POUZZOULANIQUE

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE POPULAIRE UNIVERSITE ABD EL HAMID IBN BADIS FACULTE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DEPARTEMENT GENIE CIVIL ET ARCHITECTURES FILIERE GENIE CIVIL-STRUCTURE

ESSAI MECANIQUE SUR MORTIER AVEC AVE C C I M E N T E T M A T E R I AU AUX X DE SUBSTITUTIONS

«Détermination de l’indice d’activité pouzzolanique »

Réalisée par : 

CHAHELAL Nour el houda MILOUDI Safia BENDJAADA Nesrine  BESSAHA Rihana

Master 1 Groupe 1-2

Année universitaire : 2016/2017

Essai mécanique sur mortier avec ciment et matériaux de substitutions

I. Introduction Le mortier est un des matériaux de construction que l’on utilise pour solidariser les éléments entre eux, assurer la stabilité de l’ouvrage, combler les interstices entre les blocs de construction. En général, le mortier se compose de ciment ou de chaux, de sable, d'eau et d'adjuvant. La section Expériences décrira les essais permettant de mesurer en laboratoire les caractéristiques du mortier présentées à la section précédente. Un essai nous permettra également de définir un mortier "normal". Le mortier étant sollicité surtout à la compression, c'est par conséquent la détermination de 3 la résistance à la compression (à l'écrasement) qui est importante. Dans des cas spéciaux (pour le mortier normal toujours), on détermine la résistance à la traction et à la flexion (résistance à la traction des fibres tendues par flexion) Dans le but de mettre en évidence l’influence d’utilisation du sable de carrière et éventuellement les ajouts minéraux et adjuvants sur les propriétés des mortiers à l’état frais et à l’état durcis, on a utilisé un ciment de la classe CPA CEM I 42.5.

I. 1-DEFINITION DU MORTIER NORMAL (EN 196-1) Le mortier normal est un mortier qui sert à définir certaines caractéristiques d’un ciment et notamment sa résistance. Ce mortier est réalisé conformément à la norme (pour déterminer la consistance de la pâte de ciment). Le sable utilisé est un sable appelé “sable normalisé CECN EN 196-1”, lui-même étant défini par rapport à un ”sable de référence CEN”. Ce sable est commercialisé en sac plastique de 1350 + 5g. Sa courbe granulométrique doit se situer à l’intérieur du fuseau.

1


II.

Objectif de l’essai

1-La résistance d’un mortier est directement dépendante du type de ciment donc, il s’agit de définir les qualités de résistance d’un ciment plutôt que d’un mortier. 2-Le principal objectif est de déterminer l’indice de réactivité (I) âpres avoir f ait des essais sur un mortier normalisé [NF EN 196-1].

III.

Principe de l’essai

L’essai consiste à étudier les résistances à la traction et à la compression d’éprouvettes de mortier normal. Dans un tel mortier la seule variable est la nature de liant hydraulique ; la résistance du mortier est alors considérée comme significative de la résistance du ciment.

IV.

Présentation de solutions

On va effectuer les essais suivants :

- Essai pour mortiers normalisé [NF EN 196-1] : les essais sont effectués sur des éprouvettes prismatiques de 4*4*16 cm confectionné avec du mortier normalisé et conservées dans l’eau a 20°C, les éprouvettes sont rompues en traction par flexion puis en compression. Il nous permet de définir certaines caractéristiques du ciment ou liant utilisé et notamment sa résistance.

- Résistance en compression d’un mortier avec un mélange de ciment et une fraction d’addition en substitution de ciment Rc28(p).

- Résistance en compression d’un mortier témoin mélangé avec seulement du ciment Rc28(t).

a) Composition du mortier Le mortier est un des matériaux de construction, qui contient du ci ment ; de l’eau ; du sable ; des adjuvants et éventuellement des additions. Ils peuvent être tr ès différents les uns des autres selon la nature et les pourcentages des constituants, le malaxage, la mise en œuvre et la cure. Les mortiers sont constitués par des mélanges de: 

liant (ciment ou chaux)



eau



sable



adjuvants 2


b) Les différents mortiers Dans les travaux publics on utilise différents types de mortier : 

Les mortiers de ciment

Les mortiers de ciments sont très résistants, prennent et durcissent rapidement. Le dosage du rapport entre le ciment et le sable est en général volumétrique de 1:3 et le rapport de l’eau sur ciment est environ 0,35. De plus, un dosage en ciment les rend pratiquement imperméables. 

