Quelle est la composition du béton ?

Le béton est l’assemblage de plusieurs éléments, à savoir le ciment, le sable grossier, la pierre et l’eau. La quantité de ces matières premières dépend de la résistance que vous souhaitez atteindre et indiquée dans les plans de construction.

La résistance découlera également de l’emplacement où le béton sera utilisé : s’il s’agit de murs, de plafonds, de colonnes, de poutres, de fondations, etc.

Étant un élément à la fois résistant et durable, il répond parfaitement aux critères de performance. C’est ce qui explique son omniprésence dans la majorité des constructions. Découvrez dans cet article quels sont les différents constituants présents dans ce mélange.

Définition de la composition du béton

Le béton est un matériau composite essentiellement le résultat du mélange d’eau, de ciment, de pierre et de sable. En d’autres termes, c’est le résultat de différents constituants mélangés dans des proportions variées.

Quand le ciment est hydraté avec de l’eau, il forme une pâte résistante et soudée aux fragments d’agrégats : la pierre et le sable, et l’eau forment ensemble un bloc monolithique.

Quand vous préparez le béton, vous devez prêter une attention particulière en ce qui concerne la qualité et la quantité de l’eau à employer. En effet, cet élément est responsable de l’activation de la réaction chimique afin de transformer le ciment en une pâte d’agglomérat.

Au cas où sa quantité est trop faible, la réaction demandée ne se produit pas et si elle est largement supérieure à l’idéal, sa résistance diminue en fonction des pores qui se produiront une fois que cet excès va s’évaporer.

Les autres alternatives qui composent le béton

Comme il a été mentionné plus haut, le béton est un matériau composé de quatre matières premières de base. Toutefois, la proportion influence directement les caractéristiques du matériau. Il est très important d’avoir un contrôle sur les caractéristiques du béton. C’est pour cette raison que l’idée d’une trace a été développée récemment.

Par définition, la trace est la proportion de matériaux utilisés dans la préparation du béton dans les usines. Elle permet donc aux professionnels dans la construction de prévoir exactement la quantité de matériaux nécessaires pour obtenir le volume de béton donné avec des caractéristiques prédéterminées.

En outre, il existe plusieurs possibilités de combiner les quantités de matériaux composant le béton. Et plusieurs facteurs peuvent influencer la qualité du produit final, à savoir la façon dont les matériaux sont mélangés, les conditions climatiques, l’équipement utilisé, les dimensions des grains de sable et de gravier.

Il n’y a pas de règle pour choisir la meilleure composition, mais par contre de bonnes pratiques sont à adopter à cet égard. L’une des considérations à faire est la résistance du béton. L’autre bonne pratique consiste à prendre en compte toutes les caractéristiques de l’environnement où le béton armé sera mis en place.

Par ailleurs, pour les environnements ayant un excès d’agents agressifs comme les sels et les acides, ils ont besoin de matières premières plus préparées afin d’éviter les problèmes. Vous pouvez, par exemple, utiliser des ciments spéciaux. Ils interfèrent sur la résistance des matériaux. Par conséquent, la composition peut changer si vous décidez d’utiliser un ciment encore plus résistant.

Les composants du béton

De nos jours, le béton est un matériau omniprésent dans le monde de la construction ainsi que dans d’autres domaines comme l’art. Économique et facile à manipuler, cette matière répond parfaitement à de nombreux critères de performance. Sa durabilité et sa résistance font de lui un matériau incontournable dans le domaine de la construction.

Comme vous le savez, la composition du béton peut être variable pour qu’il puisse obtenir un béton répondant à des besoins spécifiques. En tout cas, les composants du béton peuvent être répartis comme suit :

• Le ciment

C’est un liant hydraulique par excellence qui fait prise et durci une fois qu’il entre en contact avec de l’eau. Après durcissement, il conserve une résistance et une stabilité même sous l’eau. Généralement, le ciment est composé d’argile et de calcaire.

Les étapes de fabrication du ciment

Les ciments sont principalement constitués de clinker. Cet ingrédient est obtenu à partir d’un mélange de calcaire (80 %) et d’argile (20 %). Pour ce faire, ces deux composants sont extraits de carrières, puis concassés et mélangés ensemble. Cette fusion crue est mise dans un four rotatif cylindrique de 60 à 90 cm de long, de 4 à 5 m de diamètre légèrement incliné. Il effectue environ 1 à 3 tours/minute.

Tout d’abord, la matière pénètre en amont du four où la décarbonatation s’achève. Elle progresse jusqu’à la zone de clinkerisation à 1450 ° C. Le temps de parcours est d’environ 1 h. Une fois sortie du four, la matière se refroidit. Sous l’effet de la chaleur, plusieurs réactions chimiques s’enchaînent. En effet, les constituants de l’argile vont se combiner à la chaux du calcaire afin de donner des silicates et des aluminates de calcium. Le clinker se présente sous forme de granules.

