HomeGuide pratique du béton3.3 Ouvrabilité et autres propriétés du béton frais

3.3 Ouvrabilité et autres propriétés du béton frais

 

3.3.1 Consistance

La consistance du béton frais détermine l’ouvrabilité du béton. Elle décrit non seulement la cohésion interne du béton frais, mais aussi d’importantes propriétés telles que le comportement à l’écoulement, la tendance à la ségrégation et l’aptitude au lissage. La consistance du béton frais a une influence primordiale sur la facilité de transbordement, de mise en place et de compactage sur le chantier. En Suisse, les méthodes suivantes sont employées de préférence pour la mesure de la consistance:
  • l’étalement à la table à chocs
  • l’indice de serrage selon Walz
  • l’affaissement au cône d’Abrams (Slump)
Pour le béton autoplaçant, d’autres méthodes d’essai ont été développées. Elles tiennent compte de sa consistance particulière et sont décrites ici: béton autoplaçant


L’étalement à la table à chocs

L’étalement décrit quantitativement la manière dont le béton frais s’étale sur une surface plane qu'on laisse retomber d’une hauteur définie sur un cadre. La détermination de l’étalement (f) est définie dans la norme SN EN 12350-5. L’étalement est une méthode de mesure adaptée aux classes de consistance du béton frais F2 à F5, c.-à-d. pour des bétons fermes à fluides. Elle n’est pas recommandée pour la mesure des étalements ≤ 340 mm et > 600 mm (tab. 2.3.6).

Mesure de l’étalement:
  • contrôler que les ustensiles et équipements respectent les exigences de la norme
  • poser la table d’étalement sur un support plat, horizontal et non soumis à des vibrations ou à des chocs
  • humidifier la table d’étalement, la face interne du moule conique et tous les ustensiles
  • introduire le béton frais dans le moule conique situé au centre de la table en deux couches d’une hauteur égale
  • compacter chaque couche dix fois avec la tige de piquage
  • araser le béton au niveau du bord supérieur du moule à l’aide de la tige de piquage et nettoyer le plateau de la table autour du moule
  • 30 secondes après l’arasement du béton, soulever le moule avec précaution verticalement et lentement en 1 à 3 secondes
  • soulever le plateau jusqu’à la butée et le laisser retomber librement, répéter 15 fois ce cycle, la durée de chaque cycle étant comprise entre 1 et 3 secondes. La table est stabilisée en bloquant avec les pieds de l’opérateur les pattes à l’avant de la table
  • mesurer avec la règle l’étalement maximal du béton en deux directions d1 et d2, parallèles aux bords de la table, en millimètres
  • calculer l’étalement selon l’équation 3.3.1 à partir des deux valeurs de mesure, le résultat est indiqué à 10 mm près
Valeur d’étalement:
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Eq. 3.3.1

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Fig. 3.3.1: Mesure de l’étalement selon la norme SN EN 12350-5.

Une évaluation visuelle de la pâte du béton frais est possible lors de la mesure de l’étalement selon les critères suivants:
  • la géométrie et la taille de la galette
  • la distribution des éléments fins et grossiers (proportion suffisante de pâte de ciment)
  • la présence d’une auréole d’eau en bordure

L’indice de serrage selon Walz

L’indice de serrage décrit quantitativement la compactabilité d’un béton frais par vibration. La détermination de l’indice de serrage d’après Walz est définie dans la norme SN EN 12350-4. L’indice de serrage est une méthode de mesure adaptée aux classes de consistance du béton frais C1 à C3, c.-à-d. pour des bétons raides à plastiques. Elle n’est pas recommandée pour la mesure des indices de serrage < 1.04 ou > 1.45. Une exception est faite pour les bétons légers d’un indice de serrage < 1.04, c.-à-d. de la classe de consistance C4 (tab. 2.3.6).

L’affaissement (Slump)

L’affaissement décrit quantitativement l’affaissement libre du béton frais. La détermination de l’affaissement (h) est définie dans la norme SN EN 12350-2. L’affaissement est une méthode de mesure adaptée aux classes de consistance du béton frais S1 à S4, c.-à-d. pour des bétons raides à très plastiques. Elle n’est pas recommandée pour une mesure d’affaissement > 220 mm (tab. 2.3.6).

Le changement de la teneur en eau d’une formule de béton induit, sous des conditions constantes de température, un changement non seulement de consistance mais aussi de résistance (voir tab. 3.3.1).

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Tab. 3.3.1: Valeurs indicatives du changement de la consistance et de la résistance par un changement de la teneur en eau.




