Essais sur le béton frais

Source : Roberto Leon, département de génie Civil et environnemental, Virginia Tech, Blacksburg, VA

Béton est l’un des matériaux de construction plus courants et se compose de deux phases : la phase mortier, composé de béton, eau et air et la phase de l’agrégation, composé d’agrégats grossiers et fins. Il y a deux considérations essentielles lors de la conception d’un mélange de béton. Tout d’abord, le béton doit être pratique et facile à monter dans les formes dans son état frais, même lorsque les formes sont emballés avec une armature en acier. Dans cette condition, c’est la rhéologie du béton qui est important. En second lieu, le mélange doit produire un béton de résistance spécifiée à 28 jours (ou même temps spécifié) qui est durable et assure le bon état de fonctionnement.

Dans cet exercice de laboratoire, une méthode de mélange de béton dosage, le nom de la méthode d’essai de traitement par lots, seront explorés. Le béton produit servira à mener les tests typiques afin de déterminer les principales caractéristiques du béton frais, y compris le marasme, fluidité, teneur en air et la densité. La méthode d’essai de traitement par lots est une approche simple et empirique à la conception de mélange.

Les objectifs de cette expérience sont de quatre ordres : (1) d’utiliser la méthode de mélange de lots du procès pour déterminer les proportions optimales de granulats, ciment et eau pour béton répondre aux exigences de l’affaissement spécifié, (2) d’apprendre la pratique concrète de mélange dans un laboratoire environnement, (3) pour l’observation des propriétés caractéristiques du béton frais et (4) pour préparer 4 "x 8 » cylindres en béton à une évaluation subséquente.

Dans la méthode d’essai de traitement par lots, un ratio approprié de l’eau-ciment (w/c, en masse) est sélectionné en premier afin d’obtenir la résistance souhaitée (tableau 1) et la durabilité (tableau 2) ; puis un mélange est fait avec cette spécifiques w/c, incorporant des granulats fines et grossières pour obtenir la consistance désirée en plastique (affaissement et maniabilité). En pratique, ce processus est souvent itératif, lorsque plusieurs lots sont préparés et modifiés en conséquence pour réaliser le mélange plus économique avec les propriétés désirées.

Le tableau 1. W/c minimum pour atteindre la résistance.

Le tableau 2. W/c maximum pour les catégories sélectionnées de durabilité.

La méthode du procès commence avec la spécification de l’élément de base : ciment, eau, agrégats grossiers et fins et teneur en air cible. Les agrégats grossiers et fins sont censés pour être inerte, ainsi les principales variables dans le mélange sont le ciment, eau et air. L’eau / ciment (w/c) est le paramètre le plus important, comme la résistance du béton (tableau 1) dépend directement de cette quantité, qui varie généralement de sujet de 0,35 pour béton à haute résistance, à environ 0,6 pour faible résistance (béton allées et trottoirs). Un plus faible rapport e/c diminue la perméabilité du béton, améliorant sa durabilité en réduisant les tarifs au cours de laquelle des ions de sels pénètrent le béton et conduisent à la corrosion de l’armature (tableau 2). Arbitrairement, la force est habituellement mesurée à 28 jours après la coulée.

Un affaissement, ou la mesure de la fluidité du béton, est également couramment indiquée pour faciliter la mise en place du béton dans le coffrage. L’essai d’affaissement se compose de remplissage avec du béton frais et de compactage d’un cône inversé en acier en trois couches. Une fois que le cône est rempli, le cône se soulève verticalement et il faut mesurer la quantité que le béton s’effondre. Pour une bonne maniabilité, la chute de l’ordre de 3 à 5 po est couramment indiquée. Le comportement du béton sous ce test est également une indication précieuse de la cohésion du mélange. Un mélange bien proportionné va peu à peu s’affaisser à plus basse altitude et conserver sa forme originale, alors qu’un mélange pauvre va s’écrouler, séparer et se désagrège.

La teneur en air joue également un rôle important dans la durabilité, surtout si le béton doit être utilisé dans une région qui subit des cycles de gel et de dégel. En cas de gel, l’eau libre tourne rapidement à la glace, expansion d’environ 10 %. Ainsi, il faut beaucoup de bulles d’air très petit, très rapprochées dans le mélange pour permettre cette expansion sans fissuration du béton. Pour augmenter la résistance au gel-dégel, agents d’entraînement d’air sont ajoutés au béton pour augmenter la quantité d’air de 1 à 2 % à environ 5 à 7 % du volume total. Le montant le plus élevé de l’air se traduit par une force plus faible, donc pour une force donnée, un w/c plus élevé est nécessaire si l’entraînement de l’air est utilisé (voir tableau 1). Il existe plusieurs techniques qui peuvent servir à mesurer la teneur en air du béton frais, et le choix de la technique à employer dépend de la disponibilité de l’équipement.