Le ciment Portland ou classique, par exemple, est obtenu par broyage très fin, c’est-à-dire dans un broyeur à boulets, du clinker additionné d’un peu de gypse afin de réguler le temps de prise. Par contre, les autres catégories résultent en ajoutant d’autres constituants comme le laitier granulé de haut fourneau, des cendres volantes de centrales thermiques, des fumées de silice ou des fillers calcaires.

La prise et durcissement du ciment

En général, les réactions physico-chimiques qui se produisent entre le ciment et l’eau sont complexes. Elles se poursuivent pendant plusieurs mois dès le début du gâchage. Ces réactions s’appellent des réactions d’hydratation. Une fois en présence de l’eau, tous les constituants du ciment donnent naissance à de nouveaux constituants hydratés.

Ces derniers apparaissent sous forme de microcristaux en aiguilles. Leurs développements et emmêlements engendrent la prise du ciment ainsi que son durcissement progressif. Le ciment durci est une roche artificielle qui évolue à travers le temps. D’ailleurs, le dosage du béton en kilogramme de ciment influe sur la résistance de l’ouvrage.

Les différentes catégories de ciments

• Le ciment Portland : CEM I

Il contient au moins 95 % de clinker et au plus 5 % de constituants secondaires. Il est adapté à la conception de béton armé ou précontraint étant donné qu’il offre une résistance assez élevée.

• Le ciment Portland composé : CEM II A ou B

Il contient au moins 65 % de clinker et au plus 35 % d’autres constituants : laitier de haut fourneau, fumée de silice, pouzzolane, cendres volantes, calcaires, constituants secondaires.

Sa maniabilité est l’un de ses points forts. Vous pouvez donc l’utiliser dans les travaux d’usage courant comme les enduits ou les chapes traditionnelles.

• Le ciment de haut fourneau : CEM III/B 32,5 N

Le CEM III/A ou B contient entre 36 et 80 % de laitier et 20 à 64 % de clinker. Par contre, le CEM III/C est composé d’au moins 81 % de laitier et 5 à 19 % de clinker. Tous les deux sont adaptés aux environnements difficiles. De plus, ils sont réputés pour être durables.

• Le ciment pouzzolanique : CEM IV/A ou B

Il contient 45 à 89 % de clinker et 11 à 55 % de pouzzolanes. Cette matière première est conseillée aux milieux plutôt agressifs. C’est l’élément idéal pour les structures hydrauliques. Malheureusement, ce ciment n’est pas présent en France.

• Le ciment composé : CEM V/A ou B

Il contient 20 à 64 % de clinker, 18 à 49 % de laitier et 18 à 49 % de cendres volantes ou de pouzzolanes. Il détient les propriétés physiques identiques au CEM III, mais avec des constituants différents.

Pour certains ouvrages, l’usage de ciments spécifiques est recommandé pour que ces derniers soient durables dans le temps. C’est le cas des ciments pour travaux à la mer (PM), les ciments pour travaux en eau à haute teneur en sulfates (ES ou SR). En outre, il existe aussi d’autres sortes de ciment spéciales, à savoir le ciment prompt naturel et le ciment alumineux fondu.

Un produit indispensable dans la construction

Comme vous pouvez le voir, le ciment est un matériau pulvérisé lorsqu’il est combiné à de l’eau. Il forme une pâte capable de durcir sous l’air et l’eau. Dans le domaine de la construction, le ciment est un produit indispensable, car il sert à créer les murs, mais aussi pour la réalisation complète des bâtiments, des ponts et des œuvres monumentales.

De plus, il est nécessaire dans l’élaboration du béton avec lequel les planchers, les blocs, les murs les briques et autres types de structures sont fabriqués et tout ce qui en fait partie. Malgré le fait qu’il soit utile dans de nombreux secteurs, son application est très différente et dépend de chaque type de travail.

Il existe divers types de techniques qui sont employées et mises en œuvre pour que le travail soit exécuté comme il se doit. Dans la construction, aucune erreur n’est tolérée, car cela mettrait en danger l’ensemble du travail. Si la structure tombe, celle-ci engendre de gros dégâts, souvent mortels.

L’eau de gâchage

C’est l’eau ajoutée au béton lors du malaxage. Elle représente une grande partie de l’eau contenue dans le béton tandis que l’autre partie est apportée par les adjuvants et les granulats. L’eau joue deux rôles essentiels pour l’élaboration du béton.

Pour commencer, elle participe à l’ouvrabilité du béton frais en lui procurant une fluidité satisfaisante pour la mise en place. Grâce à son action lubrifiante sur les grains, la pâte devient homogène.

