REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOHAMED BOUDIAF - M’SILA Mémoire présenté pour l’obtention Du diplôme de Master Académique Par : Saidi Khadidja Intitulé Soutenu devant le jury composé de : Pr : Beddar Miloud Université de M’sila Président Dr : Maza Mekki Université de M’sila Rapporteur Pr : Naceri A/G Université de M’sila Co-Rapporteur Dr : Seddiki Ahmed Université de M’sila Examinateur Année universitaire : 2016 /2017 Etude d’un mortier au laitier granulé renforcé par des fibres de jute FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL N° : DOMAINE : SCIENCE ET TECHNIQUES FILIERE : Génie Civil OPTION : Matériaux Remerciement Au mon dieu le Clément et Miséricordieux Je remercie avant tout mon dieu C’est grâce à lui seul que j’ai peu achevé ce modeste travail. Je remercie ainsi : Pr. Naceri A/G et Dr. MAZA Meki Je remercie : Mr DAHMANI Bachir : ingénieur de laboratoire physique (Lafarge M’sila). Mr KHALIL Saadoune : Ingénieur Charge contrôle qualité (Lafarge M’sila). - Mon camarade : GUETNI Hadj Tarek Pour leurs aides jusqu'à l’aboutissement de ce travail. - Messieurs les membres de jury pour avoir accepté d'examiner ce mémoire. - Mes enseignants(es) du département de génie civil et les responsables du laboratoire - Touts les employés de CCR Lafarge (M’sila). - Tout les gens qui nous ont aidé de prés au de loin dans la réalisation de ce modeste travail. DEDICACE Je dédie ce modeste travail à A mon père et ma mère et tous ceux qui aiment Mes frères…… Mes amies…… Toutes mes connaissances. Sommaire Introduction générale ……………………………………………..........………………………... 1 Chapitre I : Caractéristique des matériaux I.1 - Introduction ………………………………………………………………………………… 3 I.2 - Le Mortier……………………………………………………………….................…..….... 3 I.2.1 - Généralité……………………………………………………….………..…………….. 3 I.2.2 - Le rôle d’utilisation de mortier…………………………………………..……….….… 3 I.2.3 - Les différents mortiers…………………………………...………………...…………... 4 I.2.4 - Caractéristique principale…………………………………………………...………….. 5 I.3 - Le ciment blanc…………………………...……………………………………………….... 5 I.3.1- Introduction……………………………………………………………………………... 5 I.3.2 - Blanchiment du clinker………………………………………………………...…...….. 6 I.3.3 - Performances et caractéristiques normalisées………………………………...……...… 7 I.3.3.1- Classe de résistance……………………………………………………………….. 7 I.4 - Les ajouts cimentaires……………………………………………………………...……….. 8 I.4.1- Définition………………………………………………………………..…...….……… 8 I.4.2 - Les Avantages d’utiliser les ajouts……………………………………...…………….... 9 I.5 - Le laitier de haut fourneau…………………………………………………..……….…..…. 9 I.5.1-Définition……………………………………………………………..….…………..….. 9 I.5.2 - Origine………………………………………………………………………………….. 9 I.5.3 - Caractéristiques du laitier…………………………………………………..…….…… 10 I.5.4 - Facteur influencent sur l’activité de laitier……………………………..……………... 11 I.5.4.1 - Influence de la vitesse de refroidissement sur l’activité du laitier……..……..… 11 I.5.4.2 - Influence du temps de stockage sur l’activité du laitier……………...…………. 11 I.5.4.3 - Influence de la finesse de mouture sur l’activité du laitier……………………... 11 I.5.5 -Types de laitier (propriétés et mode de fabrication)………………….……………….. 11 I.6- Les adjuvants…………………………………………………………….…………………. 12 I.7- Les fibres Végétales………………………………………………………………………... 12 I.7.1- Introduction…………………………………………..………………….…………..… 12 I.7.2- Les défirent types de fibres……………………………………..………….…..……… 13 I.7.3- La fibre de jute…………………………………………..……………….…………..... 14 I.7.3.1- Définition………………………………………………………….…..………… 14 I.8- Conclusion………………………………………………………...…………….…….……. 15 Chapitre II : Caractéristique des matériaux est méthode d’essais II.1- Introduction…………………………………………………………………….….………. 16 II.2 - Caractéristiques des matériaux utilisés et méthodes d’essais…………………..…….…. 16 II.2.1 - Sable d’oued (DJAMAA)………………………………………………..…….…... 16 II.2.1.1- Analyse physiques de sable utilisé………………………………….…..….…. 16 II.2.1.2 - Caractéristique chimique de sable utilisés……………………………………. 24 II.2.2-Ciment blanc…………………………………………………………………….....….. 25 II.2.2.1- Analyse physique du ciment ………………………………………….…….... 25 II.2.2.2 - Analyse chimique du ciment……………………………………………..…….. 33 II.2.2.3 - Analyse minéralogique du ciment ………………………………………….…. 33 II.2.3 - Essais sur mortier………...……………………………………….…………..…….....33 II.2.3.1 - Préparation des Fibres………………………………………….………….…… 33 II.2.3.2-Composition du Mortier Classique…………………..……………….…….….... 33 II.2.3.3-Malaxage du Mortier de Fibres ………………………...……………………….. 34 II.2.4 - Essais sur Le Laitier………………………………………………...………….…….. 37 II.2.4.1 - Analyses chimique du laitier…………………………………………………… 37 II.2.4.2 - Analyses minéralogique du laitier…………………………………….…..…… 37 II.2.5 - Essais sur Le Fibre de jute (fillase)……………………..………………….……….... 38 II.2.5.1 - Analyses physiques de la fibre de jute (fillase)……………………………...… 38 II.2.5.2 - Analyses chimiques de la fibre de jute (fillase)……………………………...… 38 II.2.6 - Essais sur Les adjuvants............................................................................................... 39 II.2.6.1- Les caractéristiques physiques et chimiques de super plastifiants …...………... 39 II.2.7- L’eau de gâchage……………………………………………………………………... 39 II.3 – Conclusion……………………………………………………………………………..…. 40 Chapitre III : Résultats et discussions III.1- Introduction………………………………………………………………………….....… 41 III.2 - Détermination de la composition du mortier avec fibre……………………………...….. 41 III.3 - Essais et procédures…………………………………………………………………..….. 42 III.3.1- Détermination de la fluidité……………………………………………………….…. 42 III.3.2 - Détermination de la masse volumique du mortier…………………………….….…. 42 III.3.2.1 - masse volumique de mortier sans fibre………………………………...……... 43 III.3.2.2 - masse volumique de mortier avec fibre……………………………………….. 43 III.3.2.3 - masse volumique de mortier témoin CPJ …………………………………..… 44 III.3.3 - Détermination de la résistance de mortier…………………………………………... 44 III.3.3.1- Résistance mécanique de mortier sans fibre…………………………………… 45 III.3.3.2 - Résistance mécanique de mortier avec fibre………………………..……...…. 45 III.3.3.3 - Résistance mécanique de mortier témoin CPJ ……….………………...…..…. 46 III.4 - Discutions des résultats……………………………………………………….…..…..…. 47 III.4.1 – Fluidité……………………………………………………………………...…….… 47 III.4.2 - Masse volumique de mortier……………………………………………..……….… 47 III.4.2.1 - Influence de la langueur de fibres sur la masse volumique de mortier……….. 47 III.4.2.2 - Influence de laitier sur la masse volumique de mortier avec et sans fibre….… 47 III.4.2.3 - Influence de l’adjuvant sur la masse volumique de mortier avec et sans fibre...48 III.4.3 - Résistance mécanique…………………………………………………………….…. 48 III.4.3.1 - Résistance à la compression………………………………………………....... 48 III.4.3.2 - Résistance à la Flexion…………………………………………………...…… 51 III.5 - Conclusion………………………………………………………………………...……... 53 Liste des tableaux № Tableau Intitulé № page 1er Chapitre Tableau I.1 Composition Chimique du Clinker Blanc et Gris calcine 06 Tableau I.2 Classes de résistance des ciments courants 08 Tableau I.3 Récapitulatif des avantages des ajouts cimentaires 09 Tableau I.4 Composition chimique type de laitiers de haut fourneau 10 2eme Chapitre Tableau II.1 Masse volumique absolue du sable d’oued Djamaa 17 Tableau II .2 Masse volumique apparente du sable d’oued Djamaa à l’état lâche 17 Tableau II .3 Masse volumique apparente du sable d’oued Djamaa à l’état compact 18 Tableau II.4 La porosité, la compacité et l’indice de vide Pour le sable d’oued Djamaa 19 Tableau II.5 Les valeurs d’équivalent de sable indiquent la nature et qualité du sable. Appareillage pour l'essai d'équivalent de sable 21 Tableau II.6 Degré d'absorption du sable d’oued Djamaa 22 Tableau II.7 Teneur en eau du sable de d’oued Djamaa 22 Tableau II.8 Analyse granulométrique du sable d’oued Djamaa 24 Tableau II.9 Principaux constituants chimiques du sable d’oued Djamaa ( Lafarge holcim M’sila ) 25 Tableau II.10 Principaux constituants minéralogiques du sable d’oued Djamaa ( Lafarge holcim M’sila ) 25 Tableau II.11 Masse volumique absolue des ciments 26 Tableau II.12 Propriétés physiques des ciments préparés (SSB) 28 Tableau II.13 Propriétés physiques des ciments préparés (consistance normale). 30 Tableau II.14 Propriétés physiques des ciments préparés (début et fin de prise). 31 Tableau II.15 Propriétés physiques des ciments préparés (Expansion). 32 Tableau II.16 Principaux constituants chimique du clinker ( Lafargeholcim M’sila) 34 Tableau II.17 Principaux constituants minéralogiques du clinker (Lafargeholcim M’sila) 34 Tableau II.18 Principaux constituants chimiques du laitier (Lafargeholcim M’sila) 39 Tableau II.19 Principaux constituants minéralogiques du laitier (Lafargeholcim M’sila) 39 Tableau II.20 Caractéristiques physiques de la fibre de jute a l’état naturel 40 Tableau II.21 Composition chimiques de la fibre de jute a l’état naturel, pourcentage en poids 40 Tableau II.22 Les caractéristiques du super-plastifiant utilisé. 40 3eme Chapitre Tableau III.1 Composition de mortier témoin 41 Tableau III.2 Composition de mortier avec fibre L = 5cm 41 Tableau III.3 Composition de mortier avec fibre L = 10cm 41 Tableau III.4 Composition de mortier sans fibre L = 0cm 42 Tableau III.5 Masse volumique de mortier sans fibre. 43 Tableau III.6 Masse volumique de mortier avec fibre de langueur L=5cm. 43 Tableau III.7 Masse volumique de mortier avec fibre de langueur L=10cm. 43 Tableau III .8 Masse volumique de mortier témoin. 44 Tableau III .9 Résistance mécanique sans fibre L= 0cm. 45 Tableau III .10 Résistance mécanique avec fibre L=5cm 45 Tableau III .11 Résistance mécanique avec fibre L=10cm. 46 Tableau III .12 Résistance mécanique de mortier CPJ témoin. 46 Liste des Figures № Tableau Intitulé № page 1er Chapitre Figure I.1 Les ajouts cimentaire de droit à gauche cendre volante (type C), metakaoline, fumée de silice, cendre volante (type F), laitier, sèche calcine 08 Organigramme 1.1 Les différents types de fibres 13 Figure I.2 Laitier haut fourneau chloré (cimenterie M’sila) 09 Figure I.3 la plante de jute 14 Figure I.4 Défibrage manuel de tiges de jute (filasse) 14 Figure I.5 Fibres de jute 15 2eme Chapitre Figure II.1 Agitateur mécanique 20 Figure II.2 Mesurée de L’équivalent de sable. 20 Figure II.3 Courbe granulométrique de sable d’oued Djamaa. 24 Figure II.4 Le Chate lier Flaks 26 Figure II.5 Perméabilimètre de Blaine 27 Figure II.6 Appareil de Vicat manuel. 29 Figure II.7 Appareil de Pr isomètre Vicat automatique. 30 Figure II.8 Les Aiguillé de chate lier 32 Figure II.9 La bouilloire de Chate lier. 32 Figure II.10 Préparation de mortier avec de fibre. 