Le gain de force du béton dépend aussi de plusieurs autres facteurs, avec la température et l’humidité représentant les plus grands autres facteurs contributifs à la force polymérisation. Cuisson à haute température et d’humidité accélérer le gain de force sensiblement.

Les données suivantes sont données pour les matières dans ce laboratoire :

• Ciment : Ciment Normal (Type I) avec une densité de 3.15 (SG)
• Effondrement : La crise initiale désirée est 3.5 + 0,5 en. Ce béton est facilement monter mais il faudra les vibrations s’il existe des petites distances d’isolement entre l’armature en acier et les formes.
• Contenu de l’air : le mélange de béton sera indiqué comme non-air occlus. Cependant, il y aura un peu d’air piégé. Prendre 1,5 % piégé air.
• Eau / ciment (w/c) : cette valeur sera variable, mais le mix original sera un w/c = 0,45.
• Agrégats grossiers : Une gradation de granit #67 écrasée sera utilisée. L’agrégat grossier a une densité de 2,65 (vrac SSD), une capacité d’absorption de 0,58 %, une unité de poids sec-rodded du pcf 100 et une taille totale maximale (MSA) de 3/4".
• Granulats fins : Un sable naturel sera utilisé. L’agrégat fin a une densité (vrac SSD) de 2,63 et une capacité d’absorption de 0.40 %.
• Teneur en humidité réelle (MC) pour des agrégats grossiers et fins est à déterminer : la conception du mélange sera pour l’état saturé surface sèche (SSD).

Les quantités des matériaux utilisés pour cette expérimentation sont répertoriées dans le tableau 3 ci-dessous. La quantité de matériel devrait être suffisant pour produire le béton pour effectuer un cast de diamètre 4 po dix spécimens long cylindre 8 po. La quantité de sable et de gros granulats sera ajustée pendant le traitement par lots pour atteindre ouvrabilité suffisante et marasme pour le mélange de béton.

Tableau 3. Quantité initiale de matériaux pour laboratoire (lb) de béton.

La conception du mélange décrite ci-après ne contient-elle pas au départ des adjuvants. Adjuvants sont des additifs chimiques qui sont utilisés pour améliorer la maniabilité et l’économie du béton frais ou pour augmenter la durabilité à long terme du béton. Exemples d’adjuvants utilisés pour améliorer la maniabilité superplastifiants ou produits chimiques qui réduisent considérablement la viscosité du mélange pour une courte période de temps afin de faciliter le placement dans les formes. Autres exemples de mélanges utilisés pour des raisons économiques réducteurs d’eau haut de gamme, ou des additifs qui maintiennent la même maniabilité avec moins d’eau et par conséquent moins de ciment (pour un rapport de la constante w/c ). Enfin, on peut citer des adjuvants utilisés pour améliorer la durabilité des agents entraînement d’air, ou produits chimiques qui créent de nombreuses bulles d’air petite, bien dispersés qui permettent l’eau libre dans le béton durci pour étoffer la congélation sans fissuration.

Tout d’abord, la procédure suivante décrit le processus de mélange, puis les tests typiques (affaissement, densité et teneur en air) utilisés dans le domaine afin de déterminer la qualité, la cohérence et la maniabilité. La procédure décrite ici s’est avérée pour fonctionner correctement avec une petite bétonnière.