Les mortiers de chaux

Les mortiers de chaux sont moins résistants par rapport aux mortiers de ciment (gras et onctueux). La durée du durcissement des mortiers de chaux est plus lente que pour les mortiers de ciments. 

Les mortiers bâtards

Ce sont les mortiers, dont le liant est le mélange de ciment et de chaux. Généralement, on utilise la chaux et le ciment par parties égales, mais des fois on prend une quantité plus ou moins grande de l’un ou l’autre suivant l’usage et la qualité recherchée.

c) Les ajouts : Les ajouts que l’on utilise dans les mortiers sont : 







poudres fines pouzzolaniques (cendres, fumée de silice..); fibres de différentes natures; colorants (naturels ou synthétiques); polymères.

d) La composition et la fabrication du ciment Il se compose de 80 % de calcaire et de 20 % d’argile. Les ciments Portland résultent du broyage de clinker et de sulfate de calcium (gypse ou anhydrite) pour régulariser la prise, et éventuellement de constituants secondaires en faible quantité (inférie ure à 5 %). La teneur en clinker est au minimum de 95 %.Le CPA est une ancienne appellation et le CEMI est la nouvelle.

La composition minéralogique du ciment C3S

C2S

C3A

C4AF

52.48

22.69

2.82

16.32

Composition chimique du ciment Elément %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

K 2O

Na2O

P.F

21.62

4.49

5.37

63.91

1.66

1.92

0.25

0.03

0.81

3


e) Mesure des résistances à la compression et à la traction (EN 196-1) e-1) Principe de l’essai Essai mécaniques sur le ciment : -Mesure des résistances à la compression et à la traction Les ciments sont classés d’après leur résistance mécanique minimale, à la rupture par compression à 7 et 28 jours d’âge, mesurée sur des éprouvettes (4x4x16 cm) en mortier normale (EN 196-1)

V.

Matériels utilisés

Ciment Eau Etuve Eprouvette prismatique Sable Balance electrique Table a choc

4


VI.

Equipement nécessaire



L’ensemble est décrit de manière détaillée par la norme EN 196-1. Il est énuméré ci-dessous.



Une salle maintenue à une température de 20 °C ± 2 °C et à une humidité relative supérieure ou égale à 50%.



Une chambre ou une armoire humide maintenue à une température de 20 °C ± 1 °C et à une humidité relative supérieure à 90 %.



Un malaxeur normalisé.



Des moules normalisé permettant de réaliser 3 éprouvettes prismatiques de section carrée 4cm×4cm et de longueur 16cm (ces éprouvettes sont appelés “éprouvettes 4×4×16”).



Un appareil à chocs permettant d’appliquer 60 chocs aux moules en l es faisant chuter d’une hauteur de 15mm± 0,3mm à la fréquence d’une chute par seconde pendant 60 s.



Une machine d’essais de résistance à la flexion permettant d’appliquer des charges jusqu’à 10KN avec une vitesse de mise en charge de 50 N/s ± 10N/s. La machine doit être pourvue d’un dispositif de flexion.



Une machine d’essais à la compression permettant d’appliquer des charges jusqu’à 150 KN (ou plus si les essais l’exigent) avec une vitesse de mise en charge de 2400 N/s ± 200 N/s. Cette machine est équipée d’un dispositif de compression

5


VII. Description du protocole expérimental a) Mesure des résistances à la compression et à la traction

Un mortier normal contiendra, en poids En premier, on passe à la pesée de : 

03 partie de sable normalisé soit un sac de 1350 ± 5 g



01 partie de ciment soit 450 ± 2 g



Demi partie (1/2) d’eau (Eau/Ciment = 0,5) soit 225 ± 1 g

Avant d’être utilisé pour les différents essais de maniabilité, de prise, de résistance ou de retrait, on mélange la composition d’un mortier pendant 4 minutes conformément aux prescriptions de la norme : Introduire l’eau en premier dans la cuve du malaxeur ; y verser ensuite le ciment ; mettre le malaxeur en marche à vitesse lente. Après 30 s de malaxage, introduire régulièrement le sable pendant les 30 s suivants. Mettre alors le malaxeur à sa vitesse rapide et continuer le malaxage pendant 30s supplémentaires. Arrêter le malaxeur pendant 1 min 30s. Pendant les 15 premières s econdes enlever au moyen d’une raclette en caoutchouc tout le mortier adhérant aux parois et au fond du récipient en le repoussant vers le milieu de celui-ci. Reprendre ensuite le malaxage à grande vitesse pendant 60 s.