34 Figure II.11 Appareil de choc 35 Figure II.12 Enlèvement de l’excès de mortier 35 Figure II.13 Armoire humide 36 Figure II.14 Démoulage des éprouvettes 36 Figure II.15 Conservation des éprouvettes dans l’eau 36 Figure II.16 Appareil de compression et de flexion 37 Figure II.17 Composition minéralogique de laitier (Lafarge holcim M’sila) 38 Figure II.18 Distillateur ( Lafargeholcim laboratoire ) 40 3eme Chapitre Figure III.1 Flexion de mortier 4x4x16 44 Figure III.2 Compression de mortier 4x4x16 44 Figure III.3 Effet de la longueur des fibres sur là de la masse volumique 47 Figure III.4 Variation de la masse volumique en fonction d’ajout de laitier 47 Figure III.5 Variation de la masse volumique en fonction différent pourcentage d’adjuvant 48 Figure III.6 Effet du laitier sur la résistance à la compression 48 Figure III.7 Variation de la résistance à la compression en fonction pourcentage l’adjuvant 49 Figure III.8 Variation de la résistance à la compression en fonction les langurs de fibre 50 Figure III.9 Variation de la résistance à la compression dans le temps 50 Figure III.10 Effet de la longueur de fibre sur la résistance à la flexion 51 Figure III.11 Variation la résistance à la flexion en fonction du % d’adjuvant 51 Figure III.12 Variation la résistance à la flexion en fonction là % laitier 52 Figure III.13 Comportement de la résistance en flexion dans le temps 50 ملخصال ٌ ٌؤدي دٔرا ْبيب فً حم انًشبكم انجٍئٍخ انًزصهخ ثإعبدح رصٍُع ٔاسزغلال انكزهةخ انيٌٍٕةخض نةًٍ فئةخ أ ٌزعٍٍ عهى يجبل انجُبء ض إَٔاع يخزهفخ يٍ انُفبٌبد ٔيخهفبد يُزجبد انشراعةخ دةذ اسةزخذيذ ثبنفعةمض فيةب فةً يةكم شٌئةبدض كبسةزجذال الإسًُزٍخانًٕاد . شئً نهًكَٕبد انًعذٍَخض أٔ فً يكم أنٍبف نهزذعٍى أٔكهً ثةطوٕال انجغهةًرةى اسةزخذاو انجةٕد يةع هةٍ انجغهةًضانذراسخ رطزدُب لإيكبٍَخ اسةزخذاو أنٍةبف انجةٕد كعُصةز رةذعٍى ْذِفً ثُسةت يخزهفةخ يةٍ ا ةم ٔفنبفبدييسُبد فنبفخيع أنٍبفضٌيزٕي عهى انًز عً لا الإسًُزًانًزكت سىض01ٔسى 5 يخزهفخ .انًٍكبٍَكً الأداء اَخفبنةب فةً الأداء الا زجةبراد انًٍكبٍَكٍةخ ررٓةز فٕ ةذَب أٌ ضانًكَٕةبديةٍ انزجةبرة نذراسةخ حبنةخ ثإ زاء يجًٕعةخنقذ دًُب .وٕل الأنٍبف كم يب دًُب فً سٌبدحانًٍكبٍَكً كبٌ الأداء انًٍكبٍَكً أفضم.كهًب أصغزانُزبئج َسزُزج اَّ كهًب كبٌ وٕل الأنٍبف ْذِٔيٍ انًٍكبٍَكٍخ.انًقبٔيخ -انٍبف انجٕد -انًهذَبد -انبفبد اسًُزٍخ -الاسًُذ الاثٍض -انًلاو انًفزبحٍخ:انكهًبد Résumé Le domaine de la construction doit jouer un rôle important dans la résolution des problèmes environnementaux liés au recyclage et l’exploitation de la biomasse. Dans la catégorie des matériaux cimentaires, différents types de déchets et coproduits issus de l’agriculture ont déjà été utilisés, soit sous forme de particules, en remplacement total ou partiel des granulats minéraux, soit sous forme de fibres pour renforcement. Dans cette étude, nous avons étudié la possibilité de l'utilisation de fibres de jute que le renforcement de mortier, a été jute utilisé avec un mélange de différentes longueurs de 5 cm et 10 cm, le composé de référence ne contient pas de fibres b, avec l'ajout de modifications et additions dans des proportions différentes pour les performances mécaniques. Nous avons effectué une série d'expériences pour étudier le cas des compositions, nous avons constaté que les essais mécaniques diminuent dans le tout spectacle de performances mécaniques, nous devons augmenter la longueur de la fibre. A partir de ces résultats, nous concluons que plus de fibres une longueur inférieure de la performance plus mécanique mieux. Mots-clés : mortier - ciment blanc - additifs béton - plastifiants - fibres de jute - résistance mécanique. Abstract Construction field has to play an important role in resolving environ problems related to recycling and exploitation of the biomass. In the category of cementations materials, various types of wasters and byproducts derived from agriculture have already been used, either as particles, in total or partial replacement of mineral aggregates, or as fibers for reinforcement. In this study we explored the possibility of using jute fibers as reinforcement mortar, was jute used with a mixture of different lengths of 5 cm and 10 cm, the reference compound does not contain fibers, with the addition of modifications and additions in different proportions for mechanical performance. We have conducted a series of experiments to study the condition of composition, and we found that mechanical tests show a decrease in mechanical performance all we have to increase the length of fiber. From these results, we conclude that more fibers a lower length of mechanical performance better. Key words: Mortar - White cement - Cement additives - Plasticizers - Jute fibers - Mechanical resistance. 1 INTRODUCTION GENERALE Les déchets de déférentes sources sont à l’origine de divers problèmes environnementaux liés à leur stockage et leurs quantités croissantes. Par ailleurs, les matériaux de construction traditionnels d’origine naturelle sont confrontés, à terme, a l’épuisement. Il est donc important de penses à l’élaboration de matériaux composites à agrégats artificiels et agricoles. Ce type de matériaux répond aux exigences économiques et environnementales. Dans le secteur de bâtiment, l’exploitation et la valorisation des déchets industriels ainsi que des coproduits agricoles ont donné lieu à un certain nombre de travaux de recherche sur de nouveaux matériaux composites [1-3]. La caractérisation mécanique de composites incorporant des matières renouvelables tels que les coproduits issus de l’exploitation agricole (lin, chanvre, coco, jute, palmier……) en qualité d’agrégats, sous forme de particules, ou de fibres, dans une matrice cimentaire de mortier ou de béton a fait l’objet de nombreuses publications [4-6]. Cette valorisation des agro ressources constitue une solution d’un grand intérêt par rapport à leur élimination par brulage sur place. De plus, ces composites sont caractérisés par une densité relativement faible par rapport aux matériaux traditionnels et présentent plusieurs intérêts d’applications potentielles, telles que l’isolation thermique ou l’isolation acoustique. En revanche, ils peuvent présenter une certaine sensibilité à l’eau et une instabilité dimensionnelle tels que le retrait et le gonflement en service ou en présence d’un environnement humide [7]. Ainsi, pour améliorer les performances de composites renforcés par des fibres végétales, plusieurs approches ont été étudiées y compris l’imprégnation des fibres ou particules avec un agent MEDAFLOW 30 [8]. Néanmoins, l’incorporation de résidus issus du végétal dans une matrice cimentaire nécessite dans certains cas un traitement chimique ou physique et parfois les deux. L’incompatibilité entre les deux matériaux se manifeste Par un ralentissement de la fraction végétale. La partie lignocellulosique présente, en effet , un pouvoir inhibiteur vis-à-vis des réactions d’hydrataion du ciment, par réduction, ce engendre un retard de prise. Ce phénoméne freine le développement des propriétés mécaniques du composite. C’est porquoi, l’incorporation de étal dans bétons ou des mortiers de ciment est limitée [9 -10]. 2 On a cherché depuis longtemps à renforcer les matériaux de construction fragiles à l’aide de fibres de différentes natures, Citons par exemple, les briques en terres armées de pailles, le mortier de chaux armé de poils d’animaux, le plâtre armé de fillasse, le ciment renforcé de fibres d’amiantes, etc. En rappelant que l’état fragile des matériaux correspond à une faible résistance à la traction, une faible énergie de rupture ou une faible plasticité en compression ou en traction. Des fibres de toute nature ont été expérimentées dans le renforcement des matériaux. Les plus répondues sont : l’amiante, le verre, l’acier, le plastique (nylon et polypropylène), le carbone, et les fibres végétales. Notre étude s’intéresse à l’étude de la durabilité des fibres de jute dans les matrices cimentaires. Pour cela nous avons confectionné des mortiers renforcés de fibres végétales de filasse, Nous exposons, ultérieurement en détail, les différents types de fibres notamment les fibres végétales utilisées dans la construction et dans les domaines pratiques. Dans un premier temps, et pour bien positionner le cadre scientifique de la recherche, nous allons commencer par donner la définition d’un matériau composite. Objectif : L'objectif principal de ce travail d'étudier l'utilisation de fibres de jute et comment renforcer les performances mécaniques, et la pièce en ajoutant différents pourcentages de laitier et plastifiée et cette proposition sera comme alternative aux fibres synthétiques et de l'acier. Grâce à cette étude, nous avons plusieurs contre différentes combinaisons d'échantillons, leur performance a été évaluée en réalisant une étude pilote pour tester les propriétés des matériaux composites et l'étendue de son impact sur la résistance mécanique, la densité et à la flexion. Structure du mémoire : Notre mémoire est structuré en une introduction générale, trois chapitres et une conclusion générale, Introduction générale. 1 ére chapitre : Etude bibliographique. 2 éme chapitre : Caractéristiques des matériaux utilisés et méthode d’essais. 3 éme chapitre : Résultats et discutions. Conclusion générale. Chapitre I Généralité sur les matériaux 3 I.1- Introduction : Le présent chapitre est une étude bibliographique des travaux de recherche sur et l'entrée des matériaux oust utilisés dans cette proposition de projet pour l'étude et la recherche. I.2 - Le Mortier I.2.1 – Généralité : Le mortier est obtenu par le mélange d’un liant (chaux ou ciment), de sable, d’eau et éventuellement d’additions. Des compositions multiples de mortier peuvent être obtenues en jouant sur les différents paramètres : liant (type et dosage), adjuvants et ajouts, dosage en eau. En ce qui concerne le liant, tous les ciments et les chaux sont utilisables, leur choix et le dosage sont fonction de l’ouvrage à réaliser et de son environnement [11]. La durée de malaxage doit être optimum, afin d’obtenir un mélange homogène et régulier. Les mortiers peuvent être : ✓ Préparés sur le chantier en dosant et en mélangeant les différents constituants y compris les adjuvants. ✓ Préparés sur le chantier à partir de mortiers industriels secs préposés et avant l’utilisation, il suffit d’ajouter la quantité d’eau nécessaire. ✓ livrés par une centrale : ce sont des mortiers prêts à l’emploi. Les mortiers industriels se sont beaucoup développés ces dernières années, permettant d’éviter le stockage et le mélange des constituants sur des chantiers [11]. I.2.2 - Le rôle d’utilisation de mortier : La pâte plastique obtenue peut jouer plusieurs rôles essentiels [11] : ✓ Assurer la liaison, la cohésion des éléments de maçonnerie entre eux, c'est-à-dire la solidité de l'ouvrage, le rendre monolithique. ✓ Protéger les constructions contre l'humidité due aux intempéries ou remontant du sol. ✓ Sous forme d'enduits aériens. ✓ Sous forme d’écrans étanches. ✓ Constituer des chapes d’usure, un pour dallages en béton. ✓ Devenir la matière première dans la fabrication de blocs manufacturés, carreaux, tuyaux et divers éléments moulés. ✓ Etre le constituant essentiel du béton ✓ Consolide certains sols de fondations sous forme d’injection. Chapitre I Généralité sur les matériaux 4 I.2.3. Les différents mortiers : Dans les travaux publics on utilise différents types de mortier : a- Les mortiers de ciment : Les mortiers de ciments sont très résistants, prennent et durcissent rapidement. Le dosage du rapport entre le ciment et le sable est en général volumétrique