Cours étude de la pâte cimentaire, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Méthode de préparation de la pâte de ciment

Le rôle de l’expérimentateur ainsi que la démarche expérimentale de l’élaboration de la pâte de ciment sont deux éléments importants, compte tenu de la sensibilité du comportement de cette dernière. La pâte de ciment est confectionnée à partir des quatre composantes (ciment, filler, plastifiant, eau) selon la méthode décrite dans le tableau 2.6.
Tableau 2.6 : Procédure de malaxage des pâtes de ciment [AIT, 01].

Matériels et méthode d’essais

Essais d’étalement au mini-cône

Un test d’ouvrabilité a été mis en œuvre par le programme LMDC, il s’agit du mini-cône. Ce matériel (figure 2.1) dispose des dimensions proportionnelles à celles du cône d’Abrams [KAN, 80]. Il permet de mesurer le diamètre d’étalement d’un volume de pâte de ciment sur une plaque horizontale. Cet essai est facile à mettre en œuvre, il est effectué directement après la fin du malaxage de la pâte de ciment. Le volume de pâte nécessaire pour cet essai est inférieur à 40 ml.

Essai au cône de Marsh

Le principe de l’essai consiste à enregistrer le temps requis pour faire couler un volume donné de pâte à travers une buse. Le volume initial de la pâte, versé dans le cône est de 150 ml (NF P 18-358) (figure 2.2). Le temps d’écoulement est lié à la fluidité de la pâte. Plus le temps d’écoulement est long, plus la fluidité est inférieure.
Les travaux de (Sonebi et col., 2008) [SON, 08] de (Toutou et col., 2005) [TOU, 05] et de (Zerbino et col., 2009) [ZER, 09] ont montré une relation entre le temps d’écoulement mesuré au cône de Marsh et la viscositéൌ selon୪୬ మǤవఱೇla relation suivante :
Avec : μ : la viscosité.
TV : le temps d’écoulement mesuré au cône de Marsh.
D’autres études ont montré que le cône de Marsh pourrait être utilisé comme un viscosimètre [LER, 05] selon la relation suivante :
Avec : Q : le débit de sortie.
P : la pression
μ : la viscosité.
r : rayon de l’orifice du cône.
ρ : Masse volumique du coulis.
g : Force de gravité
Figure 2.2 : Essai du cône de Marsh.

Programme expérimental

Pour les différentes confections, une large gamme de valeurs des constituants a été considérée. Le liant (L) sera constitué de ciment et de filler (C+F) avec une substitution du ciment qui va jusqu’à 40%. Le dosage du plastifiant (P) est compris dans la plage du dosage recommandé par le fabricant (de 0,3 % à 1,0 %). La pâte de ciment est élaborée en passant successivement du mélange liquide composé de deux constituants (E+P) au mélange complet à quatre constituants (E+P+C+F) comme présenté dans la figure 2.3.
A partir des essais effectués au laboratoire, nous avons remarqué que le plastifiant avait une incidence sur les caractéristiques rhéologiques de la pâte surtout lorsque son dosage variait entre 0,40% et 0,50%. C’est pour cela que nous jugé utile d’étudier le comportement de la pâte avec un dosage de plastifiant égal à 0,45%. Cependant, nous nous sommes limités à un dosage de 0,7%, au delà duquel, le plastifiant avait un effet négatif sur le comportement de la pâte vis-à-vis de l’étalement, de l’écoulement et de la stabilité.
Concernant le rapport E/L, nous avons progressé par un pas de 0,05, tout en commençant par une valeur du rapport égal à 0,30, en vue de connaître l’aspect de la pâte jusqu’à arriver à un dosage égale à 0,48.

Consistance de la pâte de ciment

C’est par l’aspect visuel et l’analyse des résultats des essais qu’on peut définir trois types de consistance de pâte de ciment qui sont : fluide, plastique et ferme.
¬ Un aspect fluide est noté lorsque le mélange présente les caractéristiques d’un corps fluide, homogène et qui se remet en place très vite après le passage de la truelle.
¬ Un aspect plastique est noté lorsque le mélange présente les caractéristiques d’un corps moins fluide, homogène et qui se remet en place lentement après le passage de la truelle.
¬ Un aspect ferme est noté lorsque le mélange ne s’écoule pas d’une façon continue (mais d’un seul bloc). Le passage de la truelle est difficile à cause de la forte consistance de ce type de mélange.

Résultats et discussion

Afin de comprendre le rôle de chaque constituant sur le comportement du mélange et sur ses propriétés rhéologiques, il été nécessaire de faire varier les principaux constituants de la pâte dans les fourchettes préconisées (voir tableau 2.7). Les résultats concernant les aspects visuels des différents mélanges sont consignés dans le tableau de l’annexe 1.
Les aspects visuels ont fait ressortir l’influence du dosage en fillers sur les deux réponses : étalement et écoulement. A dosage constant en plastifiant P et en eau E, nous avons constaté une augmentation du diamètre d’étalement et une diminution de la viscosité suivant une augmentation du dosage en filler, ce qui a montré que le filler calcaire utilisé a une faible demande en plastifiant (surface spécifique plus faible que celle du ciment substitué).
Parmi les différentes compositions des pâtes de ciment formulées, il y a celles qui ont présentées un aspect plastique où l’étalement au mini-cône et l’écoulement au cône de Marsh n’ont pas pu être mesurés, comme par exemple la pâte de ciment de rapport E/L=0,35, un taux de filler substitué de 10% et un dosage en plastifiant P = 0,5% (figure 2.4a).
En revanche, la pâte de ciment composée avec un rapport E/L= 0,43, un taux de filler substitué de 40% et un dosage en P= 0,7% s’écoulait ; mais une ségrégation était visible sur le pourtour de la galette (figure 2.4b).
Les pâtes homogènes et parfaitement formées, sont retenues pour les mesures d’étalement et d’écoulement au cône de Marsh, comme le cas du mélange où la teneur en filler était égale à 30%, E/L égal à 0,43 et le pourcentage du plastifiant égal à 0,5% (figure 2.4.c).
Ainsi, un taux de 0,3% du plastifiant utilisé n’avait pas d’effet sur le comportement du mélange, alors qu’un taux supérieur à 0,6% causait des problèmes de ségrégation. Nous avons aussi noté qu’un rapport E/L minimum de 0,43 était nécessaire pour obtenir des pâtes autoplaçantes.
A cet effet, un dosage massique du plastifiant par rapport à la masse du liant variant de 0,4 à 0,6% et un rapport E/L variant de 0,43 à 0,48 étaient nécessaires pour obtenir des pâtes qui répondaient aux critères recherchés vis à vis de la fluidité et de la stabilité. Le domaine expérimental de notre étude est la zone hachurée représentée sur la figure 2.5.