Comportement du Béton Bois Léger (BBL) à base de granulats calcaires et de fibres de bois

Date de publication : 01 juin 2008

Résumé

L’objet de notre étude s’intéresse au béton léger à base de granulats calcaires et de fibres de bois non traitées, ces fibres représentent des granulats à faible densité. Ces fibres de bois proviennent des déchets industriels, l’incorporation des fibres de bois dans le béton nous a périmé de crée un matériau composite qui a de nombreuse caractéristique. Le Béton Bois Léger (BBL) est un béton qui possède de nombreuses propriétés de légèreté, d’isolation thermique et d’absorption acoustique. L’amélioration des caractéristiques des matériaux et le recyclage ce sont deux combinaisons qui représentent un défi pour les nations industrielles, c’est pour cette raison qu’on a procédé à la confection d’un béton bois léger (BBL) avec une résistance considérable à la compression.
Quatre formulations on été testé d’une série d’éprouvettes des bétons bois léger (BBL). Une substitution en volume des granulats calcaires d’une composition béton ordinaire avec des fibres de bois, qui nous a permis de donnée la naissance d’un béton bois léger (BBL). Deux masses volumiques ont été employées pour le bois afin de cerner la variété du déchet qui représente un matériau hétérogène du point de vue type de bois. Les essais sont effectués pour différent âges : 7 jours, 14 jours, 21 jours et 28 jours, les résultats de l’évolution des caractéristiques mécaniques du béton bois lègue (BBL) pendant la période à jeune âge représente l’un des paramètres essentiels en génie civil, qui reflète la résistance à la compression à long terme.

Mots clés

Béton bois léger, fibres de bois non traité, Durabilité, Déformation, élastique, Post-élastique.

Introduction

Le matériau composite est un assemblage d'au moins deux matériaux ayant une forte capacité d'adhésion. Le nouveau matériau ainsi constitué possède des propriétés que les éléments seuls ne possèdent pas. Ce phénomène, qui permet d'améliorer la qualité de la matière face à une certaine utilisation (légèreté, rigidité à un effort, etc.), explique l'utilisation croissante des matériaux composites, dans différents secteurs industriels.

Dans le domaine de la construction, la réduction du poids propre que procure le béton léger peut, le cas échéant, se révéler techniquement et économiquement intéressante, aussi bien pour la restauration d’ouvrages anciens que pour la construction d’ouvrages nouveaux, il existe un grand potentiel de développement dans les systèmes composés de différents matériaux mixtes. La combinaison du béton et des fibres de bois qui proviennent des déchets de l’industrie de bois permet d’obtenir un béton bois léger (BBL).

Cet article représente un exemple concret du développement d’un matériaux composite qui relie entre les caractéristiques du bois et du béton. Pour étudier les caractéristiques du béton bois léger vis-à-vis la durabilité, nous avons procédés à la confection d’une série d’éprouvettes du bétons bois léger (BBL) avec quatre formulations : a : BBL M1 10% - b : BBL M1 20% - c : BBL M2 10% - d : BBL M2 20%.

Plusieurs chercheurs ont essayé de combiner différents matériaux avec le béton pour obtenir un matériau composite, on trouve par exemple l’utilisation du verre [1], des déchets de brique [2], et des fibres polypropylène ([3], [4] et [5]) …etc.

Etude expérimentale

Matériaux utilisés :

Ciment : le ciment utilisé est un CPJ CEM II/A 42.5 NA 442/2000 de la cimenterie de Béni-Saf.

Gravier : Le gravier utilisé provient de la carrière de Chaabat El-lham. La granulométrie du ce gravier est de type calcaire 3/8 et 8/15 selon la norme NFP 15-403.

Sable de mer : Le sable de mer utilisé provient de la plage de Bousfer. Ce sable est initialement préparé pour être classé suivant les normes françaises NF P 15-403, sa courbe granulométrique satisfait au fuseau de référence.

Sable de carrière : Le sable de carrière provient de la même carrière du gravier 3/8 et 8/15.

