Ciments et béton (notions de base)

Question 1

Quels en sont les principaux constituants du béton et quelles sont les principales proportions (en volume) de ces constituants ?

Answer 1

*Granulats fins (< 5 mm) et
grossiers (5 – 37,5 mm et +):
60 à 75% (volume)
*“Matrice - pâte”
(25 - 40% volume):
* Eau: 15 – 20%;
* matériaux cimentaires: 7 – 15%
* adjuvants chimiques: < 2%.
* 1 à 8% de vides (air)

Question 2

Pourquoi le béton est-il intéressant comme matériau de construction ?

Answer 2

-Matériau de construction le plus utilisé au monde
-Frais : maniable, facile à mettre en place, bonne consolidation
-Durci : bonne résistance mécanique, faible changement volumétrique, durable

Question 3

Quels sont les différents types de granulats que l’on peut utiliser pour la fabrication du
béton ?

Answer 3

Plusieurs exigences :
-Bonne distribution granulométrique
-Forme (sphéricité, angularité) et texture
superficielle (rugosité, altération) adéquates
-Bonne performance mécanique → résistance aux
chocs et à l’abrasion
-Résistance aux intempéries (gel-dégel; parfois au
feu)
-Stabilité volumétrique
-Absence de substances nuisibles
-Stabilité chimique

Question 4

Quel type d’eau devrait-on utiliser pour fabriquer des bétons ?

Answer 4

De l’eau potable

Question 5

Quelles sont les matériaux primaires permettant de fabriquer du ciment Portland ? Qu’est-ce que le cru ?

Answer 5

-Cru : Matières premières pulvérisées puis mélangées :
*CaCO3 (calcaire)
2SiO2Al2O3 (argile, shale)
*Fe2O3 (oxydes de fer)
*SiO2 (sable de silice)

Question 6

Quels sont les composants du ciment Portland ? Expliquez sommairement son mode de production

Answer 6

-Clinker + gypse (voir diapo)

Question 7

Expliquez l’impact de la production du ciment et du béton sur l’environnement et les ressources naturelles.

Answer 7

1 tonne de ciment portland :
*Émission de 0,8 tonne de CO2
*60% calcination (brise caco3 pour caO)
*40% énergie - chauffage excessif
6-7% du CO2 mondial

Question 8

Pourquoi ajoute-t-on du gypse au ciment ? Pourquoi faut-il bien contrôler cet élément ?

Answer 8

-Pour contrôler la prise (réaction du C3A) :
* Pas assez de gypse: prise éclair
* trop de gypse: formation de sulfoaluminates
après la prise, expansion et risque de destruction
de la pâte

Question 9

On dit que le ciment est un matériau dont la qualité est fortement contrôlée. Expliquez quelques unes des propriétés du ciment qui sont contrôlées et comment arrive-t-on à contrôler la qualité du ciment ?

Question 10

Quels sont les principaux types de ciment produits au Canada ? Quelle est la différence entre ces ciments ?

Answer 10

Ciments hydrauliques:
-Utilisation générale GU
-Résistance modérée aux sulfates MS
-Chaleur d’hydratation modérée MH
-Haute résistance initiale HE
-Faible chaleur d’hydratation LH
-Haute résistance aux sulfates HS

Question 11

Expliquez à quoi sert chacun de ces différents types de ciments et donnez des exemples
pratiques d’application (relier application et propriétés du ciment, e.g. composition,
propriétés physiques, comportement lors de l’hydratation, etc.).

Answer 11

Tableau à bien comprendre

Question 12

Qu’est-ce que le clinker ? Expliquez sommairement le processus d’hydratation des principaux éléments du clinker/ciment, de même que les produits formés par ce processus (être capable d’écrire des formules générales illustrant le processus d’hydratation)

Question 13

Reliez le processus de réaction des différents composés du clinker lors de l’hydratation
du ciment et le dégagement de chaleur et le développement de résistance du béton ainsi
produit (vous pouvez, entre autres, vous servir des figures ci-dessous afin de supporter
votre argumentation).

Question 14

Expliquez le processus d’hydratation du ciment, en commentant sur les différents
éléments du ciment réagissant progressivement pour former différents types d’hydrates et
affectant ainsi progressivement la porosité du produit hydraté.

Question 15

On dit que le béton est un matériau poreux. Expliquez ce que cela signifie en parlant des
différents types/niveaux de porosité que l’on retrouve dans le béton.

Answer 15

-Pore grossier : gel dégel , inévitable
-Il faut que la porosité capillaire discontinu!!
-Gel de CSH dans la colle impliquer dans fluage (dés sous charge du béton)
-Évolution du très grossier au très fin

Question 16

Qu’entend-on par le e/c ? Comment reliez-vous le e/c et la porosité et les propriétés mécaniques du béton ?

Answer 16

Raport Eau-ciment : affecte la qualité de la pâte de ciment
* Plus il y a d’eau, plus la pâte de ciment durcie est poreuse et moins elle est de « bonne qualité »
* Mais, mise en place demande une quantité minimale d’eau

Question 17

Expliquez pourquoi il est important d’utiliser une bonne distribution granulométrique des matériaux granulaires dans la conception du béton ?