1. mélanger le béton par la méthode d’essai

1. Quantités de pesée des agrégats grossiers et amende agrègent et de les stockent dans des conteneurs séparés. Noter les poids exactes sur la feuille de données.
2. Peser la quantité de ciment donnée ci-dessus dans le tableau 1 et le placer dans un récipient séparé.
3. Peser la quantité de mélange de l’eau donnée ci-dessus dans le tableau 1 et le placer dans un récipient.
4. Humidifier l’intérieur de la table de mixage et tous les outils qui seront utilisés, afin qu’ils soient humides, mais pas avec toute l’eau stagnante.
5. Mettre l’agrégat grossier, agrégats fins et environ 1/5 de l’eau dans la petite bétonnière et mélanger pendant environ 2 minutes.
6. Avec le mélangeur sur son erre, commencer à ajouter le ciment et l’eau supplémentaire en petits incréments (10 à 20 % du total à chaque étape) et mélanger pendant 5 minutes supplémentaires.
7. Arrêter le batteur et l’affaissement du béton mix d’essai. Pour tester le marasme, humidifier le cône d’affaissement et placer dans la cuve de mélange. Tenir le cône d’affaissement vers le bas fermement contre le pan. Remplir le cône d’affaissement de béton en trois couches, chacun environ un tiers du volume du cône d’affaissement pour chaque couche.
8. Tige de chaque couche à 25 coups, uniformément répartie sur la section transversale du cône. La tige doit légèrement pénétrer dans la couche précédente. Après que la couche supérieure a été rodded, radier béton excédentaire avec la tige de bourrage, afin que le cône est rempli exactement.
9. Enlever le cône immédiatement le béton en le soulevant avec précaution dans le sens vertical. Mesurer la « récession » du béton en déterminant la différence entre la hauteur du moule et la hauteur du béton affaissée.
10. Après l’effondrement du mesurage est terminé, appuyez sur le côté du tronc de cône béton doucement avec la tige de bourrage.
11. À ce stade l’affaissement du mélange doit être de l’ordre de 3 à 4 po. Si l’affaissement est trop faible ou si le mélange semble être sévère, progressivement ajouter de petites quantités d’agrégats grossiers (ou les deux), soigneusement remix le béton et retestez le marasme. Répétez ce processus jusqu'à ce que le mélange atteigne l’affaissement désiré et la cohérence. Assurez-vous que pour suivre les montants supplémentaires de matériau utilisé.
12. Lorsque le lot est jugé satisfaisant par l’essai d’affaissement, peser les autres agrégats et enregistrement dans la feuille de données. Calculer le montant réel des agrégats grossiers et fins utilisés dans le mélange de béton de poids initiales.
13. Déterminer le poids spécifique du mélange béton en remplissant et en pesant un récipient de 1 pied cube. Le réservoir doit être rempli et tester rodded de la même manière que le cône de l’effondrement.

2. entraînement d’air stable

Si le mélange de béton a été conçu pour être une région avec des cycles de gel-dégel, il est probable qu’une teneur de mélange d’entraînement d’air serait a été spécifiée pour faire une gamme de 6 % à 8 % de la teneur en air totale. Pour démontrer cet effet, prendre les autres en béton et ce remix tout en ajoutant le mélange de l’entraînement d’air. Tout d’abord, mélanger pendant environ 3 minutes et ensuite procéder à un essai de contenu aérien à l’aide d’un appareil d’entraînement aérien. N’oubliez pas que la procédure des essais est dispositif spécifique, donc la procédure suivante se réfère exclusivement à l’appareil utilisé dans cette vidéo, ou similaire.

1. Remplir le récipient inférieur avec du béton suivant les instructions pour l’obtention d’un poids unitaire.
2. Fermez la valve principale de couleur rouge sur le dessus du réservoir d’air.
3. Ouvrir les deux robinets de purge situés sur le dessus du couvercle.
4. Placez le couvercle sur le récipient de produit et fermer les pinces quatre ailettes.
5. Versez l’eau dans l’entonnoir jusqu'à ce que l’eau sort du robinet de purge dans le centre du couvercle.
6. Jar le compteur doucement jusqu'à ce qu’aucune bulle d’air ne sortir par le robinet de purge du centre. Fermer les deux robinets de purge.
7. Fermer la soupape d’air principale et le robinet de purge à la fin du reservoir.
8. Doucement, pompe d’air dans le récepteur jusqu'à ce que la jauge de main se rapproche de la ligne rouge. Assurez-vous que la main passe le point de départ initial. Il n’importe pas que la main est d’un côté ou de l’autre côté de la ligne rouge.
9. Touchez la jauge doucement d’une main. Dans le même temps, casser le robinet de purge jusqu'à ce que la main de jauge repose exactement sur le point de départ initial.
10. Rapidement, fermer le robinet de purge. Ouvrir la valve principale entre le reservoir et le récipient de produit.
11. Jar le récipient légèrement après avoir relâché la pression pour laisser les particules se réorganiser. Tapez la jauge doucement jusqu'à ce que la main de jauge vient s’y reposer. Inscrire la mesure comme le pourcentage d’air occlu.

3. béton préparation cylindre

1. Garnissez les moules de cylindre en plaçant le béton dans le moule de cylindre en trois couches d’environ de volume égal.
2. Tige de chaque couche à 25 coups à l’aide d’une petite tige de bourrage (tige de diamètre 1/4 po). Répartir les traits uniformément sur la section transversale du moule.
3. Après que la couche supérieure a été rodded, rayer la surface du béton avec une truelle. Remplir un total de dix échantillons cylindriques en béton. Mesurer le poids de tous les moules de dix cylindres remplis de béton et noter le poids sur la feuille de données.
4. Couvrir les cylindres en béton avec un sac en plastique pour éviter l’évaporation de l’eau du béton.
5. Pour le mixage final, calculer le poids requis de matériaux pour faire un yard cube de béton. Enregistrer ces résultats dans la feuille de données.
6. Après 24 + 8 heures, la bande des moules en plastique jetables de spécimens cylindriques en béton. Les bouteilles sont ensuite placées dans l’environnement de polymérisation énuméré au tableau 1. Schémas de polymérisation typiques sont : chambre de brouillard (1) un durcissement à 73,5 + 3,5^oF (23 + 2^oC) et 100 % HR, par ASTM C 192, durcissement ambiante (2) dans le laboratoire et (3) boîte isotherme durcissement (p. ex., boîte de cure). Nous allons utiliser le durcissement ambiant dans cette expérience.

