Études de cas pratique

EGC

Dimensionnement d’un Adjuvant (Superplastifiant)

Dimensionnement d'un Adjuvant (Superplastifiant) pour Béton Autoplaçant

Dimensionnement d'un Adjuvant (Superplastifiant) pour Béton Autoplaçant

Comprendre le Rôle des Superplastifiants dans les Bétons Autoplaçants (BAP)

Le béton autoplaçant (BAP), ou Self-Compacting Concrete (SCC) en anglais, est un type de béton très fluide qui se met en place et se consolide sous son propre poids, sans nécessiter de vibration. Cette haute ouvrabilité est obtenue principalement grâce à l'ajout d'un adjuvant spécifique : le superplastifiant (ou haut réducteur d'eau). Cet adjuvant agit en dispersant les particules de ciment, ce qui libère l'eau piégée dans les flocons de ciment et fluidifie le mélange sans avoir besoin d'augmenter la quantité d'eau totale. Le bon dosage du superplastifiant est donc crucial : un sous-dosage n'apportera pas la fluidité requise, tandis qu'un surdosage peut provoquer de la ségrégation (séparation des granulats et de la pâte de ciment) ou des retards de prise. Le dosage est généralement exprimé en pourcentage du poids de ciment.

Données de l'étude

On souhaite formuler \(1 \, \text{m}^3\) d'un béton autoplaçant pour atteindre une classe d'étalement SF2 (étalement au cône d'Abrams entre 660 et 750 mm). La formulation de base du béton (avant ajout de l'adjuvant) est la suivante :

Composition du béton pour \(1 \, \text{m}^3\) :

  • Ciment (CEM I 52,5 N) : \(400 \, \text{kg}\)
  • Sable 0/4 : \(850 \, \text{kg}\)
  • Gravier 4/10 : \(300 \, \text{kg}\)
  • Gravier 10/20 : \(550 \, \text{kg}\)
  • Eau totale : \(180 \, \text{litres}\) (soit 180 kg)

Caractéristiques du superplastifiant :

  • Type : Polycarboxylate
  • Dosage recommandé : 0.8% à 1.5% du poids de ciment
  • Masse volumique de l'adjuvant : \(1.08 \, \text{kg/litre}\)
  • Extrait sec (teneur en matière active) : 40% (le reste, 60%, est de l'eau)

On choisit d'utiliser un dosage de 1.2% du poids de ciment pour atteindre la classe SF2.

Schéma : Effet du Superplastifiant sur l'Étalement du Béton
Béton Ordinaire + Superplastifiant Béton Autoplaçant

Questions à traiter

  1. Calculer la masse de superplastifiant à ajouter pour \(1 \, \text{m}^3\) de béton.
  2. Calculer le volume de superplastifiant correspondant, en litres.
  3. Calculer la masse d'eau réellement apportée par le superplastifiant.
  4. Ajuster la quantité d'eau de gâchage initiale pour maintenir un rapport Eau/Ciment (E/C) constant, en tenant compte de l'eau apportée par l'adjuvant. Quelle est la nouvelle quantité d'eau à ajouter ?

Correction : Dimensionnement d'un Adjuvant pour BAP

Question 1 : Masse de Superplastifiant à Ajouter

Principe :

Le dosage de l'adjuvant est un pourcentage de la masse de ciment. Il faut donc calculer cette masse en se basant sur le dosage choisi (1.2%).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ M_{\text{adjuvant}} = \text{Dosage} \times M_{\text{ciment}} \]
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{adjuvant}} &= 1.2\% \times 400 \, \text{kg} \\ &= 0.012 \times 400 \, \text{kg} \\ &= 4.8 \, \text{kg} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Il faut ajouter \(4.8 \, \text{kg}\) de superplastifiant pour \(1 \, \text{m}^3\) de béton.