Cependant, vous ne devez pas en abuser, car un excès de liquide peut diminuer les résistances ainsi que la durabilité du béton. Par la suite, l’eau de gâchage assure l’hydratation du ciment et donc le développement des résistances mécaniques du béton. Ses capacités de liant se libèrent en le rendant plus facile à appliquer.

Faites tout de même attention, car l’eau doit être toujours propre et ne pas contenir d’impuretés comme les matières organiques, les résidus d’huiles, des acides, des sels, de la boue ou autres substances nocives.

Les différents types d’eau pour gâcher le béton

L’eau de gâchage doit être conforme aux dispositions générales énoncées par la norme européenne NF EN 1008 :

– L’eau potable ou eau du réseau

– L’eau naturelle des puits, rivières et étangs ou l’eau récupérée lors du processus de fabrication du béton peuvent être employées si leurs conformités répondent aux normes exigées.

– L’eau de mer est à éviter, surtout s’il s’agit de béton armé ou précontraint.

– Les eaux usées ne conviennent pas

Toutefois, les normes de qualité de l’eau varient d’un pays à un autre. Elles peuvent aussi varier en fonction du type de ciment que vous désirez mélanger.

Les granulats

D’origine naturelle ou artificielle, les granulats ou agrégats sont des grains minéraux inertes de dimensions variables. C’est l’un des composants principaux du béton. Ces grains minéraux sont appelés sablon, sable, gravillon, ballast en fonction de leurs dimensions. En général, dans les bétons courants, ces dimensions se trouvent entre 0.063 et 25 mm.

• Le rôle des granulats dans le béton

Ils lui donnent ses caractéristiques esthétiques et techniques ainsi que sa résistance. Lorsque vous choisissez cet élément, il ne doit pas être fait à la légère, car il aura directement des conséquences sur la durabilité du béton.

En d’autres termes, c’est la matière qui constitue la phase dominante du béton en formant son ossature ou son squelette. Les granulats occupent environ 60 à 70 % du volume du béton.

Par ailleurs, le dosage des différentes fractions granulaires et leurs sélections auront aussi une grande influence sur la qualité et les performances du béton qu’il soit à l’état frais ou à l’état durci. De plus, vous n’arriverez jamais à réaliser un béton solide et durable en utilisant des granulats médiocres.

Les origines des granulats

Les granulats peuvent avoir différentes origines : naturelle, artificielle, concassés ou tout simplement provenir du recyclage. Vous distinguez quatre catégories de granulats, à savoir :

• Les granulats courants

Ce sont les granulats de roches meubles ou alluvionnaires : gravillon et sable de rivière ou sables de dunes et granulats de mer. Ils peuvent être roulés, semi-concassés ou concassés.

Par contre, les granulats de roches dures, issues de roches massives sont : les granulats calcaires, éruptifs/magmatiques (granite, basalte, gabbro, etc.) ou métamorphiques (quartzite, marbre, amphibolique, etc.). Ces pierres sont extraites directement dans les carrières en utilisant des explosifs. Ensuite, elles sont criblées et concassées.

• Les granulats légers

Ces derniers sont définis par une masse volumique bien précise (< 2 t/m3). Ils sont généralement utilisés pour réaliser des bétons légers. D’ailleurs, ils peuvent être d’origine naturelle comme la pierre ponce, bois, liège, pouzzolanes, ou artificielle telle que l’argile expansée, schiste expansé, laitier expansé, perlite, polystyrène expansé, etc.

• Les granulats lourds

Les granulats lourds ont une masse volumique > 3 t/m3. Comme son nom l’indique, ils sont utilisés pour concevoir des bétons lourds utilisés dans la construction d’ouvrage nécessitant une protection contre les rayonnements ionisants. Ils peuvent avoir différentes origines : naturelle (hématite, magnétite, barytine) ou issus de sous-produits industriels (riblons, grenailles de fonte, etc.).

• Les granulats recyclés

Ce type de matière première est obtenu aussi bien par traitement, par concassage ou encore par criblage, de matériaux minéraux utilisés auparavant dans une construction démolie. Traditionnellement, les granulats recyclés sont employés afin de réaliser les couches des chaussées ou des remblais. Mais, ils peuvent également être utilisés pour confectionner du béton.

La désignation des granulats

La désignation des granulats suit leurs classes granulaires. Elle est exprimée par la formule d/D dont (d) exprime le diamètre le plus petit du granulat et le (D) désigne le diamètre le plus grand du granulat.

