1.4 Adjuvants

 

1.4.1 Introduction

Les adjuvants sont ajoutés au béton en général sous forme liquide. Ils influent par leurs effets chimiques et/ou physiques sur les propriétés du béton. Selon le type d’adjuvant utilisé, il est possible de modifier de manière ciblée tant les propriétés du béton frais, p. ex. le temps de prise et l’ouvrabilité, que les caractéristiques du béton durci, telles que la résistance à la compression et la durabilité. L’emploi d’adjuvants est motivé par des considérations technologiques et économiques. L’addition de petites quantités de fluidifiants permet de réduire une partie de l’eau de gâchage. Il est ainsi possible de fabriquer un béton de bonne ouvrabilité, très dense, à faible porosité capillaire et à durabilité améliorée, en réduisant de cette manière le rapport E/C. Une multitude de substances organiques et inorganiques sont utilisées comme agents actifs des adjuvants. Pour produire un maximum d’efficacité, ils doivent être ajustés au ciment.

L’efficacité des adjuvants pour béton est aussi influencée par la teneur en eau, le sable, l’intensité et la durée de malaxage ainsi que la température.



1.4.2 Exigences normatives

La norme SN EN 934-2 définit les exigences, la conformité, le marquage et l’étiquetage des adjuvants (tab. 1.4.1).


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Tab. 1.4.1: Désignation, abréviations et description des adjuvants.

Dosage

La quantité dosée, en pourcentage en masse du ciment, se situe normalement entre 0.2 et 2 % en masse. En cas de dosages supérieurs à 3 l/m3, il faut tenir compte de la quantité d’eau contenue dans l’adjuvant dans le calcul du rapport E/C. Le dosage total en adjuvants ne doit pas dépasser le dosage maximal recommandé par le producteur d’adjuvants, ni 5 % en masse du ciment dans le béton (exception: accélérateurs pour béton projeté: jusqu’à 12 % en masse du ciment).

Les surdosages peuvent avoir des effets secondaires indésirables tels que retardement du début de prise, ségrégation (fluidifiants), perte de résistance à la compression (entraîneur d’air). Les sous-dosages diminuent souvent de manière importante l’effet recherché.
Les adjuvants sont, le plus souvent, à introduire dans le mélange après l’eau de gâchage. Les dosages inférieurs à 0.2 % en masse sont à diluer dans une partie de l’eau de gâchage, puisque le dosage correct et la répartition du produit sont difficiles avec d’aussi faibles quantités. En cas d’utilisation simultanée de plusieurs adjuvants leur compatibilité doit être prouvée. Il est recommandé en cas d’utilisation d’additions d’indiquer les dosages en adjuvants uniquement par rapport à la teneur en ciment.

Durée de stockage

Durant le stockage, les adjuvants doivent être protégés des pollutions et d’un fort ensoleillement direct. On peut les conserver jusqu’à une année à une température de 20° C. Les adjuvants liquides doivent être protégés du gel, les adjuvants pulvérulents de l’humidité.


1.4.3 Caractéristiques des adjuvants les plus importants

Plastifiant (BV) et fluidifiant (FM)

En Suisse les fluidifiants sont les adjuvants les plus utilisés. Par contre, les plastifiants ne sont plus guère employés. L’effet fluidifiant est obtenu soit par des substances agissant sur les interfaces (sulfonate de lignine, sulfonate de naphthalène), soit par des substances dispersives (sulfonate de mélamine, polycarboxylate, éther polycarboxilique). Leur efficacité est illustrée par la figure 1.4.1. Pour un rapport E/C constant, ces adjuvants améliorent l’ouvrabilité du béton 1 ou réduisent – à ouvrabilité maintenue constante – la demande en eau, donc le rapport E/C 2 , ce qui conduit à augmenter la résistance et réduit la porosité du béton. On peut aussi conjuguer les deux effets, soit obtenir une amélioration de l’ouvrabilité tout en diminuant le rapport E/C 3 .

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Fig. 1.4.1: Influence du fluidifiant sur l’étalement et le rapport E/Céq.

Le tableau 1.4.2 récapitule l’influence des types les plus courants de plastifiants et fluidifiants en ce qui concerne leur pouvoir de réduction d’eau dans le béton. La réduction d’eau relative indiquée est basée sur un dosage de l’adjuvant de 1 % en masse du ciment. La réduction d’eau augmente selon l’ordre suivant: sulfonate de lignine – mélamine – naphthalène – polycarboxylate / éther polycarboxylique.

L’effet fluidifiant optimal est obtenu lorsque l’incorporation du fluidifiant se fait entre le dosage principal et l’apport final précis de l’eau de gâchage.

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Tab. 1.4.2: Réduction d’eau par les plastifiant et fluidifiant les plus courants.

Entraîneur d’air (LP)

Les entraîneurs d’air sont des substances (résines de racines et leurs modifications ainsi que des tensioactifs synthétiques) agissant sur les interfaces. Le rôle des entraîneurs d’air est d’incorporer des micropores d’air d’un diamètre compris entre 10 et 300 μm dans le béton. Il en résulte une augmentation substantielle de la résistance aux cycles de gel-dégel avec ou sans sel (béton résistant), mais au prix d’une réduction de la résistance à la compression en fonction du volume d’air introduit dans le béton. Au moment où le béton gèle, les pores d’air accueillent en partie l’eau mise en mouvement dans les pores capillaires et offrent ainsi un espace d’expansion pour l’eau dont le volume augmente en gelant (Fissures). Ils réduisent donc le risque de fissuration du béton sous l’effet de la pression due au gel (fig. 1.4.2).

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Fig. 1.4.2: Représentation schématique d’un pore d’air dans la microstructure du béton.