Question 2 : Volume de Superplastifiant Correspondant

Principe :

Le volume est obtenu en divisant la masse de l'adjuvant par sa masse volumique. Il est important de s'assurer que les unités sont cohérentes (kg et kg/litre pour obtenir un volume en litres).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ V_{\text{adjuvant}} = \frac{M_{\text{adjuvant}}}{\rho_{\text{adjuvant}}} \]
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{adjuvant}} &= \frac{4.8 \, \text{kg}}{1.08 \, \text{kg/litre}} \\ &\approx 4.44 \, \text{litres} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Le volume de superplastifiant à ajouter est d'environ \(4.44 \, \text{litres}\).

Question 3 : Masse d'Eau Apportée par le Superplastifiant

Principe :

L'adjuvant est une solution aqueuse. Sa fiche technique indique qu'il contient 40% de matière active (extrait sec) et donc 60% d'eau. Il faut calculer la masse d'eau contenue dans les \(4.8 \, \text{kg}\) d'adjuvant.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ M_{\text{eau, adjuvant}} = M_{\text{adjuvant}} \times (1 - \text{Extrait sec}) \]
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{eau, adjuvant}} &= 4.8 \, \text{kg} \times (1 - 0.40) \\ &= 4.8 \, \text{kg} \times 0.60 \\ &= 2.88 \, \text{kg} \end{aligned} \]

Cela correspond à un volume de 2.88 litres d'eau.

Résultat Question 3 : Le superplastifiant apporte \(2.88 \, \text{kg}\) (ou 2.88 litres) d'eau au mélange.

Question 4 : Ajustement de la Quantité d'Eau de Gâchage

Principe :

L'eau apportée par l'adjuvant participe à la fluidité du béton et doit être prise en compte dans le calcul du rapport E/C. Pour conserver la quantité d'eau totale de la formule initiale (180 litres), il faut soustraire l'eau apportée par l'adjuvant de la quantité d'eau à ajouter séparément (eau de gâchage).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ M_{\text{eau, ajustée}} = M_{\text{eau, totale}} - M_{\text{eau, adjuvant}} \]
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{eau, ajustée}} &= 180 \, \text{kg} - 2.88 \, \text{kg} \\ &= 177.12 \, \text{kg} \end{aligned} \]

Le volume d'eau à ajouter est donc de 177.12 litres.

Le rapport E/C final reste inchangé : \(E_{\text{total}} / C = (177.12 + 2.88) / 400 = 180 / 400 = 0.45\).

Résultat Question 4 : La nouvelle quantité d'eau de gâchage à ajouter est de \(177.12 \, \text{litres}\).

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Le dosage d'un superplastifiant est généralement exprimé en pourcentage :

2. Quel est le principal objectif de l'ajout d'un superplastifiant dans un BAP ?

3. Pourquoi est-il important d'ajuster la quantité d'eau de gâchage lorsqu'on ajoute un superplastifiant liquide ?

Glossaire

Béton Autoplaçant (BAP)
Béton à haute performance, très fluide, capable de se mettre en place dans les coffrages et d'enrober les armatures par le seul effet de son poids propre, sans nécessiter de moyen de vibration.
Superplastifiant
Adjuvant de la famille des hauts réducteurs d'eau. Il agit par dispersion électrostatique ou stérique des grains de ciment, ce qui augmente fortement l'ouvrabilité du béton ou permet de réduire la quantité d'eau de gâchage à ouvrabilité égale.
Étalement au cône d'Abrams (Slump-flow)
Essai utilisé pour mesurer la fluidité et la capacité d'étalement d'un béton autoplaçant. Le résultat est le diamètre final de la "galette" de béton après soulèvement du cône. La classe SF2 correspond à un étalement de 660 à 750 mm.
Rapport Eau/Ciment (E/C)
Rapport de la masse totale d'eau efficace à la masse de ciment dans une formulation de béton. C'est un paramètre fondamental qui régit la résistance et la durabilité du béton.
Extrait Sec
Pourcentage en masse de la matière active (non volatile) contenue dans un adjuvant liquide, le reste étant principalement de l'eau ou un autre solvant.
Dimensionnement d'un Adjuvant pour BAP - Exercice d'Application

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