de 1/3 et le rapport de l’eau sur ciment est environ 1/2. De plus, un dosage en ciment les rend pratiquement imperméables [11]. b- Les mortiers de chaux : Les mortiers de chaux sont moins résistants par rapport aux mortiers de ciment (gras et onctueux). La durée du durcissement des mortiers de chaux est plus lente que pour les mortiers de ciments [11]. c- Les mortiers bâtards : Ce sont les mortiers, dont le liant est le mélange de ciment et de chaux. Généralement, on utilise la chaux et le ciment par parties égales, mais des fois on prend une quantité plus ou moins grande de l’un ou l’autre suivant l’usage et la qualité recherchée [11]. d- Les mortiers fabriqués sur chantier : Ils sont préparés avec le ciment et le sable du chantier. Le ciment est un ciment courant CPA ou CPJ et parfois des ciments spéciaux comme le ciment alumineux fondu. On emploie également des chaux hydrauliques et parfois des liants à maçonner. Le sable est le plus souvent roulé (nature silico-calcaires) parfois concassé et le gâchage s’effectue à la pelle ou à l’aide d’une petite bétonnière. Ces mortiers ne sont donc pas très réguliers et les sables peuvent être différents d’une livraison à l’autre, mais de toute façon ils doivent être propre et de bonne granulométrie. Le sable est généralement dosé en poids (ce qui est préférable), soit en volume (cas des petits chantiers). Dans ce dernier cas, il est très important de tenir compte du phénomène de foisonnement des sables [11]. Chapitre I Généralité sur les matériaux 5 e- Le mortier industriel : Ce sont des mortiers que l’on fabrique à partir de constituants secs, bien sélectionnés, conditionnés en sacs, contrôlés en usine et parfaitement réguliers. Pour utiliser ce type de mortiers, il suffit de mettre la quantité d’eau nécessaire et malaxer pour ensuite les mettre en œuvre. Les mortiers peuvent contenir des liants et des sables variés ainsi que certains adjuvants et éventuellement des colorants [11]. Les fabricants de mortiers industriels proposent une gamme complète de produits répondant à tous les besoins : ✓ Mortiers pour enduits de couleur et d’aspect varié, ✓ Mortiers d’imperméabilisation, ✓ Mortier d’isolation thermique, ✓ Mortier de jointoiement, ✓ Mortier de ragréage, ✓ Mortier de scellement, mortier pour chapes, ✓ Mortier-colle pour carrelages, sur fond de plâtre ou de ciment, etc., ✓ Mortier de réparation. I.2.4 - Caractéristiques principales : Les caractéristiques principales des mortiers sont : ✓ Ouvrabilité. ✓ Prise. ✓ Résistances mécaniques. ✓ Retraits et gonflements, etc….. [11]. I.3 - Le ciment Blanc I.3.1 - Introduction : Le ciment blanc est un ciment Portland, il est fabriqué à partir des matières premières brutes particulièrement choisies qui sont généralement la craie pure et l'argile blanche (kaolin) contenant de très petites quantités d'oxyde de fer et d'oxyde de manganèse. Le ciment blanc est fréquemment choisi par les architectes pour son utilisation dans la fabrication du béton blanc, blanc cassé ou coloré, qui sera exposé, à l’intérieur ou à l’extérieur des édifices, au regard du public [12]. Chapitre I Généralité sur les matériaux 6 Il est bien connu que la fabrication du ciment blanc exige un contrôle rigoureux et précis durant l’ensemble des étapes du processus technologique afin d'empêcher la contamination du produit avec le fer, le manganèse, et le titane. Le ciment blanc se caractérise par une teneur extrêmement basse de C4AF (moins de 1,5%) et une teneur élevée de C3S et de C2S. La composition chimique du clinker de ciment Portland blanc en comparaison à celle du clinker du ciment gris est donnée dans le tableau suivant [12] : Tableau I.1 : Composition Chimique du Clinker Blanc et Gris. Composition Sio2 Al2O3 Fe2O3 Cao Mgo K2O Na2O SO3 Loi Clinker Gris 20,8 5,5 3,61 65,6 2,13 0,91 0,19 0,87 0,24 Clinker Blanc 21,42 3,39 0,22 65,33 1,47 0,47 0,25 2,38 0,5 Le processus de fabrication du ciment blanc est tout à fait semblable à celui du ciment portland gris. Le processus inclut le choix des matières premières, la préparation du mélange cru, la cuisson du clinker, le blanchiment et le refroidissement et le broyage. La production se fait selon des conditions précises, qui sont contrôlées à chaque étape, afin d'éviter les contaminations possibles et les changements peu désirés. Cependant, la principale différence technologique réside dans la combinaison du refroidissement et du blanchiment, nécessaires pour améliorer la blancheur du ciment et garantir l’homogénéité de la couleur. Le ciment Portland blanc a donc essentiellement les mêmes propriétés que le ciment gris, excepté la couleur. La blancheur du ciment blanc est une des caractéristiques les plus importantes. Les spécifications de la blancheur font ressortir les grades suivants [12] : ✓ 1er Grade : blancheur > 80 %. ✓ 2ème Grade : blancheur de 75 à 80 %. ✓ 3ème Grade : blancheur de 68 à 75 %. Chapitre I Généralité sur les matériaux 7 I.3.2 - Blanchiment du clinker : La majorité des documents bibliographiques traitant du ciment blanc soulignent l'importance du refroidissement pour l’obtention d’un niveau satisfaisant de blancheur du clinker. Une atmosphère non oxydante (absence d’oxygène) dans la première étape du blanchiment et le refroidissement rapide par jet d'eau ont été utilisés pour l'amélioration de la qualité de clinker. Un mélange gazeux destiné pour blanchir doit contenir moins de 0,2% d'O2 et plus de 5% de CO. Le processus de blanchiment est conduit à une température de (1100-1200) Cº permetant la réduction de FeO3 jusqu'en FeO et la réduction de MnO. Une température inférieure à 200 Cº doit être maintenue dans la sortie de l'appareil de refroidissement. Une autre possibilité consiste au refroidissement préliminaire du clinker en utilisant un gaz de convertisseur (pendant 1-2 minutes) à 1000-1400 Cº et davantage de refroidissement dans un bassin d'eau. Le gaz de convertisseur peut être produit par une combinaison de gaz naturel et de vapeur d'eau à (900-1000) Cº selon la réaction suivante : CH4 + H2O = CO + 3H2 Le CO et le H2 résultants sont très actifs dans la conversion des oxydes de Fe et de manganèse. Le refroidissement rapide (extinction) du clinker dans l'eau (contenant un peu de HCl, de H2SO4 ou d'autres acides) fournit une amélioration significative de la blancheur [12]. I.3.3 - Performances et caractéristiques normalisées : Les caractéristiques du ciment blanc sont les mêmes que celles du ciment gris à l’exception de la teinte, mais les spécifications normatives diffèrent d’un pays à l’autre et tiennent compte des technologies existantes. Nous donnons ci-après à titre d’illustration, les types, classes et certaines caractéristiques du ciment blanc pour montrer l’intérêt de la normalisation et du contrôle qui sont seuls capables d’offrir un ciment blanc de qualité et une régularité de sa production [12]. I.3.3.1 - Classes de résistance Les ciments sont répartis en trois classes de résistance 32,5 - 42,5 - 52,5 définies par la valeur de la résistance du ciment (tableau I.2). Cette résistance correspond à la résistance mécanique à la compression mesurée à 28 jours sur éprouvettes de mortier conformément à la norme NF EN 196-1 et exprimée en MPa [13]. Chapitre I Généralité sur les matériaux 8 Tableau I.2 : Classes de résistance des ciments courants [13]. Classe de Résistance Résistance à la compression (MPa) Résistance à court terme Résistance courante 2 jours 7 jours 28 jours 32,5 N - ≥ 16,0 ≥ 32,5 ≤ 52,5 32,5 R ≥ 10,0 - 42,5 N ≥ 10,0 - ≥ 42,5 ≤ 62,5 42,5 R ≥ 20,0 - 52,5 N ≥ 20,0 - ≥ 52,5 - 52,5 R ≥ 30,0 - I.4 - Les ajouts cimentaires I.4.1 - Définition : Les ajouts cimentaires sont des matériaux qui, combinés au ciment portland, contribuent aux propriétés du béton durci par action hydraulique ou pouzzolanique ou les deux à la fois. Les pouzzolanes naturelles, les cendres volantes, le laitier de haut fourneau granulé broyée les fumées de silice sont des exemples courants une pouzzolane est un matériau siliceux ou alumino siliceux qui, finement divisé et en présence d'humidité, réagit chimiquement avec l'hydroxyde de calcium libéré par l'hydratation du ciment portland pour former des composés possédant des propriétés liantes [14]. Figure I.1 : Les ajouts cimentaire de droit à gauche cendre volante (type C), metakaoline, fumée de silice, cendre volante (type F), laitier, sèche calcine [14]. Chapitre I Généralité sur les matériaux 9 I.4.2 - Les Avantages d’utiliser les ajouts : L’utilisation d’ajouts cimentaires dans les industries du ciment et du béton présente des avantages techniques, économiques et écologiques. Tableau I.3 : Récapitulatif des avantages des ajouts cimentaires [14]. Avantages techniques Avantages économiques Avantages écologiques - améliore la maniabilité - réduit la demande en eau - amélioration des propriétés mécaniques et de la durabilité du béton - diminution de la chaleur d’hydratation dégagée du béton - diminue la fissuration d’origine thermique - leur coût est souvent égal au coût du transport et de la manipulation. - réduit le prix du béton pour le coût du combustible. - diminution de l’émission du CO2 par l’industrie cimentière - élimination des sous-produits de la nature I.5 - Le Laitier de haut fourneau I.5.1- Définition : Les laitiers de haut fourneau sont des coproduits formés au cours de l'élaboration de la fonte à partir de minerai de fer [14]. Figure I.2 : Laitier haut fourneau chloré (cimenterie M’sila). Chapitre I Généralité sur les matériaux 10 I.5.2 - Origine : Le haut-fourneau est un réacteur à lit consommable à contre-courant [14]. Les deux réactions principales qui s’y déroulent sont des réactions de réduction des oxydes et d’échange entre le métal et le laitier. On introduit par le gueulard alternativement du coke, du minerai et du fondant, qui sont les matières premières utilisées pour l’élaboration de la fonte. I.5.3 - Caractéristiques du laitier : D'un point de vue chimique (tableau I.4), les laitiers ont une composition relativement constante à laquelle le métallurgiste porte une certaine attention puisque tout écart par rapport à cette composition chimique optimale se traduit par une augmentation des coûts énergétiques assez importants et donc à des coûts de production plus élevés pour la fabrication de la fonte. Le laitier est fondu à une densité beaucoup plus faible (de l’ordre de 2.8) que celle de la fonte (qui est supérieure à 7.0) de telles sortes que le laitières fondues flotte au – dessus de la fonte fondue au bas du haut fourneau si bien que l’on peut soutirer ces deux liquides séparément. Tableau I.4 : Composition chimique type de laitiers de haut fourneau [15]. Oxydes Laitier français Laitier nord U .S .A Laitier algérien SiO2 29 à 36 33 à 42 38 à 42 AI2O3 13 à 19 10 à 16 8 à 12 CaO 40 à 43 36 à 45 48 à 52 Fe2O3 4% 0,3 à 20 2,0 MgO 6% 3 à 12 4,7 S 1,5% - 0,15 Le laitier peut être mélangé avec du ciment après avoir été séparé ou après avoir été cobroyé avec le clinker. Le laitier retient moins bien l’eau de gâchage que le ciment Portland et craint donc d’avantage la dessiccation. Par contre il