Remarque : Pour le mortier, un dosage variable de 300, 350 et 400 Kg/m3 et avec un rapport E/C variant 0.65, 0.70 et 0.75. Pour l’ajout de la pouzzolane et le super plastifiant, on a choisi d’utiliser le rapport E/C de 0.70 avec les trois dosages de 300, 350 et 400 Kg/m3 .

6


Opération

+ eau

+

+

Raclage

ciment

sable

de la cuve

Durée des

30 s

30 s

30 s

15 s

15 s

opérations Etat du

Arrêt

malaxeur

1min 60 s

Vitesse

Vitesse

lente

rapide

Arrêt

Vitesse rapide

- Opé rati on pour dé termi ner le mor ti er normal -

b)Résistances mécaniques Les essais sont souvent effectués sur les éprouvettes prismatiques de 4 x 4 x 16 cm conservés dans l'eau à 20 °C.

-

M oule pour mou lage des é pr ouvettes de mor ti er -

Les éprouvettes sont rompues en traction par flexion puis en compression. Les résistances, aussi bien en traction par flexion qu'en compression, progressent à peu près comme logarit hme du temps (entre 1 et 28 jours).

7


VIII. Conduite de l’essai La norme EN 196-1 décrit de manière détaillée le mode opératoire concernant cet essai. Avec le mortier normal préparé comme indiqué (à la partie supérieure), on remplit un moule 4 x 4 x 16. Le serrage du mortier dans ce moule est obtenu en introduisant le mortier en deux fois et en appliquant au moule 60 chocs à chaque fois. Après quoi le moule est arasé, recouvert d’une plaque de verre et entreposé dans la salle ou l’armoire humide. Entre 20 h et 24 h après le début du malaxage, ces éprouvettes sont démoulées et entreposées dans de l’eau à 20 C° ± 1 C° jusqu’au moment de l’essai de rupture. Au jour prévu, les 3 éprouvettes sont rompues en flexion et en compression. Les normes ENV 197-1 et NFP 15-301 définissent les classes de résistance des ciments d’après leur résistance à 2 (ou 7 jours) et 28 jours. Ces âges sont donc impératifs pour vérifier la conformité d’un ciment. Si des essais sont réalisés à d’autres âges, ils devront être réalisés dans les limites de temps indiquées dans le tableau ci-dessous.

La rupture de chaque éprouvette en flexion est effectuée conformément au dispositif décrit sur la figure.

- Dispositif pour l’essai de résistance à la flexion -

8


Si Ff est la charge de rupture de l’éprouvette en flexion, le moment de rupture vaut Ff l/4 et la contrainte de traction correspondante sur la face inférieure de l’éprouvette est :

Cette contrainte est appelé la résistance à la flexion. Compte tenu des dimensions b et l , Si Ff est exprimée en newtons (N), cette resistance exprimée en méga pascals (MPa) vaut :

-Di spositif de ruptu re en compression Les demi-prismes de l’éprouvette obtenue après rupture en flexion seront rompus en compression comme

indiqué sur la figure. Si FC est la charge de rupture, la contrainte de rupture vaudra :

Cette contrainte est appelée résistance à la compression et, si FC est exprimée en newton, cette résistance

exprimée en méga pascals vaut : Les résultats obtenus pour chacun des 6 demi-prismes sont arrondis à 0,1 MPA près et on en fait la moyenne. Si l’un des 6 résultats diffère de ± 10 % de cette moyenne, il est écarté et la moyenne est alors calculée à partir des 5 résultats restants. Si à nouveau un des 5 résultats s’écarte de ± 10 % de cette nouvelle moyenne, la série des 6 mesures est écartée. Auquel cas il convient de chercher les raisons de cette dispersion : malaxage, mis en place, conversation ? Lorsque le résultat est satisfaisant, la moyenne ainsi obtenue est la résistance du ciment à l’âge considéré. 9


Résistance normale La résistance dite résistance normale pour un ciment donné est la résistance ainsi mesurée à l’âge de 28 jours. C’est cette résistance qui définit la classe du ciment : si un ciment a, (à 28 jours), une résistance normale de 52 MPA, on dira que sa classe vraie est de 52 MPA.