Mesure de l’indice de serrage:
  • contrôler que les ustensiles et équipements respectent les exigences de la norme
  • humidifier les faces internes du récipient et le poser sur un support plat et stable
  • introduire le béton dans le récipient au moyen d’une truelle, en le plaçant alternativement sur les quatre bords du récipient
  • éliminer le béton en excès avec un mouvement de sciage de la règle d’arasement (tout en évitant de compacter le béton)
  • compacter le béton avec une aiguille vibrante jusqu’à ce qu’on ne puisse plus déceler de réduction de volume
  • mesurer au milieu de chacun des côtés du récipient l’abaissement s1 à s4 au millimètre près et en faire la moyenne s
  • calculer l’indice de serrage à partir de la valeur moyenne selon l’équation 3.3.2. Le résultat est exprimé à deux décimales près

Indice de serrage:
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Eq. 3.3.2


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Fig. 3.3.2: Mesure de l’indice de serrage selon Walz selon la norme SN EN 12350-4.

Mesure de l’affaissement:
  • contrôler que les ustensiles et équipements respectent les exigences de la norme
  • humidifier la face interne du moule conique et le plateau de base introduire le béton frais en trois couches d’une hauteur égale, sans déplacer le moule
  • compacter chaque couche 25 fois avec la tige de piquage, en observant les prescriptions normatives pour le compactage
  • pour le remplissage et le piquage de la couche supérieure, remplir en excès le moule avant de commencer le piquage
  • araser le béton au niveau du bord supérieur du moule en effectuant un mouvement de sciage et de roulage à l’aide de la tige de piquage et nettoyer le plateau de base
  • soulever verticalement le moule avec précaution (sans rotation) en 2 à 5 secondes. L’ensemble des opérations, depuis le début du remplissage jusqu’à l’enlèvement du moule, doit être réalisé sans interruption et terminé en moins de 150 secondes
  • mesurer l’affaissement (h) à 10 mm près


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Fig. 3.3.3: Mesure de l’affaissement (Slump) selon la norme SN EN 12350-2.

Evolution de la consistance au cours du temps

Dès la fin du malaxage, le béton commence lentement à se raidir, ce qui conduit à une perte de son ouvrabilité (fig. 3.3.4). La durée d’ouvrabilité est influencée de manière significative par la composition du béton et les conditions climatiques. De ce fait, on tient compte de la durée de transport du béton en prenant une marge de consistance suffisante lors de la confection du béton. Il est ainsi possible de garantir la consistance convenue lors de la mise en place. En règle générale, on admet pour des bétons courants avec des fluidifiants à base de PCE et ayant une température de béton frais de 20° C une réduction de l’étalement de 10–15 mm par 10 minutes. Les bétons raidissent plus vite lorsque les températures du béton frais sont élevées, lors de l’utilisation de ciments à prise rapide ou en présence de faibles teneurs en eau. Immédiatement après le malaxage, l’étalement d’un béton courant descend d’une classe de consistance plus basse pour une température de béton frais de 30° C en comparaison à un béton identique, mais pour une température de béton frais de 20° C.


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Fig. 3.3.4: Evolution au cours du temps de la consistance (abscisse gauche: étalement, abscisse droite: indice de serrage) après le gâchage du béton à une température de béton frais de 20° C. La zone rouge représente les fluidifiants à base de PCE, la zone grise les fluidifiants à base de naphtalène et de mélamine.



3.3.2 Masse volumique du béton frais

La masse volumique du béton frais peut être contrôlée à partir de la masse volumique théorique résultant du calcul de la formulation du béton. La comparaison de la masse volumique du béton frais théorique et celle mesurée permet d’obtenir des renseignements sur le degré de compactage et la composition du béton. La méthode de mesure de la masse volumique du béton frais est définie dans la norme SN EN 12350-6.

S’il est prévu de déterminer en plus de la masse volumique du béton frais sa teneur en air selon SN EN 12350-7, les deux valeurs seront déterminées sur le même échantillon.