Déchet de Bois : La substitution en volume des granulats calcaire de classe 0/3, 3/8 et 8/15 est réalisée par l’utilisation des granulats du déchet de bois (copeaux et poussières issus de l’usinage du bois). La méthode de la pesée hydrostatique a été utilisée pour déterminer la valeur de la masse volumique du bois et des granulats calcaire. La dispersion des résultats de la masse volumique du bois nous a mener à utiliser deux valeurs pour la masse volumique, M1 et M2.

Avec (01)

Eau : L’eau de gâchage utilisée est celle du robinet.

Appareil d’auscultation sonique : l’appareil d’auscultation sonique est utilisé pour mesurer la vitesse de propagation d’ondes ultrasonique à travers le béton.

Principe de mesure : l’appareil génère des impulsions ultrasoniques qui sont transmises au béton par un transducteur mis en contact avec la zone à évaluer. Le temps de propagation à travers le béton est visualisé sur un afficheur digital.

Manière d’utiliser les transducteurs est de travailler par transmission, ce qui implique un accès à deux faces opposées de l’échantillon à contrôler. Le récepteur est alors disposé en face de l’émetteur et il recueille l’énergie qui a été transmise à travers le béton.

Résultats des essais

3.1. Masse Volumique

Lorsqu’on fabrique un béton avec des granulats légers, une quantité importante d'eau de gâchage peut être absorbée par ces granulats. Cette absorption d'eau dépend toutefois de l'interconnexion des pores dans les granulats, du degré de saturation initial des granulats et du rapport eau/ciment de la matrice cimentaire. D’autre part, l'eau absorbée par les granulats constitue une réserve pour l'hydratation subséquente de la matrice cimentaire [6], [7] et [8].

Certains moyens tels que le prémouillage ou l'utilisation d'un traitement de surface visant à réduire l'absorption des granulats s'avèrent très efficaces pour diminuer la perte de maniabilité des bétons légers. Dans notre cas on a opté pour le prémouillage des fibres de bois étant donné que cette méthode est non toxique et non coûteuse.

La perte de masse varie proportionnellement avec les différents pourcentages de substitution. Les résultats de la perte de masse ont confirmé que les compositions réalisées ont des caractéristiques d’un béton léger (BBL) possédant une masse volumique inférieure à 2100 Kg/m3 jusqu'à au tour de 1600 Kg/m3.

3.2. Evolution de la résistance à la compression en fonction d’âge selon différents types de béton bois léger

La résistance à la compression d’un béton léger est d’autant plus élevée que la résistance spécifique des granulats légers utilisés et leur masse volumique sont elles-mêmes plus grandes [9]. La résistance caractéristique à la compression requise à 28 jours a la même définition que pour un béton normal [9]. Quatre types de béton bois léger ont été testé à différents âges (7 jours, 14 jours, 21 jours et 28 jours), de dimensions 7 x 7 x 7 cm3 sont soumises à la compression simple, qui constitue l'essai le plus commode a réaliser, est le plus utilisé [10] aux bétons léger et aux autres.

La qualité des granulats est considérée comme le principal facteur limitant la résistance en compression des bétons légers par apport à un béton normal.

On remarque que La résistance à la compression du béton bois léger BBL M2-10% est nettement supérieure à la résistance du BBL M1-10% qui est supérieure à celle du BBL M2-20%, le BBL M2-20% reste le moins résistant est cela à différents âge.

D’autre par on observe que le béton bois léger de masse volumique indice M1-10% sont comportement mécanique, est semblable au béton bois léger d’indice M2-10% et ce comportement et similaire entre M1-20% et M2-20%. On remarque aussi que la résistance du béton bois légers pour la substitution pourcentages 10% à différentes masses volumiques (M1 et M2) est nettement supérieure à celle des béton bois légers pour substitution de pourcentages 20 % à différentes masses volumiques (M1 et M2).

