Rapport Tp Essai Vika

27/10/2017

Sollicitation et dimensionnement : TP : Détermination de la consistance normale et le temps de prise d’une pâte de ciment

Réalisé par : BENHIMA ACHRAF KAROUANE OTHMAN BENLABSIR EL MEHDI IKEN HACHEM ZORGANE MOHAMED MAALAL MOHAMED AYOUB KHALIF LAHCEN

Encadré par : Mr. CHERKAOUI KHALID

TP : Détermination de la consistance


normale et le temps de prise d’une pâte de ciment

TABLE DES MATIERES Généralités : ...................................................................................................................................... 4 PARTIE I : ESSAI DE CONSISTANCE DU MORTIER (EN 196-3) ...................... ........... ...................... ...................... ....................... .................. ...... 6 INTRODUCTION : ............................................................................................................................ 6 BUT DE TP : .................................................................................................................................... 6 PRINCIPE DE L’ESSAI : ........................ ..................................... .......................... .......................... .......................... ......................... .......................... .......................... ............... ... 6 L’APPAREILLAGE DE L’ESSAI : ......................... ...................................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ............... .. 7

MODE OPERATOIRE ....................................................................................................................... 8 EXPLOITATION DES RESULTATS .................................................................................................... 10 CONCLUSION ............................................................................................................................... 12 PARTIE II : MESURE DE TEMPS DE PRISE D’UN CIMENT ................................................................... 13 DEFINITION .................................................................................................................................. 13 PRINCIPE D’ESSAI .......................... ....................................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... .................. ..... 13 BUT D’ESSAI ......................... ...................................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ............. 13

DETERMINATION DU TEMPS DE PRISE ......................................................................................... 13 RESULTATS ................................................................................................................................... 15 PARTIE III : MESURE DE LA SURFACE SPECIFIQUE SPECIFIQUE BLAINE...................... ........... ...................... ....................... ....................... ................... ........18 18 GENERALITES ...............................................................................................................................18 ...............................................................................................................................18 ....................................... .......................... .......................... .......................... ......................... .......................... .......................... ............. 19 . PRINCIPE DE L’ESSAI .......................... MATERIEL NECESSAIRE .................................................................................................................19 .................................................................................................................19 MODE OPERATOIRE .....................................................................................................................19 .....................................................................................................................19 CONCLUSION................................................................................................................................... 23

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LISTE DES FIGURES Figure 1 processus de prise du béton ................................................................................................ 4 Figure 2 Balance ................................................................................................................................ 7 Figure 3 Burette graduée .................................................................................................................. 7 Figure 4 L'APPAREIL DE VICAT ........................................................................................................... 7 Figure 5 Malaxeur, conforme à l’EN 196-1 ....................................................................................... 7 Figure 6-schéma de l'appareille Vicat .............................................................................................. 10 Figure 7 Graphe du d par rapport à E/C .......................................................................................... 11 Figure 8 Abaissement d'aiguille de VICAT ........................................................................................ 14 Figure 9 Partie mobile Laché ........................................................................................................... 14 Figure 10 Perméabilimètre de Blaine ................................................................................................ 1

LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 Norme pour malaxage du ciment ..................................................................................... 8 Tableau 2 Résultat obtenu de l'essai de consistance du mortier ..................................................... 11

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Généralités : Le durcissement du ciment suit un lent processus, la résistance mécanique du matériau peut continuer à croître pendant plusieurs mois. Il est très important de connaitre le temps de prise de mon béton afin d’effectuer le décoffrage et d’éviter le retard du chantier et les pénalités qui peuvent en découler. Avant d’atteindre son stade final et durant son hydratation, la pâte de ciment passe par trois phases successives (voir figure 1) :

La phase dormante : la pâte reste en apparence inchangée malgré le démarrage des premières réactions.

Figure 1 processus de prise du béton

Le début et la fin de prise : après une à deux heures, pour la plupart des ciments, une augmentation brusque de la viscosité se produit, accompagnée d’un dégagement de chaleur – c’est le début de prise. La fin de prise est effective lorsque la pâte cesse d’être déformable et devient un matéri au rigide.

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Le durcissement : l’hydratation du ciment se poursuit et la résistance mécanique continue à croître durant plusieurs mois. La résistance à 28 jours est la valeur conventionnelle de contrôle. Les conditions climatiques lors de la mise en œuvre o nt une grande influence sur le temps de prise du béton ; L’augmentation de la température du béton est une cause de perte de maniabilité et chaque constituant y participe différemment en fonction de son dosage et de sa chaleur massique. On a donc intérêt d`agir sur le rapport E/C pour ajuster la consistance à une valeur convenable.