Masse volumique du béton frais:
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Eq. 3.3.3

Mesure de la masse volumique:
  • humidifier légèrement la face interne du récipient nommé «pot à air» sur le chantier avec une éponge avant le remplissage
  • peser le pot à air avec une précision de moins de 10 g (m1)
  • poser le pot à air sur un support horizontal et verser le béton frais avec une main-écope
  • le compactage est normalement réalisé avec une aiguille vibrante
  • remplissage complet du pot à air par du béton entièrement compacté, si nécessaire, en ajoutant un supplément de béton
  • lisser la surface avec la truelle et araser le béton au niveau du bord supérieur du pot à air à l’aide d’une règle métallique
  • Remarque: il est possible d’utiliser une rehausse qui sera enlevée aussitôt après le compactage. Dans ce cas, la couche de béton superflue (au max. 1 cm d’épaisseur) sera éliminée au moyen de la règle d’arasement et la surface sera aplanie et lissée à la truelle.
  • nettoyer avec une éponge le bord et la face externe du pot à air
  • peser le pot à air rempli (m2)
  • calculer la masse volumique du béton frais selon l’équation 3.3.3 à partir de la différence de masse (m2 – m1) et du volume connu du pot à air (V)


3.3.3 Teneur en air

Le béton frais contient toujours des pores d'air, même après un compactage minutieux. Un béton avec un diamètre maximal du granulat de 32 mm et une consistance plastique possède normalement 1 à 2 % vol. de pores (sans air entraîné). Pour du béton compacté et confectionné avec des granulats courants ou relativement denses, jusqu’à un diamètre maximal de 63 mm, la méthode de mesure de la teneur en air est décrite dans la norme SN EN 12350-7. Pour les bétons avec un granulat léger, on doit choisir une autre méthode de mesure. Pour les bétons autoplaçants, on renonce au compactage mais il est possible de tapoter légèrement avec un maillet contre la paroi extérieure du récipient afin d’évacuer l’air sans écoulement du béton. La méthode de compactage doit être indiquée dans le rapport d’essai.

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Fig. 3.3.5: Mesure de la teneur en air avec la méthode du manomètre selon la norme SN EN 12350-7.

Mesure de la teneur en air:
  • introduire le béton dans le pot à air et le compacter complètement (masse volumique du béton frais)
  • poser le couvercle et bien serrer l’ensemble, fermer la soupape principale et ouvrir les robinets latéraux
  • injecter de l’eau à l’aide d’une pissette par un des robinets jusqu’à ce qu’elle ressorte sans bulles d’air par l’autre robinet
  • fermer le «robinet de sortie» pendant que l’eau s’écoule
  • tapoter légèrement l’appareillage avec le maillet ou incliner légèrement l’appareillage jusqu’à expulsion de tout l’air occlus, ensuite fermer le «robinet d’entrée» tout en continuant à injecter de l’eau
  • pomper de l’air jusqu’à ce que l’aiguille du manomètre dépasse le niveau zéro
  • stabiliser l’aiguille du manomètre au point zéro en réduisant la pression à l’aide de la vis ou en augmentant la pression d’air.
  • tapoter légèrement le manomètre jusqu’à stabilisation (l’aiguille ne doit plus bouger)
  • ouvrir la soupape de mesure sans tapoter le manomètre, lire la teneur en air (LP) à une décimale près


Teneur en eau

Si la teneur en ciment et la masse volumique du béton frais sont connues, il est possible de déterminer le rapport E/C à l’aide de la teneur en eau d’un échantillon de béton frais. La méthode de mesure de la teneur en eau du béton frais est décrite dans la norme SIA 262/1, annexe H. La réalisation de l’essai par séchage du béton dure environ 30 minutes.

Détermination de la teneur en eau:
  • peser et tarer la plaque résistante au feu et la poêle de séchage (noter la tare) et mettre la balance à zéro
  • ajouter env. 10 kg (pour Dmax 32 mm) de béton frais et peser sa masse initiale (m0), précision de lecture de 1 g
  • installer la poêle de séchage sur le réchaud et noter l’heure de début de séchage (durée de séchage environ 20 minutes)
  • pendant le séchage, remuer de temps en temps le béton avec une pelle ou un autre ustensile de grattage, désagréger les grumeaux, détacher les encroûtements autour des granulats
  • lorsque l’échantillon parait sec, peser la poêle et noter la masse et l’heure de la pesée. Précision de lecture de 1 g. Répéter la pesée après environ 5 minutes de séchage supplémentaire jusqu’à ce que la perte de masse soit inférieure à 5 g / 5 min
  • à la dernière pesée, mesurer la masse de l’échantillon séché (mtr). Celle-ci est utilisée pour le calcul de la teneur en eau
  • calcul de la teneur en eau, arrondie à 2 décimales, à partir des valeurs de masse et de la masse volumique du béton frais ρ0 selon l’équation 3.3.4. La teneur en eau est indiquée avec une précision de 1 kg/m3
Teneur en eau:
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Eq. 3.3.4


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Fig. 3.3.6: Détermination de la teneur en eau par séchage du béton frais selon la norme SIA 262/1, annexe H.

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