Le rôle des granulats dans le béton

Les modifications de la granulométrie, de la taille maximale, du poids unitaire et de la teneur en humidité peuvent toutes modifier le caractère et les performances de votre mélange de béton.

L’économie est une autre raison de choisir les granulats avec soin. Vous pouvez souvent économiser de l’argent en choisissant la taille maximale autorisée pour les granulats. L’utilisation de granulats grossiers de plus grande taille permet généralement de réduire le coût d’un mélange de béton en diminuant les besoins en ciment, l’ingrédient le plus coûteux. Moins de ciment (dans des limites raisonnables pour la durabilité) signifie moins d’eau si le rapport eau-ciment (E/C) est maintenu constant. Une teneur en eau plus faible réduira le potentiel de retrait et de fissuration associé à un changement de volume restreint.

Voici un aperçu des facteurs les plus importants à prendre en compte lors du choix et du dosage des granulats de béton.

La qualité compte

Assurez-vous que votre producteur de béton achète des granulats de bonne qualité, comme en témoignent les résultats d’essais réguliers des granulats, conformément à la norme ASTM C 33, “Standard Specifications for Concrete Aggregates”. Un historique de bonnes performances d’un granulat local fournit également une indication de la façon dont le matériau se comporte en service.

Un agrégat de bonne qualité doit être propre, dur, résistant, avoir des particules durables et être exempt de produits chimiques nocifs absorbés, de couches d’argile ou d’autres contaminants qui peuvent affecter l’hydratation du ciment ou réduire la liaison pâte-agrégat. Les agrégats à éviter sont les suivants :

• • Ceux qui sont friables ou susceptibles d’être fendus.
  • Ceux qui contiennent des quantités importantes de matériaux mous et poreux.
  • Certains types de “chert”, car ils peuvent avoir une très faible résistance aux intempéries et peuvent entraîner des défauts de surface, appelés popouts.

En tant que matériau naturel, le granulat comprendra parfois des particules altérées ou instables dans le produit livré. Les pourcentages admissibles de substances nocives pour les granulats fins et grossiers sont indiqués dans les tableaux 1 et 3 de la norme ASTM C 33, respectivement. Certains projets peuvent exiger des limites encore plus strictes. Pour éviter que le béton ne présente des problèmes difficiles à rectifier après sa mise en place, il faut vérifier que ces limites ne sont pas dépassées au moment de la remise des matériaux.

Graduations

Une granulométrie optimisée en fonction de la disponibilité des granulats et des exigences du projet permettra d’obtenir un béton économique, facile à travailler et à finir. Les proportions entre les granulats grossiers et les granulats fins changeront en fonction des caractéristiques uniques de chaque granulat, de la méthode de mise en œuvre et de la finition souhaitée.

La ligne de démarcation entre les granulats fins et grossiers est le tamis de 3/8 de pouce. Le module de finesse (FM) est un indice de la finesse d’un agrégat. On le calcule en additionnant les pourcentages cumulatifs en masse retenus sur chacun des tamis d’une série donnée et en divisant la somme par 100 (voir le tableau 1). Le FM des granulats fins doit se situer dans une fourchette de 2,3 à 3,1. Le FM ne doit pas varier de plus de 0,2, sinon des ajustements du mélange peuvent être nécessaires. Les matériaux excessivement fins ont une demande en eau plus élevée et donnent généralement un mélange collant. Les matériaux trop grossiers produisent des mélanges durs qui sont plus difficiles à mettre en place, à consolider et à finir.

Les granulats fins doivent se situer dans les limites de granulométrie indiquées dans la norme ASTM C 33, section 6. Si un granulat fin disponible localement présente des lacunes, le béton peut bénéficier de l’ajout d’un entraînement d’air, de ciment supplémentaire ou d’un matériau cimentaire supplémentaire (MCS) pour combler ces lacunes.

De larges gammes de granulats grossiers sont énumérées dans le tableau 2 de la norme ASTM C 33. Ces larges bandes de gradation sont utilisées dans tout le pays. Une fois qu’une granulométrie est choisie pour un projet, le maintien de la granulométrie dans des fourchettes étroites permettra d’obtenir une plus grande uniformité d’un lot à l’autre. On y parvient généralement en stockant correctement les granulats et en retravaillant les stocks pour éviter une ségrégation excessive.

La taille maximale des granulats grossiers pouvant être utilisés dans un mélange dépend de la taille, de la forme et de l’armature d’un élément, sur la base de ces directives à ne pas dépasser (voir Photos 5 et 6) :

• • 3/4 de l’espacement libre entre les armatures ou entre les armatures et les coffrages (distance de recouvrement)
  • 1/3 de la profondeur de la dalle
  • 1/5 de la dimension la plus étroite d’un élément

Souvent, les granulats sont analysés en utilisant une granulométrie combinée de matériaux fins et grossiers proportionnés comme prévu dans le mélange de béton proposé (Photo 7). On obtient ainsi une estimation de la façon dont le mélange se comportera dans le béton. Chaque région a ses propres déficiences en matière de granulats, mais une fois que la granulométrie combinée des granulats est tracée (pourcentage retenu par rapport à la taille du tamis), ces déficiences peuvent être plus facilement identifiées et corrigées. D’autres sources de granulats ou des mélanges supplémentaires de granulats peuvent alors être envisagés afin de s’approcher de la gradation “idéale” insaisissable qui offre la meilleure ouvrabilité, pompabilité, réduction du retrait et économie (figure 1).

Il est à noter que l’élimination du sable d’un mélange transforme le béton conventionnel en un mélange “sans fines”, également connu sous le nom de béton “perméable” (voir Chaussées en béton perméable). Le béton drainant permet d’obtenir des points LEED, un système d’évaluation des bâtiments écologiques mis au point par l’U.S. Green Building Council (USGBC), car il permet aux eaux de ruissellement de s’infiltrer directement dans le sous-sol, rechargeant ainsi la nappe phréatique.