Question 18

Quels sont les principaux types de matériaux/ajouts cimentaires et d’où viennent-ils ?
Expliquez sommairement les principaux types en vous inspirant du diagramme ternaire
suivant (parler des deux grandes familles de matériaux), des propriétés physiques
typiques de ces matériaux (e.g. forme et finesse, minéralogie).

Answer 18

-Coûte pas moins cher mais affecte grandement la durabilité
-Pouzzolanique vs commentaire

Question 19

Expliquez ce que l’on entend par réaction pouzzolanique et comment cette réaction est-
elle différente du processus d’hydratation des matériaux hydrauliques.

Answer 19

Pouzzolaniques : matériau siliceux ou silico-
alumineux qui, sous forme de poudre fine et en
présence d’eau, réagit chimiquement à la
température ambiante avec l’hydroxyde de calcium
(Ca(OH)2) provenant de l’hydratation du ciment
portland pour former des matériaux possédant des
propriétés cimentaires (CSA A3000-13)

Question 20

Qu’est-ce qu’un ciment hydraulique composé et quels sont les principaux types de ces
ciments ?

Question 21

Quelles sont les options qui s’offrent aux producteurs de béton pour fabriquer des bétons
incorporant des ajouts cimentaires tels que cendres volantes, laitiers de hauts fourneaux,
fumées de silice (parler de la façon dont il peut utiliser ces matériaux cimentaires afin de
produire le béton) ?

Question 22

Donnez les applications les plus pertinentes et courantes pour les différents types d’ajouts cimentaires mentionnés précédemment. Quels sont les quantités typiques de ces ajouts utilisées et les conditions pouvant influencer les dosages utilisables.

Answer 22

-Fumées de silice : 6 à 7% en remplacement de clinker, super fine donc se disperse dans matrice et continu à raffiner le plus discontinu (super résistant)
-Métakaolin : Kaolin (argile) : devient une pouzzolanique et réagit avec eau et chau pour former colle supplémentaire
-Cendres volantes : brûlage du charbon (particules/verre en très petite billes) -matériel amorphe réagit avec eau et portlandite pour former colle
* 2 types pouzzollanique et hydraulique
-Laitier de haut-fourneau : Le laitier fondu est refroidi rapidement (verre) →
hydraulique (comme cendre volcanique) réagit comme matériel dans béton (il est commentaire ou hydraulique riche en calcium)-pourrait faire un béton.

Question 23

Quels sont les principaux types d’adjuvants chimiques ? Expliquez chacun des types et
leur rôle principal. Donnez des exemples d’applications pour l’utilisation de ces
adjuvants.

Answer 23

Tout produit autre que le ciment Portland, l’eau, les granulats et les ajouts cimentaires
-Agent entraineur d’air: protège béton contre le gel-dégel
-Réducteurs d’eau et superplastifiants (super réducteur d’eau)
* ↑ l’ouvrabilité du béton
* Disperse les particules de ciment
-Accélérateurs de prise (CaCl2)
*Attention à corrosion de l’armature
*Utilisé l’hiver pour accélérer le dégagement de chaleur et protéger le béton contre le gel
-Retardateurs de prise et durcissement du béton
*Par temps chaud et pour conditions spéciales

Question 24

Au niveau mécanique, dans qu’elle condition le béton performe-t-il le mieux ? Quelle
propriété du béton est plutôt sollicitée dans le cas d’un pavage ou d’un plancher ? Est-ce
que le béton est aussi performant lors de ce type de sollicitation ? Comment peut-on
améliorer cette propriété dans le cas de telles applications ?

Question 25

Quelles sont les pratiques courantes d’utilisation des cendres volantes, des laitiers de haut
fourneau et des fumées de silice dans le béton ?

Question 26

Pourquoi doit-on mûrir le béton et comment le fait-on ?

Question 27

Qu’est-ce que le retrait du béton et comment peut-on le contrôler ?

Answer 27

-Variation de volume lorsque la
température et/ou la teneur en eau change (nt)
(Phénomènes reliés aux mouvements de l’eau dans la pâte de ciment (eau lié ou non; eau évaporable ou non))
-Au sec va se faire

Question 28

Qu’est-il essentiel de faire au béton frais afin que ce dernier puisse continuer à améliorer
sa performance dans le temps. Quelles sont les principales méthodes disponibles pour ce
faire ?

Question 29

Qu’est-ce que c’est le fluage du béton ?

Answer 29

-Déformation (mécanique) additionnelle différée sous chargement maintenu
-Phénomènes reliés aux mouvements de l’eau dans
la pâte de ciment (eau lié ou non; eau évaporable
ou non)
-Penser à tablette avec livre
-Condition sèche pour faire évaporer l’eau interne E/c très faiblw

Question 30

Comment contrôler l’étanchéité et la perméabilité du béton ? Pourquoi est-ce important
de le faire ?

Answer 30

Fissuration → différentes causes:
* Contraintes exercées par les charges appliquées
(ampleur de la charge, répétitions → fatigue, etc.)
* Mécanismes entraînant des variations volumiques
* retrait au séchage, contraction thermique,
sulfatation, RAG, gel-dégel, etc.
* Éléments correcteurs:
* acier d’armature (réduisent la largeur des fissures)
* joints de contrôle (contrôlent l’emplacement des
fissures)
* fibres (planchers)

Question 31

Pourquoi utiliser des fibres dans le béton; donnez des exemples d’utilisation.