Septime dition des Journes scientifiques du Regroupement francophone pour la recherche et la formation sur le bton (RF)2B

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Toulouse, France 19-20 juin 2006

INFLUENCE DE LEAU RECYCLE TRAITE SUR LES PROPRITS DES BTONS

R. Gagn et S. Blanchard Centre de recherche sur les infrastructures en bton (CRIB), Universit de Sherbrooke, Dpartement de gnie civil, Qubec, Canada

RSUM : Dans lindustrie du bton, le terme eau grise (gray water) englobe les eaux de lavage des toupies des camions malaxeurs et les eaux de lavage utilises dans les stations de recyclage du bton frais. Seules les eaux grises traites peuvent, sous certaines conditions, tre utilises pour le gchage des btons. Les eaux grises traites sont produites laide dquipements spciaux (recycleur btons, bassin de dcantation) permettant de stocker, de diluer et de contrler la temprature des eaux grises. Leau grise traite, aussi appele eau recycle traite, doit galement respecter certaines exigences normatives portant sur la teneur en chlorures, en sulfates et en matires solides en suspension. Cette recherche vise mieux comprendre les effets de leau recycle traite sur certaines proprits des btons frais et durcis. La programme de recherche comporte des essais en laboratoire et des essais de production en usine. Les essais en laboratoire visent comprendre et quantifier l'influence de la teneur en eau recycle sur les proprits des btons frais et durcis. Les essais en usine visent valuer la validit des conclusions dgages de ltude en laboratoire partir de quatre types de btons produits commercialement. Les rsultats montrent que lutilisation deau recycle, en remplacement dune partie de leau potable utilise pour gchage, engendre systmatiquement une diminution du volume dair entran et du temps de prise. Dans certaines conditions, leau recycle peut aussi provoquer une forte chute de laffaissement. Les rsistances la compression sont relativement peut affectes en raison du rapport eau/liant effectif plus faible des btons avec eau recycle. La baisse du volume dair entran peut compromettre la rsistance lcaillage des btons contenant de leau recycle.

1. INTRODUCTION

Les producteurs de btons prts lemploi doivent sengager fournir des btons conformes aux exigences des devis imposs par les propritaires douvrages. Les livraisons non conformes sont gnralement prises en charge par le producteur qui rappelle le camion lusine puis dispose du bton sa convenance. Les producteurs de btons doivent aussi prendre en charge les retours de btons qui nont pas t mis en place au chantier. En pratique, le volume de bton command est lgrement suprieur celui estim, pour viter den manquer au chantier. Par consquent, environ 5% du bton prt lemploi livr sur les chantiers revient la centrale de bton [InforBloc, 2005].

La prise en charge des retours de btons en surplus et des btons non conformes engendre des cots lis la gestion des eaux de lavage des camions retourns lusine. En effet, aprs le dchargement du bton non conforme, la toupie et la dalle de la btonnire doivent tre rinces pour liminer tous les rsidus de bton (pte de ciment, granulats, adjuvants chimiques). Les btonnires vides, de retour lusine aprs une livraison normale, doivent aussi tre laves de la mme manire. Ces oprations gnrent une grande quantit deau de lavage qui ne peut pas tre rejete directement dans lenvironnement ou dans les systmes dgouts municipaux. Le producteur doit

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donc prvoir un systme de rcupration et de traitement des eaux (plateforme de lavage, caniveaux, bassins de dcantation) qui permette de rutiliser leau de lavage traite pour ses oprations de production ou den disposer conformment aux lois environnementales. Une des approches actuellement utilises consiste recycler tous les matriaux et les rsidus associs au lavage des camions et au retour des livraisons de btons non conformes. Cette pratique est relativement bien implante en Europe. Elle est cependant beaucoup moins utilise en Amrique du Nord, notamment au Canada et au Qubec.

Dans lindustrie du bton, le terme eau grise (gray water) englobe les eaux de lavage des toupies des camions malaxeurs et les eaux de lavage utilises dans les stations de recyclage du bton frais. Les termes anglais sludge water ou slurry sont parfois utiliss pour dsigner les eaux grises. Les normes ASTM, NQ et CSA ne permettent pas dutiliser les eaux grises non traites pour le gchage des btons [ASTM 2000, NQ 2004, CSA 2000]. Seules les eaux grises traites peuvent, sous certaines conditions, tre utilises pour le gchage des btons. Les eaux grises traites sont produites laide dquipements spciaux (recycleur btons, bassin de dcantation) permettant de stocker, de diluer et de contrler la temprature des eaux grises. Leau grise traite, aussi appele eau recycle traite, doit galement respecter certaines exigences normatives portant sur la teneur en chlorures, en sulfates et en matires en suspension.

Lutilisation deau recycle pour la production des btons a connu une progression importante au cours des 15 dernires annes [Borger 1994]. Cette progression sexplique par laugmentation des cots de leau potable et par des rgles environnementales plus svres concernant les caractristiques physico-chimiques des effluents dverss directement dans lenvironnement ou dans les rseaux dgouts municipaux.

Leau recycle contient des substances en solution (ions, adjuvants) et des matires en suspension (particules minrales fines et hydrates du ciment) [Su et coll. 2002, Chatveera et coll. 2005, Vickers 2002]. La composition chimique (nature et concentration des substances en solution et en suspension) de leau traite recycle est variable dans le temps et dune usine lautre. Les proprits varient principalement en fonction des paramtres dopration des usines de recyclage du bton frais (taux de dilution) et en fonction des caractristiques des btons rcuprs (teneur en adjuvants, type des matires cimentaires et nature des granulats). Les teneurs en matires en suspensions sont trs variables et elles sont gnralement comprises entre 10 000 et plus de 50 000 ppm. Les normes ASTM C94, CSA A23.1 et NQ 2621-900 limitent la concentration des matires en suspension des eaux recycles traites moins de 50 000 ppm. En pratique, les producteurs de bton peuvent ajuster la teneur en matires en suspension en ajoutant de leau frache dans les bassins de stockage de leau traite recycle [Vickers 2003].