résiste normalement mieux à l’action destructrice des sulfates, à la dissolution de chaux par les eaux pures ainsi que par celles contenant du gaz carbonique. La réactivité du laitier peut être augmentée de trois façons : ✓ Broyage poussé. ✓ Chaleur (étuvage, autoclavage). Chapitre I Généralité sur les matériaux 11 ✓ Produits chimiques (la chaux, la soude (Na OH) ou des sels de soude, le sulfate de calcium (gypse). I.5.4 - Facteur influencent sur l’activité de laitier : I.5.4.1 - Influence de la vitesse de refroidissement sur l’activité du laitier : Le refroidissement long du laitier conduit à une baisse de l’activité de celui-ci vu la formation de la phase cristalline, tandis que le refroidissement rapide du laitier fondu donne une structure vitreuse métastable [16]. Seul le laitier suffisamment vitrifié est réactif. I.5.4.2 - Influence du temps de stockage sur l’activité du laitier : Si le laitier granulé est abandonné à l’air libre, et s’il subit l’effet des intempéries atmosphériques, il peut se conserver très longtemps sans altération d’où la possibilité de le stocker en tas sans précaution particulière, l’activité du laitier broyé, et le délai de prise du liant confectionné à sa base dépend généralement du temps de stockage [14]. Il a été établit que, après 1 à 2 mois de stockage du laitier finement broyé, il y a une augmentation de délai de prise du liant au laitier, son activité se baisse si la surface spécifique est plus grande. Le stockage de 6 mois de laitier finement broyé n’entraîne pas de modification sur le liant à obtenir [14]. I.5.4.3 - Influence de la finesse de mouture sur l’activité du laitier : L’activité du liant remonte avec l’augmentation de la surface spécifique du laitier de 2000 cm²/g à 4800 cm²/g. Il a été établit que le laitier trop broyé, ne se prête pas à un stockage de long durée. Il demande des quantités accrues d’eau lors de la fabrication du liant, d’où l’utilité d’utiliser des laitiers broyés ayant une surface spécifique de (2200 cm²/g à 3000 cm²/g) qui est rentable du point de vue économique [14]. I.5.5 - Types de laitier (propriétés et mode de fabrication) : - Laitier concasse : C’est un granulat lourds d’aspect anguleux, rugueux, de structure micro alvéolaire de couleur grise il est inattaquable par l’eau, et sa porosité est inférieure à 10% il s’obtient après le coulage des laitiers dans les poches de 1 à 2 m3 qu’on diverse dans fausses de 200 à 300 m de longueur, et de 10 à 12 m de largeur, on laisse refroidir après concassage et criblage, on obtient un granulat normalise et classe [15]. Chapitre I Généralité sur les matériaux 12 - Laitier granule : C’est un sable vérifie, très poreux, jusqu'à 60%, il a une couleur grise jaunâtre, de granulométrie jusqu'à 2 mm, et de composition chimique. Silice = 29 à 38 %, chaux = 38 à 48 %, alumine = 13 à 20 %, magnésie = 06 %. Pour avoir ce type de laitier, la coulée doit être refroidie brusquement dans courant d’air ou d’eau. On obtient un sable sec et finement moulu, qui constitue la base du ciment de laitier. Cette opération a pour but d’empêcher la cristallisation, et de maintenir le laitier à l’état vitreux [17]. - Laitier expansé : Il a une structure scoriacée alvéolaire ; de teinte grise, après criblage il se présente en trois classes granulaires de densité variable. Il a une composition chimique proche de. Silice= 25 à 40%, chaux= 38 à 50%, alumine=10 à 20%, soufre =01%. Il s’obtient par une puissante injection d’eau, en dessus du laitier en fusion, l’eau vaporise et on obtient des éléments alvéolaires légers [15]. I.6 - Les adjuvants : L’adjuvant utilisé est un Super-Plastifiant- MEDAFLOW 30 haut réducteur d’eau de la troisième génération. Fourni par GRANITEX de Oued– Semar Alger. Il est conçu à base de poly carboxylates d’Ether qui améliorent Considérablement les propriétés des bétons [18]. Le MEDAFLOW 30 permet d’obtenir des bétons et mortiers de très haute qualité. En plus de sa fonction principale de Super-Plastifiant, il permet de diminuer la teneur en eau du béton d’une façon remarquable. Selon la norme NF P18-103-335-336 il doit être utilisé à une dose de 0.5% à 5 % du poids du liant. Mais les fiches techniques du fabricant de l’adjuvant utilisé sont de 0.5 % à 2% du poids du liant [19]. Chapitre I Généralité sur les matériaux 13 I.7 - Les Fibres Végétales 1.7.1 – Introduction : L’utilisation des fibres naturelles d’origine végétales dans la construction remonte aux années où l’on fabriquait des briques renforcées par la paille ou des roseaux. Dans le temps moderne (depuis l’année 1970), le premier composite liant avec les fibres végétales était le plâtre. De ce fait, plusieurs ouvrages sont réalisés avec le plâtre renforcé de fibres végétales [20]. Actuellement le monde connaît de récents développements dans le domaine de renforcement du ciment et béton avec des fibres végétales. Suite aux problèmes de santé posés par les fibres d’amiante, plusieurs axes de recherches sont orientés vers la substitution de celles-ci par les fibres végétales [21]. isal,… Jute,… bambou,… coco, coton, I.7.2 - Les défirent types de fibres : Organigramme 1.1 : Les différents types de fibres [21]. Fonte Végétale Minérales Organiqu e Métalliqu e Animales Carbon e Acier s Verre Amian te Poil Lain e Soie Polystyrèn e Polyami de Polyeste r Polypropylè ne Surface Bois Tiges Feuilles Fibres Sisal, .…. Jute,. Bambou ,... … Coco, Coton, Palmie r Chapitre I Généralité sur les matériaux 14 I.7.3 - la fibre de jute I.7.3.1 - Définition : Le jute est une plante herbacée de la famille des Malvaceae (Malvacées), cultivée dans les régions tropicales pour ses fibres [22]. Figure I.3 : la plante de jute [22]. A - La Pante : Le jute forme des arbustes de 2 à 4 m de hauteur, à tige rigide et fibreuse de 2 cm de diamètre environ, ramifiée seulement dans la partie supérieure. Ces espèces croissent sous un climat chaud et humide. Le berceau de leur culture se situe en Inde et dans le Bangladesh actuel, dans les vallées du Gange et du Brahmapoutre. Ces deux pays rassemblent 80 % des surfaces consacrées à cette culture [22]. Figure I.4 : Défibrage manuel de tiges de jute (filasse) [22]. Chapitre I Généralité sur les matériaux 15 B - La Fibre : La fibre de jute est longue de 1 à 4 mètres et son diamètre de 17 à 20 microns. La grande proportion de lignine dans les tiges de jute apporte aux fibres une certaine rigidité. Traditionnellement, les tiges de jutes sont trempées dans l’eau stagnante après la récolte pour séparer plus facilement les fibres. C’est l’étape du rouissage permettant l’extraction des fibres [22]. Figure I.5 : Fibres de jute [22]. C – Utilisation : Son débouché principal est longtemps resté la fabrication de cordes et de sacs d’emballage et de transport. C’est le cas à la Réunion, où l’on appelle ces sacs des gonis. On cherche désormais à diversifier son utilisation dans le tissu d’ameublement et notamment dans le domaine du géotextile : des tissus grossiers destinés à retenir la terre des talus [22]. I.8 - Conclusion : Pour ce chapitre on a donné une présentation génialité des matériaux utilisés dans notre projet, ainsi concentré dans cette utilisé a la fibre végétale. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 16 II.1 - Introduction : L’emploi judicieux des matériaux utilisés dans la construction exige la connaissance de leurs diverses propriétés ; physiques, chimiques, minéralogiques et mécaniques, permettant de faire un choix répondant à leur destination. Dans ce chapitre, nous intéressons à la présentation des caractéristiques de matériaux utilisés durant ce projet de recherche compositions chimique, minéralogiques et propriétés physiques, ainsi que les différents essais expérimentaux réalisés sur liant (la pâte pur), mortier à l’état frais et durci, les essais expérimentaux réalisés au cours de cette étude sont donnés avec leurs normes. II.2 - Caractéristiques des matériaux utilisés et méthodes d’essais II.2.1 - Sable d’oued (Djamaa) II.2.1.1 - Analyse physiques de sable utilisé : Le sable a été soumis à plusieurs essais au laboratoire de Génie civil de l'université de M’sila, suivant les normes françaises AFNOR. A- Masse volumique absolue (norme NF P 18-555) : C’est la masse de l’unité de volume de la substance, c'est-à-dire le rapport entre sa masse et son volume absolu. Mode opératoire : ✓ On détermine la masse volumique absolue du sable à l’aide du récipient de capacité 1000 ml. ✓ On prend 03 échantillons de masse 300g. ✓ On place l’échantillon dans le récipient de capacité 1000 ml et on y verse 300 ml d’eau préparé préalablement dans 2ème récipient gradué, puis on malaxe soigneusement le contenu pour chasser l’air qui y existe. Après cette opération, on détermine le volume final occupé par le mélange sable – eau. Soit (V) ce volume. Sachant que le volume (Ve) d’eau versé est 300 ml, il serait facile de déterminer le volume occupé par le sable seul Volume de sable : V1=V- 300 (ml). La masse volumique absolue du sable est déterminée par la formule : 1V M  Avec : M = 300g, V=V1-Ve Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 17 Résultats obtenus : Tableau II.1 : Masse volumique absolue du sable d’oued Djamaa. N° d’essai M (g) eV  3cm V  3cm   3/ cmg   3cm/g 1 300 300 115 2.61 2.656 2 300 300 110 2.73 3 300 300 114 2.63 B - Masse volumique apparente (Norme NF P 18-554) : ❖ Masse volumique apparente à l’état lâche: C’est la masse du matériau par unité de volume y compris des vides existant entre les grains. Mode opératoire : ✓ On détermine la masse volumique apparente du sable à l’aide d’un entonnoir standardisé de capacité 2 à 2,5 litres. ✓ On remplit l’entonnoir avec du sable sec. ✓ On pèse le récipient vide M1. ✓ On place le récipient sous l’entonnoir à une distance de 10 à 15 cm et on le remplit avec du sable. ✓ Une fois le récipient est rempli, on nivelle la surface du sable et on pèse le tout. Soit M2 ce poids. ✓ Volume de récipient Vr = 900 cm3. La masse volumique apparente du sable est donnée par la formule suivante :   r app V MM 12  Tableau II.2 : Masse volumique apparente du sable d’oued Djamaa à l’état lâche. N°d’essai M1 (g) M2 (g)   3/ cmg moy  3cm/g 1 114 1549 1.59 1.59 2 114 1537 1.58 3 114 1550 1.60 Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 18 ❖ Masse volumique apparente à l’état compact : C’est la masse du matériau par unité de volume après compactage compris les vides restant entre les grains. Généralement elle est supérieure à la masse volumique à l’état lâche. Mode opératoire : Même méthode que celle de l’état lâche, après remplissage du récipient « après tassement » on soumet ce dernier à 30 secousses manuelles. On complète le remplissage du récipient après le tassement du sable, puis on nivelle ce dernier et on le pèse. Soit M2 le poids de l’ensemble (sable + récipient), la masse volumique à l’état compacte est donnée par la formule suivante :   r C V MM 12  Où : M1: Masse du récipient à vide. M2 : Masse du récipient plus le sable. Vr : Volume du récipient Vr =900cm3. Tableau II .3 : Masse volumique apparente du sable d’oued Djamaa à l’état compact. N° d’essai M1 (g) M2 (g) app (g/cm3) app moy (g/cm3) 1 114 1672 1,73 1,74 2 114 1697 1,76 3 114 1665 1,72 C - Porosité (Norme NF P 18-554) : C’est le volume des vides entre les grains du sable. La porosité peut être déterminée par la formule suivante : 1001(%)        abs app P   On distingue deux cas : ✓ Etat lâche : Lp = 40,13 % ✓ Etat compact : C p = 34,48 % D – Compacité (Norme NF P 18-554) : La compacité d’un matériau est une proportion de son volume réellement occupé par la matière solide qui le constitue, c'est-à-dire le rapport du volume absolu des grains au volume apparent du matériau. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 19 La compacité donnée par la formule : pC abs app        100   On distingue deux cas : ✓ Etat lâche : CL = 59,87 % ✓ Etat compact : CC = 65.52 % E - L’indice des vides (Norme NF P 18-554) : L’indice des vides est le rapport entre le volume du vide et le volume de solide. 𝑉𝑒 = Vv Vs = P 100−P Avec P en pourcent (%). On distingue deux cas : ✓ Etat lâche : CL = 0,67 % ✓ Etat compact : CC = 0,52 % Les résultats de la porosité, la compacité et l’indice de vide sont regroupés dans le tableau suivant : Tableau II.4 : La porosité, la compacité et l’indice de vide Pour le sable d’oued Djamaa. Porosité (P) Compacité (C) Indice de vide (e) Lâche Compact Lâche Compact Lâche Compact 40,13 34,48 59,87 65,52 0.670 0.526 F - Equivalent de sable (Norme NF P 18-598) : Il est défini par la norme NFP 18-598 ; cet essai d’équivalent de sable, permettant de mesurer la propreté d’un sable, est effectué sur la fraction d’un granulat passant au tamis à mailles carrées de 5mm. Il rend compte globalement de la quantité et de la qualité des éléments fin, en exprimant un rapport conventionnel volumétrique entre les éléments sableux qui sédimentent et les éléments fin qui floculent. Mode opératoire : ✓ Tamiser une quantité de sable (masse supérieure à 500 g). ✓ Prendre une pesée de 120 g. ✓ Remplir l'éprouvette de solution la vente jusqu'au premier repère (10cm). Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 20 ✓ A l'aide de l'entonnoir verser la prise d'essai (120g) dans l'éprouvette et taper fortement à plusieurs reprises avec la paume de la main afin de chasser toutes les bulles d'air et favoriser le mouillage de l'échantillon. ✓ Laisser reposer pendant 10 minutes. ✓ Fermer l’éprouvette à l'aide du bouchon en caoutchouc et lui imprimer 90 cycles de 20cm de cours horizontale en 30 secondes à la main à l'aide d'un agitateur mécanique. Figure II.1 : Agitateur mécanique. ✓ Retirer ensuite le bouchon, le rincer avec la solution la vente au-dessus de l'éprouvette, rincé ensuite les parois de celle-ci. ✓ Faire descendre le tube laveur dans l'éprouvette, le rouler entre le pouce et l'index en faisant tourner lentement le tube et l'éprouvette et en impriment en même temps au tube un léger piquage. Cette opération a pour but de laver le sable et de faire monter les éléments fins et argileux. Effectuer cette opération jusqu’à ce que la solution la vante atteigne le 2èmerepère. Laisser ensuite reposer pendant 20 minutes. on mesure les éléments suivants : Hauteur h1 : sable propre + éléments fins, Hauteur h2 : sable propre seulement. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 21 Figure II.2 : Mesurée de L’équivalent de sable. ✓ On en déduit l’équivalent de sable qui, par convention, est : 𝐸𝑆 =h2/h1× 100 ……………………. Selon que la hauteur h2 est mesurée visuellement ou à l’aide d’un piston, on déterminer ESV (équivalent de sable visuel) ou ESP (équivalent de sable au piston). Tableau II.5 : Les valeurs d’équivalent de sable indiquent la nature et qualité du sable. Appareillage pour l'essai d'équivalent de sable. ESV ESP Nature et qualité du sable ES ˂ 65% ES ˂ 65% Sable argileux : risque de retrait ou de gonflement. Sable à rejeter pour des bétons de qualité ou vérification plus précise de la nature des fines par un essai au bleu de Méthylène. 65%≤ ES ˂75% 60% ≤ ES ˂ 70% Sable légèrement argileux de propreté admissible pour les bétons de qualité courante quand le retrait n’a pas de conséquence notable sur la qualité du béton. 75% ≤ ES ˂85% 70% ≤ ES ˂ 80% Sable propre à faible proportion de fines argileuses convenant parfaitement pour les bétons de haute qualité. ES ≥ 85% 70%≤ES˂80% Sable très propre. L’absence presque totale de fines argileuses risque d’entraîner un défaut de plasticité du béton qu’il faudra compenser par une augmentation du dosage en eau. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 22 Ensuite on mesure la hauteur dans l'éprouvette normalisée du sédiment (H1) et du sédiment + le floculat (H2) ES à vue = 82,47%, ES à piston = 78,34%. Pour le sable d’oued Djamaa : C’est un Sable propre à faible proportion de fines argileuses convenant parfaitement pour les bétons de haute qualité. G - Degré d'absorption d'eau (NF P 18-555) : Elle est le pouvoir d'un matériau d'absorber et de retenir l'eau, elle est définie en pourcentage d'après la formule suivante. 𝐴 = ( M2−M1 M1 ) x 100 (%) Où : ✓ M1: La masse du matériau sec en (g). ✓ M2 : La masse du matériau saturé d'eau superficiellement sec en (g). Tableau II.6 : Degré d'absorption du sable d’oued Djamaa. N° d’essai M1(g) M2(g) A(%) A moy (%) 1 300 307,98 2,66 2,83 2 300 308,66 2,88 3 300 308,86 2,95 H - Teneur en eau (NF P 18-555) : Le sable à la capacité de retenir une quantité d'eau très grande (elle peut atteindre 20 à 25 % de son poids), si son humidité est comprise entre la limite de 0 à 3%, on l'appelle sec. Mode opératoire : ✓ Peser un échantillon de sable humide, soit hM son poids (300 g). ✓ Laisser l'échantillon dans une étuve à une température dans l'intervalle de 105°C à 110 °C pendant 24 heurs. ✓ Peser l'échantillon de nouveau, soit Ms son poids. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 23 La teneur en eau du sable est : 100          h sh M MM W  % . Où : ➢ hM : Poids du sable humide en (g). ➢ sM : Poids du sable sec en (g). Tableau II.7 : Teneur en eau du sable de d’oued Djamaa. N° d’essai Mh (g) Ms (g) W (%) moyW  % 1 300 298,78 0.41 0.38 2 300 298,96 0.35 3 300 298,86 0.38 H - Analyse granulométrique (Norme NF P 18-560) : L’analyse granulométrique permet de mesurer la distribution dimensionnelle en poids des éléments d’un matériau, elle comprend deux opérations : 1. Tamisage. 2. Sédimentation. La granularité est exprimée par une courbe granulométrique qui donne la répartition de la dimension moyenne des grains, exprimée sous forme de pourcentage du poids total du matériau, elle est tracée en diagramme semi-logarithmique avec : ✓ En abscisse, le logarithme de la dimension des ouvertures des tamis en valeurs croissante. ✓ En ordonnée, le pourcentage, en poids du matériau total de la fraction du sable dont les grains ont un diamètre moyen inférieur à celui de l'abscisse correspondante (passant) on constate que la courbe granulométrique est un élément fondamental de classification du matériau. Les résultats de cette étude permettent de prévoir certaines propriétés du matériau comme la perméabilité, l'aptitude au compactage et l'utilisation comme filtre. Mode opératoire : ✓ Prélever (1,5 kg) de matériau (sable sec). ✓ Peser chaque tamis à vide à 1 g près, soit milan masse du tamis. ✓ Constituer une colonne de tamis propres et secs dont l'ouverture des mailles est respectivement de haut en bas : 5-2,5-1,25-0,63-0,315-0,125 et éventuellement 0,08mm. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 24 La colonne est coiffée par un fond pour recueillir les éléments passant au dernier tamis et un couvercle pour éviter la dispersion des poussières. On commence par peser les tamis ainsi que le fond. ✓ Verser le matériau (sable sec) sur la colonne et la fixer soigneusement sur la machine d'agitation mécanique, agité pendant 5 minutes. Arrêter l'agitateur, puis séparer avec soin les différents tamis. ✓ Peser chaque tamis séparément à 1 g près. Soit Mi la masse du tamis (I) + le sable. La différence entre Mi et mi (tamis de plus grandes mailles) correspond au refus partiel R1 du tamis1. ✓ Reprendre l'opération pour le tamis immédiatement inférieur. ✓ Ajouter le refus obtenu sur le sixième tamis à R1, soit R2 la masse du refus cumuler du tamis 2(R2=R1+Refus partiel sur tamis). ✓ Poursuivre l'opération avec le reste des tamis pour obtenir les masses des différents refus cumulés R3, R4, …. Le tamisât cumulé est donné par la relation suivante : T = 100 - Rc Où : ✓ T: Tamisât en %, Rc : Refus cumulés en % Tamis (mm) refus part. Tableau II.8 : Analyse granulométrique du sable d’oued Djamaa. Tamis (mm) Refus partiel (g) Refus cumulés Tamisât (%) (g) (%) 5 0 0 0 100 2,5 21 21 1,05 98,95 1,25 115 136 6,8 93,2 0,36 443 579 28,96 71,04 0,315 876 1455 72,78 27,22 0,16 485 1940 97,04 2,96 0,08 54 1994 99,75 0,25 Fond 5 1999 100 0 Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 25 0,1 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T a m is a ts ( % ) Tamis (mm) Min Max Sable d'oued djamaa Figure II.3 : Courbe granulométrique de sable d’oued Djamaa. II.2.1.2 - Caractéristiques chimique de sable utilisé : La composition chimique du sable de dune est déterminée sur des grains inférieurs à 80μm ou laboratoire de Lafarge (Cimenterie M'sila). Les résultats de l'analyse chimique obtenue par la méthode d'essai "Fluorescence aux rayons X" sont donnés par le (Tableau II.9). Tableau II.9 : Principaux constituants chimique du sable d’oued Djamaa (Lafarge holcim M’sila) : Constituants Sio2 Al2O3 Fe2O3 Cao Mgo K2O Na2O SO3 (%) 98,26 1,16 0,29 1,04 0,10 0,33 0,04 0,57 II.2.1.3 - Caractéristiques minéralogique de sable utilisé : La composition minéralogique est indiquée dans le (Tableau II.10).Elle a été déterminée par l’essai de DRX au laboratoire de la cimenterie de (Lafarge holcim M’sila). Tableau II.10 : Principaux constituants minéralogique du sable d’oued Djamaa (Lafarge holcim M’sila) : Elément Merwinite Rulite Priclase Quartz Calcite mulite BFS_amorphous (%) 0,00 0,39 0,26 94.21 2,84 1,73 2.95 Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 26 II.2.2 - Ciment blanc II .2.2.1 - Analyse physiques du ciment : ❖ Essais sur ciment anhydre : A- Masse volumique absolue : La technique expérimentale utilisée est celle de l'appareil appelé "le Densimètre de Le Chate lier". Les résultats sont présentés dans le (Tableau II-11). Conduite de l'essai : ✓ Peser 64 g de ciment. ✓ Introduire le benzène ou kérosène (liquide non réactif avec le ciment) jusqu’à la graduation inférieure trait marqué 0 soit V0. ✓ Placer le densimètre dans un bain thermostatique à température constante (20±2°C). ✓ Attendre 20 minutes et corrigé le niveau si nécessaire après stabilisation de la température. ✓ Introduire la poudre de ciment dans le densimètre. ✓ Agité doucement en faisant tourner le densimètre pour chasser l'air entraîné par la poudre Remettre le densimètre dans le bain thermostatique. ✓ Après stabilisation du niveau lire le volume après introduction du ciment dans le densimètre soit V1. ✓ Calcul de la masse volumique absolue par la : 𝛾𝑐 = M 𝑉1−𝑉2 Figure II.4 : Le Chate lier Flaks. Tableau II.11 : Masse volumique absolue