Une machine d'essais de résistance à traction et à la compression permettant d'appliquer des charges jusqu'à avec une vitesse de mise en charge de 0.05KN/s.

-

M achine d' essais de ré sistan ce àla compr ession et àla tr acti on -

10


IX.

RESULTATS

Résistance à la compression et à la flexion du mortier

Essai de traction par flexion : Cet Essai pour un mortier témoin et 3 enchantions de mortier avec addition.

Echt 1

Mortier témoin Force max

[KN]

3.372

Mortier avec addition 1

Force max

[KN]

3.362

2

Force max

[KN]

3.416

3

Force max

[KN]

2.305

11


Les résultats sont donnés dans le tableau suivant :

Essai de Compression : Echt

1

2

3

4

5

6

Mortier témoin

Mortier avec addition

Fmax [KN]

58.944

Fmax [KN]

38.726

R comp [MPa]

36.840

R comp [MPa]

24.204

Fmax [KN]

61.133

Fmax [KN]

65.685

R comp [MPa]

38.208

R comp [MPa]

41.053

Fmax [KN]

59.253

Fmax [KN]

55.455

R comp [MPa]

37.033

R comp [MPa]

34.660

Fmax [KN]

65.283

Fmax [KN]

63.589

R comp [MPa]

40.802

R comp [MPa]

39.743

Fmax [KN]

62.883

Fmax [KN]

58.894

R comp [MPa]

39.302

R comp [MPa]

36.809

Fmax [KN]

56.884

Fmax [KN]

58.950

R comp [MPa]

35.552

R comp [MPa]

36.844

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a) Calcule des réactions 1. Mortier témoin R c28temoin = ∑R comp / 6 On a fait la moyenne des résultats obtenus pour chacun des 6 demi-prismes Rc28temoin = (36.840+38.208+37.033+40.802+39.302+35.552) / 6

R c28temoin

= 37.956 MPA

On a obtient : Rc28temoin = 37.956 ± 3.8 → 34.756 < 37.956 < 41.756 MPA

Vérifié

Toutes les réactions de compression sont introduit d’un cet interval R-3.8
2. Mortier avec addition R c28 a = ∑R comp / 5 Rc28 a =(41.053+34.660+39.743+36.809+36.844)/5

R c28 a = 37.822 MPa Rc28 a = 37.822 ± 3.8 → 34.022 < 37.956 < 41.622 MPA

vérifié

l’un des 6 résultats diffère de ± 10 % de cette moyenne, il est écarté et la moyenne est alors calculée à partir des 5 résultats restants.( la premier R = 24.204MPa→ écarté)

b) Calcule d’indice d’activité : C’est une caractéristique importante. Elle est calculée en faisant le rapport entre les résistances à la compression à 28 jours du mortier (T) et celle du mortier contenant 0.2% de vase +0.8% adjuvant en substitution par le biais de la formule suivante :

I = R c28 a

/ R c28t

≥ 0.67

I = 37.822 / 37.956 = 0.99

I=0.99 > 0.67 13


X.

CONCLUSION

Les résultats obtenus dans cet essai nous ont permis d’aboutir aux conclusions suivantes : La pouzzolane artificielle (à base de la vase calcinée) peut être considérée comme matériaux pouzzolaniques puisqu’elle vérifie : I vase calcinée = 0.99 L’addition de la pouzzolane naturelle et la pouzzolane artificielle améliore le comportement des mortiers La méthode d'activation du ciment par la pouzzolane améliore clairement les performances mécaniques du mortier. Par conséquent la faiblesse des résistances à court terme peut être compensée par activation du ciment (augmentation de la finesse du ciment activé par la pouzzolane).

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POUZZOULANIQUE

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