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PARTIE I : ESSAI DE CONSISTANCE DU MORTIER (EN 196-3) L’attention des utilisateurs est de plus en plus attirée par les propriétés des mortiers et des bétons à l ’état frais, avant la prise et le durcissement. Les caractéristiques du mortier et du béton sont fondamentales et varient avec la nature du liant, le dosage en eau et le mode de préparation et les conditions climatique. La pâte de ciment de consistance normalisée a une résistance spécifiée à la pénétration d’une sonde normalisée. L’eau nécessaire à une telle pâte est déterminée par des essais de pénétration sur pâte à quantités d’eau différentes. L’état pâteux intermédiaire entre liquide et solide est carac térisé par sa consistance qui peut être molle, plastique ou bien ferme. L’essai de consistance doit être réalisé suivant les prescriptions ordinaires, c’est à dire à 20°C.

L’essai de consistance permet de déterminer la quantité d’eau optimale pour gâcher un liant afin d’obtenir une pâte normale. La pâte obtenue a une résistance spécifiée à la pénétration d’une sonde normalisée.

L’essai est réalisé pour trouver la quantité d’eau qui doit être mélangé toujours suivant le même processus avec une masse de ciment, dans laquelle la sonde de l’appareil de Vicat ne s’enfonce que de (6 ±1) mm du fond du moule.

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Le matériel utilisé lors de notre essai est présenté dans le tableau suivant :

Figure 2 Balance

Permettant de peser à 1g prés

Figure 5 Malaxeur, conforme à l’EN 196 -1

Figure 3 Burette graduée Permettant de mesurer l’eau de gâchage

Figure 4 L'APPAREIL DE VICAT

L’appareil de Vicat avec sa sonde cylindrique de diamètre (10±0,05) mm et de longueur effective (50± 1) mm. Le moule Vicat destiné à contenir la pâte 7




pendant l’essai doit être en caoutchouc dur de la forme tronconique, d’une profondeur (40±0,2) mm et de diamètre inférieur et supérieur de (70±05) mm et (80±05) mm respectivement. Ce tronc de cône doit reposer sur une plaque en verre d’au moins 2,5 mm.

Avant de commencer l’essai, il faut mouiller et égoutter le godet et le batteur du malaxeur pour obtenir les résultats estimés. Et puis, on procède comme suit :

1. Peser 500g  1g de ciment et on le verse dans le godet du malaxeur. 2. Ajouter la quantité d’eau calculée dans la cuve du malaxeur (On commence avec un rapport de masse E /C = 0.21). 3. Régler la vitesse 140tr/min (vitesse lente) 4. Mettre le malaxeur en marche 5. Mélanger la pâte pendant 90 s econdes, à vites s e lente 6. Arrêter pendant 15 secondes, démonte le godet et remettre avec une spatule toute la pâte adhérente à la cuve au-delà de la zone de malaxage. 7. Remonter le godet et malaxer durant 90 secondes à vites s e rapide.

Tableau 1 Norme pour malaxage du ciment

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8. Remplir le moule tronconique avec la pâte obtenue, et on arase la surface en prenant appui sur le bord du moule. 9. Porter le moule plein sur l’appareil de Vicat, et on règle le niveau zéro de la sonde (la sonde est tangente avec le bord du moule). (Voir figure 2) 10. Centrer le moule dans l’axe de la sonde, abaisse la sonde avec précaution jusqu’à ce qu’elle arrive au contact de la pâte, on desserre la vis pour que la sonde pénètre sous son poids propre dans la pâte. Après 30 secondes, on note la valeur de l’enfoncement ¨d¨ lue sur l’ index de l’appareil (voir figure). • Si d = 6 ± 1 mm, l’essai est concluant et la consistance est normale. • Si d ≤ 5 mm, la pâte est trop mouillée et il faut recommencer l’essai avec moins d’eau. • Si d ≥ 7 mm, la pâte est trop ferme et il faut recommencer l’essai avec plus d’eau. On répète l’essai avec des teneurs en eau différentes jusqu’à trouver une donnant une distance de 6 mm ± 1mm. Enregistrer cette teneur en eau de cette pate exprimée à 0,5% prés comme teneur en eau Pour l’obtention de la consistance normalisée

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(On commence notre expérience avec un rapport de masse E/C = 0.24 pour avoir une pâte de consistance normalisée à partir d’un ciment CEM I 42.5).

Figure 6-schéma de l'appareille Vicat

Pour obtenir la pâte à consistance normale on commence en premier lieu par l’ajout d’une quantité d’eau E=0.26*C au ciment avec C =0.5 kg (E/C =0.26), ensuite, pour différentes valeurs E/C (écart=0.05) on mesure les valeurs correspondantes d par l’essai de Vicat, on trace la courbe suivante afin d’obtenir le E/C correspondant à d=6mm±1

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E/C

D

0.21

38

0.26

32

0.31

10.5

0.36

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Tableau 2 Résultat obtenu de l'essai de consistance du mortier

Figure 7 Graphe du d par rapport à E/C

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L'un des principaux avantages de cette méthode pour déterminer le temps de prise est qu'il est basé sur plusieurs mesures quantitatives sur le même échantillon. L'utilisation de plusieurs points améliore la précision du temps de prise, tel que déterminé par cette méthode.