Types	Dimensions	Caractéristiques
Fillers	0/D	D<2 mm
Sables	0/D	D≤ 4mm
Graves	0/D	D≥6,3 mm
Gravillons	d/D	d≥2 mm et D≤125 mm
Ballasts	d/D	d=25mm et D=50 ou 63 mm

L’utilisation des granulats

Les granulats sont utilisés dans la majorité des travaux de génie civil dont certaines des applications peuvent être : la construction de filtres dans les drains, les charges en général les filtres pour la rétention des particules solides d’eau, la préparation de béton hydraulique, le traitement hydraulique du mortier, la construction de bases et des sous-couches des routes sans oublier les finitions en général, la protection et la décoration des toits, les ballasts sur les chemins de fer, etc.

De plus en plus utilisés dans la construction, les adjuvants sont des additifs chimiques rajoutés au moment du malaxage du béton. Faiblement dosé, à moins de 5 % de la masse du béton, ce produit sert à modifier les propriétés de base en ajoutant des propriétés qu’il n’a pas à lui seul.

Ainsi, vous obtiendrez un mélange plus adapté au projet que vous désirez entreprendre. Les adjuvants améliorent le temps de prise ainsi que l’étanchéité du béton à l’état frais et/ou à l’état durci.

Les adjuvants

• Les différents adjuvants

Nature	Effets
Prise et durcissement	Accélérateur de prise : diminue le temps de prise du béton. Accélérateur de durcissement : améliore le temps de durcissement du béton. Retardateur de prise : ralentit le temps de prise du béton sans l’altérer
Ouvrabilité du béton	Plastifiant : améliore la maniabilité du béton. Plastifiant réducteur d’eau : réduit considérablement la teneur en eau afin d’augmenter la résistance du mélange tout en gardant une meilleure maniabilité. Superplastifiant : – La fonction fluidifiant améliore la maniabilité, mais diminue la résistance – La fonction réductrice engendre une forte réduction en eau dans le mélange tout en conservant sa bonne maniabilité
Modification de propriétés	Entraîneur d’air : permets de former les petites bulles d’air réparties d’une manière homogène afin d’augmenter la maniabilité et la résistance au gel à l’état solide. Hydrofuge de masse : améliore l’imperméabilité du béton tout en bouchant les pores. Les pigments : offrent une possibilité de modifier la couleur originale du béton
Les produits de cure	Ce sont les produits appliqués à la surface du béton lorsqu’il est encore frais. Ils servent à protéger le béton contre les éventuels risques de déshydratation.

Les ajouts

Le laitier de haut fourneau, la fumée de silice, les pouzzolanes naturelles, le calcaire ainsi que les cendres volantes sont les principaux ajouts utilisés lors de la fabrication des ciments classiques.

N’importe laquelle de ces matières peut être utilisée en complément du béton, mais la situation n’est pas identique. L’industrie du ciment utilise les nouvelles technologies raffinées et effectue un contrôle exhaustif de toutes les matières premières.

Les additions

Les additions se caractérisent par leurs caractéristiques hydrauliques et finement broyées. Si vous souhaitez améliorer les propriétés du béton ou lui donner des aspects particuliers, optez pour ces types de produits.

Comment exécuter le dosage précis du béton ?

Pour préparer le béton, vous devez partir du dosage du mélange entre l’eau, le ciment, le sable et le gravier. Une fois réunis, ces ingrédients forment un mélange pâteux qui agit comme un liant. Ils sont liés par les éléments contenus dans ce mélange. Toutefois, leurs dosages doivent être parfaitement équilibrés.

Comme vous le savez, l’excès ou le manque d’eau ou de ciment modifie directement la consistance souhaitée. Les résultats attendus ne seront pas satisfaisants. Pour déterminer la quantité de chaque élément, il faut d’abord considérer où le béton sera utilisé. En d’autres termes, vous devez savoir quelle sera la construction à réaliser avec cette matière ?

De cette manière, pour 1 mètre cube de béton, le dosage recommandé dépendra de la nature du béton et se fait comme dans ce tableau ci-dessous :

	Dallage béton	Béton armé	Béton de fondation
Granulat	1100 kg	980 kg	1050 kg
Sable	830 kg	720 kg	800 kg
Eau de gâchage	155 L	195 L	175 L
Ciment	300 kg	400 kg	350 kg

Les spécificités du mortier par rapport au béton

Béton et mortier sont des termes très courants en maçonnerie. Or, ils ont des usages tout à fait différents.

• Le mortier

C’est un matériau de liaison composé d’un liant soit du ciment, soit de la chaux, de granulats comme le sable fin et d’eau, il n’est pas assez solide par rapport au béton. C’est pour cette raison qu’il sert juste à maintenir les blocs de béton, les pierres pour les solidifier. Il sert également pour les enduits, faire de la colle, sceller les éléments ou créer des chapes.

Il y a deux types de mortiers en maçonnerie, à savoir :

– Le mortier de ciment qui offre une grande résistance et une prise rapide

– Le mortier de chaux qui est moins résistant et avec une prise moins rapide.