des ciments Types de Ciment CPJ 1 CPJ 2 CPJ 3 CPJ 4 Laitier (%) 0% 5% 10% 15% Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 27 Masse volumique (g/cm3) 3,15 3,13 3,11 3,1 B- Mesure de la finesse du ciment (Norme NF P 15-442 -EN-196-6) : Principe de l'essai : Elle consiste à mesurer le temps mis par une quantité fixée d'air pour traverser un lit de ciment compacté à une dimension et une porosité spécifiées (Figure II-5). La surface massique est proportionnelle au temps mis pour traverser la couche de ciment. Conduite de l'essai : ✓ Peser une quantité de ciment pour obtenir un lit de ciment de porosité e =0.500. ✓ Mettre la poudre de ciment dans la cellule puis compacter à l'aide du piston. ✓ Placer la surface conique de la cellule dans le rodage conique au sommet du manomètre. ✓ Obturer le dessus du cylindre avec bouchon adéquat. Ouvrir le robinet d'arrêt en amenant le niveau du liquide a la première ligne. ✓ Fermer le robinet d'arrêt et enlever le bouchon du cylindre. ✓ Démarrer le chronomètre dès que le liquide atteint la deuxième ligne. ✓ Arrêter le chronomètre dès que le liquide atteint le troisième repère. ✓ Relever le temps à 0.2s près et la température à 1°C près. ✓ Calculer la surface spécifique du ciment par la formule. SSB = 𝐊 𝛒 √𝐞𝟑 (𝟏−𝒆) √𝒕 √(𝟎,𝟏𝖓) (cm2/g) Avec : k : constante de l'appareil ( K= 2.106) . ρ: Masse volumique du ciment en g/cm3 . η : Viscosité de l'air à la température de l'essai en poise . t : Temps de passage de l'air dans la couche de la poudre de ciment en seconde. m : est la masse à introduire dans la cellule de l'appareil Blaine. m= ρc.v.e v = 1.848 volume de la cellule. e = porosité du ciment dans la cellule. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 28 Figure II.5 : Perméabilimètre de Blaine. Tableau II.12 : Propriétés physiques des ciments préparés (SSB). Types de ciment CPJ 1 CPJ 2 CPJ 3 CPJ Laitier (%) 0% 5% 10% 15% SSB (cm2/g) 4450 4400 4380 4350 ❖ Essais sur ciment hydraté (pâtes de ciment) : A- Essai de Consistance (Norme EN 196-3 2005) : L'essai consiste à déterminer la quantité d'eau de gâchage optimale qui définit une consistance dite normalisée elle est fonction du rapport E/C. L'essai a été réalisé avec l'appareil de Vicat selon la norme EN 196-3 (Figures II.6). Objectif de l'essai : Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 29 La consistance de la pâte de ciment est une caractéristique qui évolue au cours du temps. Pour pouvoir apprécier cette évolution qui est fonction de la teneur en ajout (calcaire) dans le ciment et la quantité d'eau de gâchage ; il faut partir d'une consistance qui soit la même pour toutes les pâtes étudiées. Principe de l'essai : La consistance est évaluée en mesurant l'enfoncement d'une aiguille cylindrique de (Ø = 10 mm) sous l'effet d'une charge constante (300g). L'enfoncement est d'autant plus rapide et important que la consistance est plus fluide. (Figure II.6). Conduite de l'essai : ✓ Verser la quantité d'eau dans la cuve du malaxeur. La température dans la salle doit être de 20 ±2°C et une humidité relative supérieure ou égale à 50%. ✓ Verser 500 g de ciment au centre de la cuvées un temps compris entre 5 et 10 secondes. La fin du versement correspond au temps 0. ✓ Mettre immédiatement le malaxeur en marche à vitesse lente pendant 90 s. ✓ Arrêt du malaxage pendant 30 s, faire le raclage de la pâte. ✓ Remettre le malaxeur en marche pendant 90s à vitesse lente. ✓ Introduire la pâte immédiatement dans le moule tronconique de hauteur 40mm et de diamètre 70 et 80 mm posé sur une plaque en verre huilée sans tassement ni vibration excessive. ✓ Enlever l'excès de la pâte par un mouvement de va et vient avec une truelle maintenue perpendiculairement à la surface du moule. ✓ Placer l'ensemble sur la platine de l'appareil de Vicat. ✓ La sonde de diamètre Ø = 10 mm est amené à la surface de la pâte et lâchée sans vitesse initiale. La sonde s'enfonce dans la pâte. Quand elle s’immobilise ; ou au plus tard 30s après l'avoir relâchée. ✓ Mesurer la distance d entre l'extrémité de la sonde et le fond du moule, cette distance d caractérise la consistance. Si d= 6mm ±2 ; c'est la consistance normalisée Si d est différente de cette valeur, on refait l'essai avec un nouveau rapport E/C jusqu'à l'obtention de la valeur recherchée. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 30 Tableau II.13 : Propriétés physiques des ciments préparés (consistance normale). Types de ciment CPJ 1 CPJ 2 CPJ 3 CPJ 4 Laitier (%) 0% 5% 10% 15% Consistance normale E/C % 30 29.2 28.4 28 Figure II.6 : Appareil de Vicat manuel. B -Essai de Prise : Objectif de l'essai : Il consiste à déterminer le début et la fin de prise des pâtes pures des ciments étudiées conformément à la norme EN 196-3. Principe de l'essai : L'essai consiste à suivre l'évolution de la viscosité de la pâte en utilisant l'appareil de Vicat manuel ou automatique. (Figure II.7). Figure II.7 : Appareil de Pr isomètre Vicat automatique. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 31 Le Vicat manuel équipée d'une aiguille de 1.13mm de diamètre ; sous l'effet d'une charge de 300g l'aiguille s'enfonce à une distance d du fond du moule. Si d= 6mm ± 3 On dit que c'est le début de prise, le temps est mesuré à partir du temps 0 du début de malaxage. Si l'enfoncement de l'aiguille dans la pâte vaut d=0.5mm. On dit que c'est la fin de prise, alors la pâte devient un bloc rigide. Equipement utilisé : Une armoire climatique maintenue à 20°C ±1°C et une humidité relative supérieure à 90% et l'appareil de Vicat équipé d'une aiguille de 1.13mm. Conduite de l'essai ( Norme EN 196-3) : Le temps zéro est celui ou le ciment a fini d'être ajouté à l'eau dans la cuve du malaxeur L'aiguille est amenée à la surface de l'échantillon et relâchée sans vitesse initiale. Lorsqu'elle s'immobilise (ou après 30s d'attente). On relève la distance d séparant l'extrémité de l'aiguille à la plaque de base. On recommence l'opération à intervalle de temps convenablement espacés jusqu'à ce que d = (6±3) mm cet instant mesuré à 5 mn près correspond au temps de début de prise. On continu l'opération on faisant tourner le moule sur l'autre face le temps de fin de prise correspond à l'enfoncement de l'aiguille dans la pâte que de 0.5mm pour la première fois. ➢ Appris essais en obtenus des résultats suivant : Tableau II.14 : Propriétés physiques des ciments préparés (début et fin de prise). Types de ciment CPJ 1 CPJ 2 CPJ 3 CPJ 4 Début de prise (min) 171 178 185 198 Fin de prise (min) 265 270 285 295 C - Essai de stabilité : Objectif de l'essai : La stabilité du ciment est exprimée par son aptitude à développer une expansion en volume lors de sa mise en œuvre, L’expansion provient essentiellement et est reliée à la présence de chaux libre (FcaO) dans le ciment ou de péri clase (MgO) cristallisée. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 32 Principe de l'essai : L'essai consiste à faire accélérer la réaction d'hydratation par un traitement thermique de la pâte pour pouvoir observer une expansion éventuelle des CPJ testé. Equipement nécessaire : Une armoire humide maintenue à une température de 20°C ± 1°C et au moins 90% d'humidité relative. Une bouilloire dans la quelle les éprouvettes sont immergées et la température de l'eau est portée de 20°C±2°C jusqu'à ébullition en 3h ± 5mn Deux moules en laiton élastique appelés "appareil le Chate lier". Ces moules sont fondus de façon à pouvoir s'ouvrir en cas d'augmentation de volume de la pâte. Conduite de l'essai : La pâte de consistance normalisée (voir paragraphe 2-5-2-1) est introduite dans les deux moules en laiton. Conservation des moules pendant 24h dans l'armoire humide. Au bout de ce temps on mesure à 0.5mm près l'écartement A des pointes des aiguilles, Le moule est entreposé dans la bouilloire pendant3h ± 5mn à une température d'ébullition. Soit B l'écartement au bout de ce temps des pointes des aiguilles et soit C l'écartement après refroidissement à 20°C La stabilité est caractérisé par la valeur C et A Stabilité = C- A Expansion = B - A Tableau II.15 : Propriétés physiques des ciments préparés (Expansion). Types de ciment CPJ 1 CPJ 2 CPJ 3 CPJ 4 SSB (cm2/g) 4450 4455 4500 4540 Expansion (mm) 1.5 1.5 1.5 1.5 Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 33 Figure II.8 : les Aiguillé de chate lier. Figure II.9 : La bouilloire de Chate lier. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 34 II.2.2.2 - Analyse chimique du ciment : Les compositions chimiques du clinker utilisé sont présentées dans le (Tableaux II.16). L’analyse chimique a été effectuée au laboratoire de la cimenterie (Lafarge holcim M’sila). Tableau II.16 : Principaux constituants chimique du clinker ( Lafargeholcim M’sila ) Elément Sio2 Al2O3 Fe2O3 Cao Mgo K2O Na2O SO3 (%) 21,42 3,39 0,22 65,33 1,47 0,47 0,25 2,38 II.2.2.3 - Analyse minéralogique du ciment : Les compositions minéralogiques du clinker utilisé sont présentées dans le (Tableaux III-17). L’analyse minéralogique a été effectuée au laboratoire de la cimenterie (Lafarge holcim M’sila). Tableau II.17 : Principaux constituants minéralogique du clinker ( Lafargeholcim M’sila). Elément Alite Bélite Alum Ferrite Lime Portlandite FCaO Periclase Quartz Arcanite Aphthitalite clinker 59,59 22,15 2,97 0,01 0,34 0.22 1 0,24 0,01 0,62 0,31 II.2.3 - Essais sur mortier : Le mortier de fibres végétales est un matériau composite qui se compose de deux matériaux non homogènes à savoir le mortier et les fibres végétales. Les qualités fondamentales du mortier de fibres sont largement marquées par divers facteurs tel que : La composition du mortier classique, le dosage et les dimensions des fibres, le malaxage, la maniabilité, la mise en place, la vibration, les dimensions de l’échantillon ainsi que le mode et la vitesse de chargement. III.2.3.1 - Préparation des Fibres : Les fibres de jute sont séparées en fibres individuelles dans l’eau, pour faciliter le mélange. Les fibres individuelles sont bien lavées à l’eau mélangée avec quelques gouttes de l’eau de javel pour enlever les impuretés et la couche de lignine qui entourent les fibres et qui gêne l’adhérence. Ensuite, elles sont coupées à des longueurs voulues. III.2.3.2 - Composition du Mortier Classique : La méthode de composition du mortier classique utilisée est celle donnée par la norme EN-196-1. La composition massique du mortier classique utilisée est comme suite : ✓ Sable normalisé : 1350 ± 5 g. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 35 ✓ Ciment : 450 ± 2 g. ✓ Eau de gâchage : 225 ± 1 g (le rapport eau/ciment est de 0,5) Nous avons travaillé avec une ouvrabilité constante. Cette ouvrabilité est déterminée par l’essai d’étalement et cela pour l’optimisation du rapport E/C et l’obtention d’une meilleure ouvrabilité. III.2.3.3 : Malaxage du Mortier de Fibres. Le malaxage et la confection du mortier de fibre sont effectués selon une méthode inspiré de la norme EN-196-1 en suivant les démarches développées par KRIKER [23], qui consiste à imbiber les fibres dans 10% d’eau de gâchage pendant 5 mn ensuite malaxer les agrégats (sable) avec 30 % d’eau de gâchage durant 30 s, par la suite introduire progressivement les fibres humides avec 30 % de l’eau de gâchage et malaxer durant 3 mn afin d’éviter d’une part, l’absorbation brusque d’un êtres grande quantité d’eau de gâchage ce qui gênerait l’opération de malaxage et d’autre part de faciliter la séparation des fibres, dans le but d’éviter leur regroupement. Enfin ajouter le ciment et le reste de l’eau en continuant le malaxage durant 2 mn et 30s. L’adjuvant est mélangé au préalable dans la totalité de l’eau de gâchage. Figure II.10 : Préparation de mortier avec de fibre. La procédure opératoire est la suivante : ✓ Verser l’eau dans le récipient et introduire le ciment soigneusement. ✓ Mettre le malaxeur en marche à petite vitesse. ✓ Après 30 secondes, introduire le sable régulièrement pendant les 30 secondes qui suivent et continuer à malaxer pendant 30 secondes. ✓ Arrêter le malaxeur pendant une minute et 30 secondes. Enlever à l’aide d’une raclette en caoutchouc tout le mortier adhérent à la paroi et au fond vers le milieu de celui-ci. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 36 ✓ Reprendre ensuite le malaxage à grande vitesse pendant une minute. La préparation des éprouvettes doit suivre le mode opératoire suivant : ✓ Le moule et sa hausse fermement fixés à la table de choc (figure II.11) ✓ Remplir avec précaution à l'aide d'une cuillère convenable, le moule à moitié et dans chaque compartiment de celui-ci. ✓ Etaler la couche uniformément en utilisant une spatule adéquate ; la tenir verticalement et avec des mouvements de vas et viens. Figure II.11 : Appareil de choc. ✓ Démarrer ensuite l'appareil de choc pour 60 coups. ✓ Introduire la seconde couche, niveler avec la spatule et démarrer l'appareil pour 60 autres coups. ✓ Retirer avec précaution le moule de la table, puis enlever immédiatement l'excès de mortier avec une règle métallique plate. ✓ Lisser la surface des éprouvettes en tenant la règle presque à plat (figure II.12). Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 37 Figure II.12 : Enlèvement de l’excès de mortier. ✓ Etiqueter les moules pour identification. ✓ Placer sans tarder, les moules dans une armoire humide, pendant 24 h. Figure II.13 : Armoire humide. ✓ Après 24 heures de cure, faire sortir les moules et procéder au démoulage des éprouvettes. Figure II.14 : Démoulage des éprouvettes. ✓ Immerger sans tarder, les éprouvettes dans un bain d'eau de température 20±1°C. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 38 Figure II.15 : Conservation des éprouvettes dans l’eau. ✓ Au jour prévu, les 3 éprouvettes sont rompues en flexion et en compression. Les normes ENV 197-1 et NFP 15-301 définissent les classes de résistance des ciments d’après leur résistance à 2 (ou 7 jours) et 28 jours. Ces âges sont donc impératifs pour vérifier la conformité d’un ciment. Figure II.16 : Appareil de compression et de flexion. Les résultats obtenus pour chacun des 6 demi-prismes sont arrondis à 0,1 MPa près et on en fait la moyenne. Si l’un des 6 résultats diffère de ± 10 % de cette moyenne, il est écarté et la moyenne est alors calculée à partir des 5 résultats restants. Si à nouveau un des 5 résultats s’écarte de ± 10 % de cette nouvelle moyenne, la série des 6 mesures est écartée. Auquel cas il convient de chercher les raisons de cette dispersion : malaxage, mis en place, conversation ? Lorsque le résultat est satisfaisant, la moyenne ainsi obtenue est la résistance du ciment à l’âge considéré. II.2.4 – Essais sur Le Laitier : Le Laitier utilisé dans notre étude expérimentale comme ajout est laitier séché importé. le ciment a été substitué partiellement à différents pourcentages (0%, 5%, 10%, 15%) par rapport au poids massique de clinker par un ajout laitier, II.2.4.1 - Analyse chimique du laitier : La composition chimique est indiquée dans le (Tableau II.18). Elle a été déterminée par l’essai de Spectrométrie à Fluorescence aux rayons X au laboratoire de la cimenterie de (Lafarge holcim M'sila). L’analyse s'effectue sur un échantillon finement broyé, afin de déterminer sa composition chimique. Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 39 Tableau II.18 : Principaux constituant chimique du laitier (Lafargeholcim M’sila) Elément Sio2 Al2O3 Fe2O3 Cao Mgo K2O Na2O SO3 (%) 35,33 10,78 0,37 42,07 7,10 0,26 0,46 0,55 II.2.4.2 Analyse minéralogique du laitier : La composition minéralogique est indiquée dans le (Tableau II.19). Elle a été déterminée par l’essai de DRX au laboratoire de la cimenterie de (Lafarge holcim M’sila). L’analyse s'effectue sur un échantillon finement broyé, afin de déterminer sa composition minéralogique. - Phase vitreuse (teneur en verre) ≥ 2 / 3 de la masse totale (Calculé par DRX) - ( Ca0 + MgO + SiO2 ) ≥ 2 / 3 de la masse des constituants - ( CaO + MgO ) / SiO2 ≥ 1 (l’indice de basicité ). Tableau II.19 : Principaux constituants minéralogique du laitier (Lafargeholcim M’sila). Elément Merwinite Melilite Bredigite Quartz Calcite BFS_amorphous (%) 0,00 0,18 0,07 0,17 1,36 98,23 Figure II.17 : Composition minéralogique de laitier (Lafarge holcim M’sila). Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 40 II.2.5 – Essais sur Le Fibre de jute (filasse) II.2.5.1 - Analyses physiques du fibre de jute (filasse) : Tableau II.20 : Caractéristiques physiques de la fibre de jute a l’état naturel [24]. Masse volumique (g/cm3) 1,3 - 1 ,49 Longueure (mm) 1,5 – 120 Diamétre (µm) 20 – 200 Résistancea la traction (MPa) 320 – 800 Module de Traction (GPa) 8 -78 Module spécifique (N.m/kg) 30 Elongation (%) 1- 1,5 Angla Micro-fibrilaire (degrés) 8 II.2.5.2 - Analyses chimiques de la fibre de jute (filasse) : Tableau II.21:Composition chimiques de la fibre de jute a l’état naturel [24], pourcentage en poids. Cellulose 59 - 71,5 Hémicellulose 13,6 - 20,4 Lignine 11,8 – 13 Pectine 0,2 - 0,4 Cires 0,5 Eau 12,5 - 13,7 II.2.6 - Essais sur Les adjuvants II.2.6.1- Les caractéristiques physiques et chimiques de super plastifiants : Tableau II.22 : Les caractéristiques du super-plastifiant utilisé. MEDAFLOW 30 (Liquide) Couleur Brun clair PH 6 - 6.5 Densité 1,07 + 0,01 Teneur en chlore (g/L) ˂ 0,1 Extrait sec (%) 30 Dosage recommandé du poids de ciment (%) 0,5 à 2,0 Effet Ne présente pas d‘effet Retardateur Chapitre II Caractéristique des matériaux et méthode d’essais 41 II.2.7 - L’eau de gâchage : L'eau utilisée pour la confection des mortiers est une eau distillé préparé au laboratoire de la cimenterie ( Lafarge holcim M'sila ). Figure II.18 : Distillateur ( Lafargeholcim laboratoire ). II.3 - Conclusion : Dans ces chapitres ont utilisé essais physique et chimique et minéralogique dans un différend laboratoire, et nous devons donner une idée générale des principales caractéristiques des matrice cimentaire utilisés dans la formulation des mortiers qui ont été étudiés de performances mécaniques. La connaissance de ces caractéristiques nous aider beaucoup dans le commentaire sur les résultats des tests expérimentaux. Chapitre III Résultats et Discussions 42 III .1 - Introduction : Dans ce on présente les différents résultats expérimentaux des essais effectués sur les différents composants du ciment anhydre, les mortiers suivis par des discussions et interprétations basés sur la littérature. III.2 - Détermination de la composition du mortier avec fibre : Pour la composition de mortier de fibre, nous avons utilisé la même démarche que celle du mortier classique. De ce fait la quantité de ciment et l’eau sont celles d’un mortier classique. Pour la quantité de sable, nous avons substitué le volume de fibre du volume de sable de sorte que le volume de fibre plus le volume du sable reste constant et égale à celui d’un mortier classique comme les tableaux suivant. Tableau III.1 : composition de mortier témoin. Fibre de jute (Filasse) = 0cm Adjuvant (%) Laitier (%) C/E E/C Af (cm) Eau utilisé (g) 0 0 1/3 0,5 6,8 225 Tableau III.2 : composition de mortier avec fibre L = 5cm. Fibre de jute (Filasse) L = 5 cm Adjuvant (%) Laitier (%) C/E E/C Af (cm) Eau utilisé (g) 1 5 1/3 0,4 6,5 180 10 1/3 0,395 6,5 177,75 15 1/3 0,391 6 175,95 1,5 5 1/3 0,380 5.8 171 10 1/3 0,378 5,7 170,1 15 1/3 0,370 5,3 166,5 Tableau III.3 : composition de mortier avec fibre L = 10cm. Fibre de jute (Filasse) L = 10 cm Adjuvant (%) Laitier (%) C/E E/C Af (cm) Eau utilisé (g) 1 5 1/3 0,4 6,1 180 10 1/3 0,395 6,4 177,75 15 1/3 0,391 6 175,95 1,5 5 1/3 0,380 5.5 171 10 1/3 0,378 5,7 170,1 15 1/3 0,370 5 166,5 Chapitre III Résultats et Discussions 43 Tableau III.4 : composition de mortier sans fibre L = 0cm. Sans fibre de jute (Filasse) = 0 cm Adjuvant (%) Laitier (%) C/E E/C Af(cm) Eau utilisé (g) 1 5 1/3 0,4 6,3 180 10 1/3 0,395 6,1 177,75 15 1/3 0,391 6 175,95 1,5 5 1/3 0,380 5.8 171 10 1/3 0,378 5,5 170,1 15 1/3 0,370 5,1 166,5 III.3 - Essais et procédures : III.3.1 - Détermination de la fluidité : Définition : La consistance ou ouvrabilité d’un mortier est une facture important, il est mesuré lors de l’essai d’affaissement par le cône d’Abrams est probablement affectée par la teneur en eau. Les résultats d’essais au cône ont fluidité dans notre investigation été prise plus au moine constant et ou analyses la réduction d’eau et le rapport E/C. On présente les résultats obtenus comme suite : On introduisant le laitier et les fibres peu de variation concernant le rapport E/C qui prend une valeur entre 0,40 et 0,370. Ce rapport est uniquement influencé par l’ajout de l’adjuvant qui a permis de réduire ce rapport E/C de 0.4 à 0.370. III.3.2 - Détermination de la masse volumique du mortier : On détermine la masse volumique après avoir retiré les éprouvettes des bacs et les avoir laissés à l’air libre pendant 20 minutes afin qu’elles aient une humidité nominale juste avant l’essai mécanique aux différents âges, on détermine la masse volumique est donnée par la formule suivante : P= (M/V) Ou : ✓ M : masse de l’éprouvette. ✓ V: volume de l’éprouvette. Les résultats d’essai masse volumique de mortier et obtenue a 28 jours décrite les étapes et les tableaux suivant : Chapitre III Résultats et Discussions 44 III.3.2.1 – masse volumique de mortier sans fibre : Tableau III.5 : Masse volumique de mortier sans fibre. Fibre (cm) Adjuvant (%) Laitier (%) Masse volumique (g/cm3 ) 0 1 5 2,04 10 2,042 15 2,029 1,5 5 2,045 10 2,081 15 2,047 III.3.3.2 – masse volumique de mortier avec fibre : a-Langueur de fibre L = 5cm : Tableau III.6 : Masse volumique de mortier avec fibre de langueur L=5cm. Fibre (cm) Adjuvant (%) Laitier (%) Masse volumique (g/cm3 ) 5 1 5 2,112 10 2,063 15 2,051 1,5 5 2,148 10 2,087 15 2,068 b-Langueur de fibre L = 10 cm : Tableau III.7 : Masse volumique de mortier avec fibre de langueur L=10cm. Fibre (cm) Adjuvant (%) Laitier (%) Masse volumique (g/cm3 ) 10 1 5 2,072 10 2,034 15 2,026 1,5 5 2,093 10 2,076 15 2,054 Chapitre III Résultats et Discussions 45 III.3.4.3 – masse volumique de mortier témoin CPA : Tableau III .8 : Masse volumique de mortier témoin. Fibre (cm) Adjuvant (%) Laitier (%) Masse volumique (g/cm3 ) 0 0 0 2,033 III.3.3 - Détermination de la résistance du mortier : Cette instruction à pour objet la détermination des résistances mécaniques à la compression et la flexion sur mortier de ciment, selon les spécifications de la norme européenne EN 196-1. b-Résistance à la flexion : ✓ Placer le prisme dans le dispositif de flexion avec une face latérale de moulage sur les rouleaux d’appui. ✓ Appliquer la charge verticalement et faire augmenter uniformément a charge jusqu'à rupture. Conserver les deux demi-prismes. Calculer la résistance à la flexion Rf au moyen de la formule suivante : Rf = 1,5 Ff .L/b3 (N/mm2) ou (Mpa) b : est le coté de la section carrée du prisme en (mm) Ff : est la charge appliquée au milieu du prisme à la rupture (Newton) L : est la distance entre les appuis en (mm). Figure III.1 : flexion de mortier 4x4x16. a-Résistance a la compression : ✓ Placer le demi prisme en compression sur les faces latérales de moulage. ✓ Centrer chaque demi prisme dans le compartiment d’essai. ✓ Appliquer la charge verticalement et faire augmenter uniformément la charge jusqu'à rupture. F : charge appliquée en KN. S : surface du demi-prisme cm2  : Contrainte appliquée Mpa ou N/mm2 Figure III.2 : compression de mortier 4x4x16.   = F/S F Chapitre III Résultats et Discussions 46 Les résultats expérimentaux des essais mécaniques obtenus sont des tableaux donnant la valeur moyenne de trois essais comme suite. III.3.3.1–Résistance mécanique de mortier sans fibre : Tableau III .9 : Résistance mécanique sans fibre L= 0cm. Résistance mécanique Rc (Mpa) Rf (Mpa) Adjuvant(%) Laitier(%) 7j 14j 28j 7j 14j 28j 1 5 36 42,5 44,5 6,3 6,7 7,8 10 37,3 43,5 52,9 6,4 6,8 8,6 15 35,8 40,1 43,5 6,3 6,6 7,5 1,5 5 37 44,5 48,5 6,4 6,6 7,9 10 38,2 45,5 55,5 6,6 7 8,7 15 38 43,3 50,5 6,5 6,8 8,2 III.3.3.2–Résistance mécanique de mortier avec fibre : a- avec fibre de langueur L=5cm Tableau III .10 : Résistance mécanique avec fibre L=5cm. Résistance mécanique Rc (Mpa) Rf (Mpa) Adjuvant(%) Laitier(%) 7j 14j 28j 7j 14j 28j 1 5 42,2 43,3 53,5 7 7,8 8,8 10 40,2 42,2 50,7 6,8 7,4 7,6 15 37 39,9 47,5 6 7,3 7,2 1,5 5 44,1 45,8 60,2 7,4 8,1 8,9 10 41,3 42,1 57,3 7,2 7,9 8,5 15 36,6 39,8 51,9 6,5 7,4 8,4 Chapitre III Résultats et Discussions 47 b- avec fibre de langueur L=10cm Tableau III .11: Résistance mécanique avec fibre L=10cm. Résistance mécanique Rc (Mpa) Rf (Mpa) Adjuvant(%) Laitier(%) 7j 14j 28j 7j 14j 28j 1 5 42,2 46,3 50,8 6,5 7,2 8 10 37,15 42,5 49,3 6,1 6,7 6,8 15 35,3 41,5 48,3 6,4 6,3 6 1,5 5 43,9 48,5 52,6 7 7,6 8,1 10 43,1 47,8 52,2 6,8 7 7,6 15 41,9 46,2 45,5 6,6 6,8 7 III.3.3.3–Résistance mécanique de mortier CPJ témoin : Tableau III .12 : Résistance mécanique de mortier CPJ témoin. Résistance mécanique Rc (Mpa) Rf (Mpa) Adjuvant(%) Laitier(%) 7j 14j 28j 7j 14j 28j 0 0 37,2 47,5 51,9 6,4 6,7 7,8 Chapitre III Résultats et Discussions 48 III.4 - Discussions des résultats : III.4.1 - Fluidité : La fluidité est maintenue ce constaté et la réduction d’eau est affectée par l’ajout de laitier est fibres avec déférentes longueur seulement en introduisant l’adjuvant ou constaté une réduction de l’eau de gâchage. III.4.2 - Masse volumique de mortier : III.4.2.1 - Influence de lalangueur de fibre sur la masse volumique de mortier : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 2,16 M as se v ol um iq ue (k g/ l) Langueur de fibre (cm) Masse volumique Figure III.3 : Effet des langueurs de la fibre sur la masse volumique. D’après la figure III.3 montrant les résultats de la masse volumique obtenus, on constate que l’utilisation des fibres végétale et que la longueur de l = 5cm nous permet d’atteindre l’optimum dans cette investigation, cela est du principalement à la courte longueur qui ne gène pas l’arrangement des grains dans la matrice cimentaire. III.4.2.2 - Influence du laitiersur la masse volumique de mortier avec et sans fibre : 5 10 15 2,04 2,06 2,08 2,10 2,12 2,14 2,16 M as se v ol um iq ue (k g/ l) Laitier (%) L=0cm+1,5% sp L=5cm+1,5% sp L=10cm+1,5% sp Figure III.4 : variation de la masse volumique en fonction d’ajout de laitier. Chapitre III Résultats et Discussions 49 L’utilisation du laitier granulé a permet l’amélioration de la masse volumique pour tous les pourcentages utilisés, la figure (III.4), montre que l’utilisation de 5% de laitier dans le mortier permet une amélioration optimale de la masse volumique pour les deux longueurs de fibre utilisées, la valeur optimale de la masse volumique en utilisant une longueur de fibre de 5cm avec 5% de laitier atteint 2,148 kg/l. III.4.2.3 -Influence de l’adjuvant Sur la masse volumique avec et sans fibre : 1,0 1,5 2,040 2,055 2,070 2,085 2,100 2,115 2,130 2,145 2,160 M as se v ol um iq ue (k g/ l) Adjuvant (%) L=0cm L=5cm L=10cm Figure III.5 : variation de la masse volumique en fonction différent pourcentage d’adjuvant. L’utilisation de l’adjuvant améliore la masse volumique pour toute longueur de fibre utilisé, la figure III.5, l’amélioration optimale est réalisée pour les mortiers à dosage de 1,5% d’adjuvant et l’utilisation de la fibre court (L = 5cm). III.4.3 – Résistance mécanique : III.4.3.1 -Résistance a la compression : a- Influence du laitier sur la résistance à la compression : 5 10 15 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 R és is ta n ce a c o m p re ss io n ( M p a) Laitier (%) 7j+0cm 14j+0cm 28j+0cm 7j+5cm 14j+5cm 28j+5cm 7j+10cm 14j+10cm 28j+10cm Figure III.6 : Effet du laitier sur la résistance a la compression. Chapitre III Résultats et Discussions 50 Pour tout âge et pour tout ajout de laitier utilisé une amélioration de la résistance en compression du mortier est constatée, la figure III.6,montre clairement que l’ajout de 5% de laitier est suivi par une amélioration optimale de la résistance à la compression du mortier sur tous si on utilise des fibres courtes avec un dosage en adjuvant de 1,5% , on dépassant 10% de laitier la résistance à devenir faible et avec l’utilisation des fibres de longueurs de 10cm la résistance du mortier devient plus faible. b- Influence de l’adjuvant sur la résistance à la compression du mortier : 1,0 1,5 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 R é s is ta n c e a l a c o m p re io n ( M p a ) Adjuvant (%) 7j+0cm 14j+0cm 28j+0cm 7j+5cm 14j+5cm 28j+5cm 7j+10cm 14j+10cm 28j+10cm Figure III.7 : variation de la résistance a la compression en fonction pourcentage l’adjuvant. L’incorporation de l’adjuvant (1%, 1,5%)permet l’amélioration de la résistance à la compression du mortier à tout âge et pour différentes longueurs de fibre, la figure III.8, nous permet de constater que l’ajout de 1,5% d’adjuvant avec des fibres de longueurs courte (L=5cm) engendre la résistance à la compression du mortier optimal à l’âge de 28jours ,cela est bien sure du au rôle principal de l’adjuvant en lubrifiant les particules de la matrice cimentaire et permettre ainsi le meilleur réarrangement des grains dans la matrice cimentaire et sa sa valeur optimale atteint 60Mpa. Chapitre III Résultats et Discussions 51 c- Influence de la langueur de la fibre sur la résistance à la compression : 0 5 10 35 40 45 50 55 60 65 70 R és is ta n ce a la c o m p ré ss io n ( M p a) Langueurs de fibre (cm) 7j 14j 28j Figure III.8 : variation de la résistance a la compression en fonction les langueurs de fibre. D’après la figure III, 8, on constate que la longueur de la fibre influe positivement la contrainte de compression du mortier et cela est bien visible, à l’âge de 28 jours avec un dosage en adjuvant de 1,5% et un ajout de 5% de laitier et en utilisant la courte fibre la résistance du mortier est optimale atteint 60Mpa. d- Comportement dans le temps du mortier : 0 7 14 21 28 0 10 20 30 40 50 60 R és is ta nc e a la c om pr es si on (M pa ) Temps (jours) L=0cm L=5cm L=10cm Figure III.9 : variation de la résistance a la compression dans le temps. La figure III.9, montre que le comportement du mortier n’est pas affecté par l’ajout de laitier, l’utilisation des différentes longueurs de fibres et l’incorporation d’un adjuvant la loi régissant le comportement reste toujours parabolique rapide dans l’intervalle 0 – 7jours et lente dans l’intervalle 14 – 28jours. Chapitre III Résultats et Discussions 52 III.4.3.2 - Résistance a la Flexion : a- Effet de différente langueur de fibresur la flexion : 0 5 10 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 R és is ta n ce a la f le xi o n ( M p a) Langueur de fibre (cm) 7j +1,5% sp 14j+1,5% sp 28j+1,5% sp Figure III.10 : Effet de la longueur de fibre sur la résistance a la flexion. L’incorporation des fibres végétales dans le mortier de longueurs 5,10cm influe positivement la résistance en flexion du mortier cela est bien visible sur la figure III.10 qui confirme que les longueurs de fibres utilisées améliorent la réponse mécanique de la matrice cimentaire et l’optimum est obtenu pour la longueur de 5cm avec un dosage en adjuvant de 1,5% et l’incorporation de 5% de laitier la résistance en flexion atteint la valeur de 8,85Mpa. b- Effet de l’adjuvant sur la résistance en flexion : 1,0 1,5 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 8,0 8,2 8,4 8,6 8,8 9,0 R és is ta nc e a la fl ex io n (M pa ) Adjuvant (%) 7j+0cm 14j+0cm 28j+0cm 7j+5cm 14j+5cm 28j+5cm 7j+10cm 14j+10cm 28j+10cm Figure III.11 : variation la résistance a la flexion en fonction du % d’adjuvant. L’ajout de l’adjuvant dans la matrice cimentaire est bien connu pour sa performance mais le combiner avec d’autres additions permet d’améliorer sa performance sur la réponse mécanique surtout ce qui est montré sur la figure III.11, pour tous dosage en super plastifiant est suivi d’une Chapitre III Résultats et Discussions 53 amélioration de la réponse mécanique à tout âges, combiner avec 5% de laitier et des fibres végétales de courte longueur (5cm) donne un optimum de résistance en flexion d’une valeur proche de 9Mpa. c- Influence du laitier sur la résistance a la flexion : 5 10 15 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 R és is ta n ce a la f le xi o n ( M p a) Laitier (%) 7j+0cm+1,5% L 14j+0cm+1,5% L 28j+0cm+1,5% L 7j+5cm+1,5% L 14j+5cm+1,5% L 28j+5cm+1,5% L 7j+10cm+1,5% L 14j+10cm+1,5% L 28j+10cm+1,5% L Figure III.12 : variation la résistance a la flexion en fonction la % laitier. l’ajout du laitier granulé à grande finesse de mouture avec des pourcentages de 5, 10 et 15% combiné avec des fibres végétale de longueurs (5 et 10 cm)permet de réaliser des mortier de meilleurs qualités, on constate à travers la figure III.12, représentant les résultats d’essais effectués que l’utilisation de 5% de laitier combiné à un adjuvants et des fibres végétale donne de bonne réponses mécanique en flexion. a- Comportement de la résistance en la flexion du mortier dans le temps : 0 7 14 21 28 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R és is ta n ce a la f le xi o n ( M p a) Temps (jours) L = 0c m + 1 0% L + 1, 5% s p L = 5c m + 5 % L + 1, 5% s p L = 10 cm + 5 + 1, 5% s p Figure III.13 : Comportement de la résistance en flexion dans le temps. Chapitre III Résultats et Discussions 54 La figure III 13. Montre que le comportement du mortier n’est pas af