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PARTIE II : MESURE DE TEMPS DE PRISE D’UN CIMENT Le temps de début de prise désigne le temps nécessaire pour qu’un ciment fasse prise, il est mesuré à l’aide de l’appareil Vicat. Le temps de début de prise est déterminé à l’instant ou l’aiguille ne s’enfonce plus jusqu’au fond de la pastille ou du cône rempli de mortier de ciment. Le ciment de classe 45 ont un temps de début de prise généralement supérieur à 1h30 à T=20°C, en revanche pour les ciments de classe 55 et HP on retrouve une valeur inferieur à celle-ci. Déterminer le temps de prise d’un ciment, c’est mesurer le temps qui s’écoule entre l’instant où le mélange liant eau a été réalisé et le début de prise. 

Préparer 900g du ciment, une pâte pur de rapport E/C=0,26. Pour accélérer la prise du ciment, on ajoute 20g de gypse à la gâché.



Régler l’appareil Vicat muni au préalable de l’aiguille par abaissement de celle-ci jusqu’à la plaque de base et par ajustement du repère au zéro de l’échelle, relever l’aiguille en position d’attente.

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



Placer le moule rempli de pâte confectionnée selon la norme en vigueur, au-dessous de l’aiguille de l’appareil de Vicat. Abaisser l’aiguille avec précaution jusqu’à ce qu’elle arrive au contact de la pâte.

Figure 8 Abaissement d'aiguille de VICAT 



Observer une pause de 1s à 2s à cette position de manière à éviter une vitesse initiale ou une accélération des parties mobiles. Lâcher les parties mobiles rapidement et laisser l’aiguille pénétrer verticalement dans la pâte.

Figure 9 Partie mobile Laché 

Effectuer la lecture de l’échelle à la fin de la pénétration.

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

Enregistrer la lecture, interpréter suivant les prescriptions de la norme en vigueur.

Calcul de Masse :

Nous avons :

E/C=0.32 Avec la masse du ciment : La masse de l’eau est : E =

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Gypse

Eau

Ciment

20 g

288

900 g

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Température : 20° C CPJ45 Début de prise Fin de prise

1 h 35 min Non déterminé

Remarque : Le temps de prise était relativement long puisqu’on a utili sé seulement 20g de gypse. On conclut que plus la quantité de gypse augmente plus le temps de prise diminue.

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Sollicitation et dimensionnement

Sollicitation et dimensionnement TP : Détermination de la consistance et le temps de prise d’une pâte de ciment

PARTIE III : MESURE DE LA

SURFACE SPECIFIQUE BLAINE La taille d'une particule de ciment a un effet important sur la vitesse à laquelle elle va s'hydrater lorsqu’elle est exposée à l'eau. En réagissant, une couche de produit d'hydratation se forme autour de l'extérieur de la particule, séparant le noyau n'ayant pas réagi de la particule de l'eau environnante. Comme cette couche devient plus épaisse, le taux d'hydratation ralentit. Par conséquent, une petite particule réagira beaucoup plus rapidement qu'une grosse particule. Une particule ayant un diamètre de 1μm ré agira complètement en 1 jour, alors qu'une particule de 10μm de diamètre réagira complètement en 1 mois environ. Les particules d'une taille supérieure à environ 50μm ne réagiront probablement jamais complètement, même si la source d'eau est suffisante. Clairement, la distribution granulométrique est essentielle pour contrôler la vitesse à laquelle un ciment durcit et gagne en résistance. Il doit y avoir une certaine quantité de petites particules pour assurer que le ciment durcisse dans un délai raisonnable, mais s'il y a trop de petites particules, le ciment se durcira trop rapidement, ne laissant pas de temps pour le mélange et la mise en place. Heureusement, le processus de


broyage a une tendance naturelle à produire une large gamme de tailles de particules, donc ce n'est pas un problème.

La finesse de broyage d'un ciment est exprimée en termes de surface spécifique (cm²/g) et mesurée par le test de Blaine, dit de perméabilité à l'air, utilisant la relation qui établit que la traversée d'un lit de granules par un fluide est affectée par la surface spécifique des granules. Ainsi, en calculant la durée que met un gaz sous pression à traverser un volume donné de granules, on en déduit la surface des granules avec un protocole expérimental bien définit selon la norme utilisée. Plus le broyage est fin, et plus la surface calculée est importante. 1. Balance 2. Perméabilimètre de Blaine 3. Poudre étalon et Mercure 4. Rondelles de papier filtre 5. Chronomètre

I.