3.3. Evolution du rapport (RcJ /Rc7) en fonction d’âge selon différent types du béton bois léger

Nous avons étudié le rapport entre la résistance à la compression (RcJ) et la résistance à la compression initial (Rc7) en fonction d’âge, dans le but d’obtenir le taux des réactions chimiques provoquer par l’hydratation du béton bois léger.

On suppose que la combinaison entre l’évolution de la résistance à la compression en fonction du temps ce caractérise par la relation suivante :

Rc = R(Granulats) + R(Mortier) + R(Réaction chimique) (02)

D’après la relation (02) on peut dire que la résistance à la compression et une résultante de la résistance des granulats R(Granulats), de la pâte ciment-sable R(Mortier) et de nombreuses réactions physico-chimiques R(Réaction chimique) indéterminées.

On remarque que les réactions chimiques continues après 7 jours, mais avec une augmentation progressive et cela pour le BBL M1 10% et le BBL M2 20%, par contre on remarque un notre comportement qui est semblable pour le BBL M1 20% et le BBL M2 20%, qui ce traduit par une chute et une diminution des réactions à 21 jour puis ça continue par une augmentation.

3.4. Contrainte-déformation

D’autres essais montrent l’évolution de la contrainte de compression en fonction de la déformation. Des éprouvettes de dimensions 7 x 7 x 7 cm3 ont été confectionnées pour les quatre types de béton bois léger à différents âges : 7 jours, 14 jours, 21 jours et 28 jours, et soumises à la compression simple, Deux comparateurs 1/100 sont placés sur le plateau de presse pour mesurer le déplacement uniaxial.

L’ensemble des comparateurs a été étalonné avant de procéder aux essais expérimentaux. Les déplacements sont relevés sur chaque comparateur, la moyenne entre les valeurs données par les deux comparateurs, représentent le déplacement uniaxial de l’éprouvette. Les déformations des éprouvettes 7 x 7 x 7 cm sont calculées d’après la relation suivante :

e = Dl / L (03)

e : déformation relative à la compression.
Dl : déplacement.
L : longueur de l’éprouvette 7 cm.

Par ailleurs, on remarque aussi que le béton bois léger présente une diminution irrégulière de la déformation en fonction de l’âge, ces résultats variables reflet l’hétérogénéité du béton bois léger.

La résistance à la compression du béton bois léger BBL M2-10% est supérieure à la résistance du BBL M1-10% qui est supérieure à celle du BBL M2-20%, le BBL M1-20% reste le moins résistant. De manière générale, on constate que malgré la faible résistance du BBL par apport a d’autre gamme de béton (BO, BAP, BHP et BTHP), mais il présente une bonne résistance à la compression on le comparent avec d’autres bétons légers.

3.5. Vitesse de propagation

On a utilisé la transmission directe, la longueur de parcours est la distance entre les deux transducteurs, la vitesse de propagation sera calculée selon la formule (3).

V = L / T (03)

Où :
V : Vitesse conventionnelle de propagation.
L : Longueur de parcours.
T : Temps de propagation.

On remarque que la vitesse de propagation des impulsions du béton ordinaire est nettement supérieure à celle des bétons bois légers pour différents pourcentages de substitution (10 % et 20 %) et différentes masses volumiques (M1 et M2). La vitesse de propagation des impulsions du béton bois léger (BBL) M2-10% est supérieure à la vitesse de propagation du BBL M1-10% qui est supérieure à celle du BBL M2-20%, le BBL M2-20% sa vitesse de propagation reste la plus petite. De manière générale, on constate que le déchet de bois à participé à diminué la vitesse de propagation des impulsions émises par l’appareil d’auscultation sonique qui reflète une amélioration des propriétés des bétons. Les déchets de bois ont augmenté les propriétés isolantes du béton du fait que sa structure cellulaire (déchet de bois) emprisonne l'air sous forme de petits volumes, le bois est un mauvais conducteur de la chaleur et cela fait un autre avantage pour le béton bois léger.

Conclusion

Cette étude a permis de mettre en évidence l’influence des fibres de bois sur le comportement mécanique pour les différents types de béton bois léger. L’utilisation des fibres de bois (granulats de faible densité qui proviens des déchets industrielle), pour obtenir un Béton Bois Léger, représente une des particularités de cette étude.

