granulométrie, contribuent aux propriétés physiques du liant (ouvrabilité, rétention d'eau).