Figure 10 Perméabilimètre de Blaine

Détermination du volume total de la cellule : 1. On nettoie soigneusement de la plaque perforée. 2. On insère le filtre sur la grille tout en s’assurant qu’il reste bien plat 3. On pèse la cellule M1=


4. On remplit la cellule de mercure à température connue T=21°C en utilisant une plaque de verre pour égaliser la surface, puis on tapote pour enlever les bulles d’air. 5. On enlève toute trace de mercure sur l’extérieure de la cellule, puis, on pèse à nouveau M2. 6. Le volume de la cellule :

II.

Préparation d’un lit de ciment pour en mesurer le

volume comme suit : 1. On pèse une quantité de ciment 3g. 2. On nettoie la cellule et on place un papier filtre sur la plaque perforée. 3. On verse le ciment dans la cellule et on donne quelques coups, on place un deuxième filtre sue le ciment. 4. On nettoie le pilon, puis on l’insère dans la cellule et on l’enfonce lentement jusqu’à la butée. 5. On enlève le pilon délicatement. III.

Détermination du volume restant au-dessus du ciment comme suit : 1. On remplit le volume restant au-dessus du lit de ciment avec du mercure en utilisant à nouveau une plaque de verre pour obtenir une surface plane. 2. On enlève toute trace de mercure de l’extérieure de la cellule, puis on enlève la plaque de verre et on récupère et le mercure contenu dans la cellule. 3. On pèse le mercure récupéré M3 4. Le volume du ciment par calcul est :


IV. Mesure de surface spécifique : 1. Suivant la norme NFP 15-442, en utilisant la méthode à porosité constante. 2. On détermine la constante K à partir de la formule de la surface spécifique de l’appareil avec une poudre étalon (ciment de référence), puis on détermine la surface spécifique du ciment CPJ35 et CPJ 45 par la formule :

V. Détermination de la constante K : 1. On prépare un lit de ciment de référence pour déterminer la valeur de la constante K 2. On choisit la porosité à utiliser=0.5 3. Et on calcule la masse de ciment de référence à utiliser avec la formule :

4. On nettoie et on prépare la cellule après l’usage précédent et on met un nouveau papier filtre, on pèse la masse de ciment de référence , ensuite on frappe légèrement et on recouvre d’un second papier filtre , on compacte à pression constante avec le pilon et on l’enlève ensuite délicatement , on vérifie si le niveau manométrique est au trait inférieur , on enduit les surfaces correspondantes de la cellule et du tube manométrique de graisse silicone , on ouvre le robinet d’arrêt pour éviter de comprimer l’air quand on monte la cellule et


puis on ajuste la cellule sur l’ouverture supérieure du manomètre. 5. Après on applique une succession avec la poire aspirante (pomper légèrement avec la poire pour que le liquide monte au-dessus du trait A, en ouvrant légèrement le robinet, on contrôle facilement la montée du liquide, puis on ferme le robinet. 6. Ensuite, on mesure le temps pour un écoulement du niveau B au niveau C. 7. Puis, on calcule la constante K avec la formule :

8. On prépare maintenant un lit du ciment à essayer : 9. On calcule la masse de ciment requise pour obtenir une porosité de 0.5, en utilisant le poids spécifique qui a été prédéterminé et le volume V du lit :

10. On applique la dépression et on mesure le temps puis on calcule la surface spécifique par unité de masse du ciment :

Si le matériau soumis à l’essai à un poids spécifique 11. différent de celui du ciment de référence, la formule devient :


CONCLUSION Dans ce TP, nous nous sommes intéressés à la mesure du temps de début de prise et le temps de fin de prise, ceci nous a permis de tirer les conclusions suivantes : Les teneurs en eau et les quantités de ciment, de gypse influencent de manière considérable le temps de prise. La fabrication du ciment exige donc une préparation minutieuse et un contrôle constant de la composition des matières premières si l'on veut obtenir un produit qui convient aux plus hautes exigences. La méthode de mesure de l’enfoncement de l’aiguille de Vicat selon la norme comporte plusieurs points négatifs :

Elle repose sur une mesure de de la distance au fond du moule jusqu’à la point de l’aiguille après un pas de temps de 10 s ,ce qui ne donne pas des mesures continues ,les courant s d’air qui peuvent transporter l’humidité ne sont pas aussi inclut et diffèrent de laboratoire à un autre . Il serait intéressant de rechercher les possibilités utilisant l’évolution de la pression interstitielle et des propriétés rhéologiques pendant la prise. Ces méthodes devront permettre de détecter de manière précise l’évolution de la structuration de la pâte de ciment dès le malaxage à l’aide de grandeurs mécaniques et aussi l’humidité du milieu où l’on fait l’essai.

Rapport Tp Essai Vika

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