4. ajouter les superplastifiants

1. Pour illustrer l’utilisation d’un adjuvant, retourner tout béton au mélangeur et ajouter une petite quantité de superplastifiants. Mélangez bien pendant 3 minutes et procéder à un essai de table d’écoulement.
2. Mouiller la table et le moule. Essuyer l’excès d’eau.
3. Tout en maintenant fermement le moule, remplissez le moule avec du béton en deux couches. Tige de chaque couche 25 fois, en vous assurant que rodding est uniforme à travers la section transversale.
4. Grève sur le dessus du moule, afin que le moule est rempli exactement.
5. Enlever le moule avec une traction constante à la hausse.
6. À l’aide de la poignée, soulever et déplacer la table d’une hauteur de 0,5, 15 fois en environ 15 secondes.
7. Prendre la moyenne des six mesures étrier distribuées symétriquement par rapport à la plus proche ¼ po. Cette valeur sera le diamètre de la propagation du béton.

En général, mélanges tel que celui décrit ci-dessus aura des effondrements de 3 à 4 pouces. Ces valeurs sont communes pour les petits travaux avec peu de congestion en acier dans les formes. Dans la construction moderne, l’utilisation généralisée des superplastifiants a signifié qu’il est économique obtenir la chute beaucoup plus élevée (6 à 10 pouces, c'est-à-dire de sous-finition autolissante béton). Mélanges non-air occlus montrera air contenu inférieur à 2 %, alors que les mélanges air occlus, selon dosage de mélange, affiche 5 à 8 % teneur en air. Du poids unitaire de bétons de poids normal est d’environ 145 à 150 livres par pied cube, mais béton avec agrégats légers (c.-à-d. élargis shales) peut être aussi léger que 100 à 120 livres par pied cube.

Marasme cône et flux table tests sont des résultats d’essais in situ utilisées pour déterminer si le béton est livré sur le site a l’ouvrabilité spécifiée. Ces essais visent à assurer une rhéologie adéquate pour le mélange, c'est-à-dire, un bon initial « viscosité » qui dure longtemps assez pour le béton obtenir de l’établissement de lots planter à sa position finale dans les formes sans laisser de grands vides ou des défauts similaires autour de la renfort. En outre, le test de la teneur en air est essentiel pour garantir la durabilité à long terme dans les zones où se produisent des cycles gel-dégel. Il est à noter que tous ces tests sont au mieux tenter de déterminer les quantités qui sont difficiles à mesurer dans le meilleur des cas. Sous la pression du temps et le chaos d’un lieu de travail, ces tests permettent des mesures indirectes des propriétés importantes court et long terme.

Le test décrit ci-après est utilisé chaque jour dans des milliers de chantiers de construction aux Etats-Unis et à travers le monde. L’application principale pour un test de ce type est de fournir le contrôle de la qualité et l’assurance qualité. Certains des cylindres test coulé dans ce laboratoire seront guéri dans des conditions spécifiées (chambre de brouillard un durcissement à 73,5 + 3,5^oF et 100 % d’humidité relative) et testé à 28 jours pour déterminer si la conception du mélange était appropriée. La température relativement élevée et l’humidité s’assure que la plupart du ciment va hydrater, donc le rapport e/c pour ce mélange fournira béton solide et durable. Ce travail expérimental s’assure que les centrales répondent aux spécifications requises. Certains des cylindres de test seront guéri dans les conditions ambiantes dans le lieu de travail pour déterminer à quelle vitesse le béton in situ durcit. Sur place, le développement de la force est lié principalement aux conditions de température et d’humidité qui sont aléatoires et peuvent varier considérablement sur une période de 28 jours. Pour compenser ces conditions, le concept de maturité béton est souvent utilisé. La maturité du béton est calculée en degrés-jours, généralement additionnant le nombre de jours fois la différence entre la température moyenne quotidienne et une température de référence (généralement 32^oF). Lorsque le nombre de degrés-jours atteint mille, le béton est supposé avoir atteint son effectif prévu.