Le béton bois léger et un béton moins résistant à la compression par rapport a un béton ordinaire mais ses propriétés lui donnent un avantage très avancé pour son utilisation et son développement dans le domaine de la construction. Les courbes contrainte/déformation nous ont permit de suivre le comportement des bétons dans le domaine élastique et Post-élastique, ou on a pu constater que la phase élastique se termine entre 80% et 90% de la résistance à la compression, quelque soit la nature du béton testé. On remarque aussi que plus la résistance à la compression du béton léger augmente, plus son comportement se rapproche d’un comportement fragile [9].

Le module d’élasticité a été calculé à l’aide de la courbe contrainte/déformation dans le domaine élastique. L’évolution du module d’élasticité des bétons bois léger présente une irrégularité due à l’hétérogénéité du déchet de bois.

Les déchets de bois ont augmenté les propriétés isolantes du béton en diminuent la vitesse de propagation des impulsions, ou on peut explique ce comportement vis-à-vis la structure cellulaire du déchet de bois, qui emprisonne de l'air sous forme de petits volumes et l’air représente un isolant pour le son.

Bibliographie

• [1] : ZEGHICHI, L., MERZOUGUI, A., CHABI, S., « L’influence des déchets de verre sur les propriétés du béton », Université de Msila, Colloque CMEDIMAT 2005, Décembre 2005.
• [2] : Mourad HADJOUDJA, Madani BEDERINA, « Influence des fillers des déchets de briques sur la durabilité a l’eau du béton de sable de dunes », Laboratoire de Génie Civil, Institut de Génie Civil, Université de Laghouat, Colloque CMEDIMAT 2005, Décembre 2005.
• [3] : BREITENBUCHER R., « Developments and application of high-performance concrete ». Materials and Structures, Vol. 31, pp 209-215, April 1998.
• [4] : NISHIDA, A., YAMAZAKI, N., INOUE, H., SCHNEIDER, U., DIEDERICHS, U. « Study on the properties of high strength concrete with short polypropylene fiber for spalling resistance Concrete Under Severe Conditions » : Environment and Loading (Volume 2). Edité par Sakai, Banthia N. et Giory O. E. Edité par E & FN Spon ISBN. 1995.
• [5] : OREDSSEN, J. « Tendency to Spalling of High Strength Concrete ». Interim Rapport, Skanska, np 30.1997.
• [6] : ENTUR A., IGARASHI S., KOVLER K., Prevention of autogenous shrinkage in high-strength concrete by internal curing using wet lightweight aggregates», Cement and Concrete Research, 31:1587-1591, 2001.
• [7] : BENTZ D.P., SNYDER K.A., « Protected paste volume in concrete; Extension to internal curing using saturated lightweight fine aggregate», Cement and Concrete Research, 29(11):1863 1867, 1999.
• [8] : KOHNO K., OKAMOTO T., ISIKAWA Y., SIBATA T., MORI H., « Effects of artificial lightweight aggregate on autogenous shrinkage of concrete», Cement and Concrete Research, 29(4):611-614, 1999.
• [9] : PERCHAT, J., « Bétons de granulats légers artificiels », Techniques de l’Ingénieur, Béton armé : Règles BAEL, Référence C 2 318.
• [10] : M. VIRLOGEUX, « Généralités sur les caractères des bétons légers », M. Arnould and M. Virlogeux, editors, Granulats et bétons légers; bilan de 10 ans de recherche, Presses de l'Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, pages 111-246, Paris, 1986.
  
  

Auteurs : BOUABDALLAH Moulay Abdallah

BOUABDALLAH Moulay Abdallah, Bouabdallah.ma@yahoo.fr, Laboratoire Matériau Sol Thermique / Département de Génie Civil / Université des sciences et de la technologie d’Oran U.S.T.O.MB. - BP. 1505 El M’Naoeur - Oran, Algérie