Pour obtenir une teneur en air habituelle dans un béton, soit 3–5 % vol. (Dmax = 32 mm) et 4–6 % vol. (Dmax = 16 mm) de très faibles dosages s’avèrent généralement suffisants (0.1 à 0.5 % en masse). Néanmoins la quantité de pores d’air se formant dans le béton ne dépend pas uniquement du type et du dosage de l’entraîneur d’air, mais du moment de son introduction. Contrairement à la recommandation générale pour le dosage des adjuvants, il faut ajouter les entraîneurs d’air en même temps que l’eau de gâchage, afin qu’ils puissent déployer leurs effets. Les pores d’air ont parfois un effet fluidifiant et améliorent l’ouvrabilité du béton. Le volume de pores d’air introduit dans le mélange par les entraîneurs d’air doit être pris en compte dans le calcul volumique (formulation du béton).

Lors de la fabrication d’un béton à air entrainé, il est recommandé d’augmenter le temps de malaxage.

Retardateur de prise (VZ)

On emploie comme retardateurs de prise, soit des agents actifs organiques (saccharose, acide-hydroxy-carboxylique, sulfonate de lignine), soit des substances inorganiques (phosphates).

Les retardateurs de prise ont pour effet de retarder le début de la prise du ciment et de prolonger ainsi la durée de mise en place du béton. Leurs applications principales sont les suivantes:
  • bétonnage par temps chaud
  • transport du béton sur de longues distances
  • bétonnage de gros volumes et suppression des joints de travail
  • réduction des rythmes de nettoyage des pompes et malaxeurs

Accélérateur (SBE, HBE)

Parmi les accélérateurs, on distingue les accélérateurs de prise (SBE) et les accélérateurs de durcissement (HBE) (tab. 1.4.1). Ces adjuvants sont utilisés pour raccourcir le temps de prise et de durcissement. L’hydratation étant plus rapide, le béton peut être décoffré, soulevé, mis en charge ou exposé au gel dans un délai plus court.

L’emploi des accélérateurs dépend beaucoup de leur effet chimique. Il existe divers groupes d’agents actifs qui se distinguent, par leur effet d’élévation de la concentration ionique de la solution interstitielle (p. ex. Ca2+, Al3+, OH), ou par la formation précoce de phases hydratées supplémentaires dans le béton. En utilisant des accélérateurs contenant des chlorures ou des cyanates, il faut respecter les limitations prescrites pour le béton armé et précontraint, à cause du risque de corrosion des armatures.

On fait recours aux accélérateurs de prise (SBE) pour
  • le béton projeté (faible rebond et bonne adhérence)
  • les travaux de remise en état (travaux de réparation nécessitant un temps de prise raccourci)
  • le bétonnage au contact d’eaux circulantes
  • le colmatage d’infiltrations et de venues d’eau.
Les accélérateurs de durcissement (HBE) sont employés pour
  • le bétonnage par temps froid
  • les délais de décoffrage très courts
  • la préfabrication d’éléments en béton
  • la pose des ancrages

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Fig. 1.4.3: Dépôt conforme e citernes d’adjuvants dans une centrale à béton.

 

Réducteur de retrait (SRA)

Les réducteurs de retrait (en anglais: shrinkage reducing agents, SRA) sont ajoutés au béton frais pour réduire le retrait du béton. Ils se composent d’agents tensioactifs non-ioniques, c.-à-d. de substances agissant sur les surfaces. L’effet de la plupart des réducteurs de retrait employés actuellement repose sur la réduction de la tension capillaire de l’eau – tant de l’eau de gâchage que de la solution intersticielle. De ce fait, le béton s’hydrate de manière plus régulière et surtout plus lente. En conséquence, la déformation due au retrait diminue et il en est de même de la fissuration du béton (comportement à la déformation).

Le dosage des réducteurs de retrait se situe habituellement entre 1–3 % de la masse du ciment. Il est possible de réduire le retrait du béton après 28 jours de l’ordre de 30 %. L’expérience pratique montre que les réducteurs de retrait peuvent abaisser légèrement la résistance à la compression et rendre l’entraînement des pores par les entraîneurs d’air plus difficile.

Une autre possibilité d’éviter les fissures due au retrait de dessiccation est le béton à retrait compensé. L’ajout d’additions spéciales, p. ex. l’oxyde de calcium ou la poudre d’aluminium, provoque un gonflement du béton pendant les premiers 1 à 5 jours en présence d’humidité suffisante. Le gonflement visé du béton correspond à peu près au retrait de dessiccation attendu. En conséquence, on observe peu ou pas de tension de retrait (retrait et gonflement). Il est recommandé de planifier et de tester l’emploi d’additions compensatrices de retrait en collaboration avec des spécialistes.

Evaluation des adjuvants les plus importants

Les adjuvants peuvent influer de manière significative sur les propriétés du béton frais et durci. Ceci est souvent lié à des réactions chimiques et/ou physiques complexes. Pour cette raison, il est préférable de ne pas mélanger des adjuvants dont le fonctionnement diffère ni de combiner des adjuvants de type similaire. Dans le cas d’utilisation de plusieurs types d’adjuvants dans une même formulation, il est fortement conseillé d’utiliser les adjuvants d’un seul et même producteur.

Les essais initiaux sont indispensables pour déterminer le dosage correct des adjuvants les mieux adaptés au système de béton constitué de ciment, d’additions, d’eau et de granulats.

Les effets qualitatifs des cinq groupes d’adjuvants les plus importants sur certaines propriétés de béton frais et durci sont récapitulés au tableau 1.4.3.



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Tab. 1.4.3: Effets des cinq groupes d’adjuvants les plus importants sur certaines propriétés de béton frais et durci.

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