Lanalyse chimique des matires en suspension (sches) dans les eaux recycles montre que les teneurs des principaux oxydes (SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O Na2O, SO3) sont trs voisines de celles dun ciment Portland [Chatveera et coll. 2005]. Sandrolini et Franzoni [2001] ont montr que 80 % 90 % des particules en suspension ont un diamtre infrieur 100 m avec une classe dominante denviron 20 m. Les particules sont principalement constitues de CaCO3 (30%-40%) [Sandolini et Franzoni 2001], de particules de C-S-H et dettringite [Chatveera et coll. 2005]. Les matires en suspension ont un trs faible potentiel de ractivit chimique [Vickers 2003].

Les eaux recycles traites ont habituellement un pH compris entre 12,0 et 12,7. Ce pH lev est principalement d la prsence dalkalis en solution. Selon les matriaux entrant dans la fabrication des btons recycls et selon la composition chimique des eaux de lavage, les eaux recycles traites peuvent contenir des chlorures et des sulfates en solution. Les concentrations peuvent tre trs variables dans le temps et dune usine lautre. Les normes ASTM C94 et A23.1 limitent les concentrations en chlorures et en sulfates moins de 500 mg/l et 3000 mg/l respectivement. En pratique, les producteurs de bton peuvent ajuster les concentrations en chlorures et en sulfates en ajoutant de leau frache dans les bassins de stockage de leau recycle traite.

2. BUT DE LA RECHERCHE ET PROGRAMME DES ESSAIS

Le programme de recherche vise mieux comprendre les effets de leau recycle traite sur certaines proprits des btons frais et durcis. La recherche comporte des essais en laboratoire et des essais de production en usine. Les rsultats permettront notamment de dterminer quelles sont les

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proprits les plus sensibles l'utilisation de l'eau recycle et quelles sont les limites pratiques d'utilisation de leau recycle dans des btons dusage courant.

Les essais en laboratoire visent comprendre et quantifier l'influence de la teneur en eau recycle sur les proprits des btons frais (affaissement, teneur en air, temps de prise et ressuage) et durcis (rsistance la compression et durabilit au gel). Les dosages en eau recycle ont t varis de manire ce que la teneur en solides en suspension dans l'eau de gchage soit de 0, 30 000, 50 000, 75 000 et 100 000 ppm. Deux types de btons ont t fabriqus et caractriss en laboratoire : 1) Bton avec air entran de 35 MPa; 2) Bton sans air entran de 30 MPa.

Les essais en usine visent valuer la validit des conclusions dgages de ltude en laboratoire partir de quatre types de btons produits commercialement. Comme dans le cas de ltude en laboratoire, les dosages en eau recycle ont t varis pour produire des eaux de gchage ayant des teneurs en solides en suspension comprises entre 23 000 et 67 000 ppm. Quatre types de btons ont t fabriqus en usine : 1) Bton avec air entran de 35 MPa; 2) Bton sans air entran de 30 MPa; 3) Bton avec air entran de 25 MPa; 4) Bton sans air entran de 25 MPa.

Tous les btons du corps dpreuve sont identifis par un code constitus de lettres et de chiffres (par exemple : C-35-AE-25). La premire lettre indique le lieu de fabrication : C=usine et L=laboratoire. Les deux premiers chiffres indiquent la classe de rsistance : 35, 30 ou 25 MPa. Les deux lettres suivantes indiquent la prsence ou labsence dair entran : AE=avec air entran, SA=sans air entran. Les deux derniers chiffres indiquent la teneur en solides dans leau de gchage (exprime en milliers de ppm).

3. MATRIAUX ET MLANGES

3.1 Eau recycle traite

Les btons fabriqus en laboratoire et en usine ont t fabriqus avec des quantits variables deau recycle traite. Dans les formulations de bton de ce programme de recherche, la proportion deau traite recycle est indirectement exprime par la teneur en solides totaux dans leau de gchage.

Les btons produits en laboratoire ont t gchs avec une eau recycle prleve dans le bassin dhomognisation et de stockage dune usine de bton. Environ 400 litres deau recycle ayant une teneur en solides de 110 000 ppm ont t stocks au laboratoire dans des contenants de 200 litres munis dagitateurs hlice. Le pH de leau recycle est de 12,7 et les teneurs en chlorures et en sulfates sont infrieures 300 mg/L. Lors de la fabrication des btons en laboratoire, cette eau recycle a t mlange avec de leau potable de manire obtenir la quantit souhaite de solides en suspension dans leau de gchage (mlange eau recycle + eau potable).

Les btons produits en usine ont t gchs avec de leau recycle provenant du bassin de stockage et dhomognisation de lusine. Un systme de mesure en continu permet destimer la teneur en solides totale de leau recycle. Les btons dusine ont t fabriqus avec des eaux recycles ayant des teneurs en solides comprises entre 60 000 et 150 000 ppm. Le pH est compris entre 11,7 et 12,7 et les teneurs en chlorures et en sulfates sont infrieures 300 mg/L. Lors de la production du bton, le systme de dosage automatis peut calculer les proportions deau potable et deau recycle requises pour obtenir la teneur en solides souhaite dans leau de gchage (eau recycle + eau potable). Les deux derniers chiffres apparaissant dans les noms de tous les btons indiquent la teneur en solides (x 1000 ppm) dans leau de gchage.

Leau de gchage des btons de cette tude est la somme des masses de leau potable et de leau recycle. La masse deau recycle inclut la masse de la phase liquide et la masse des solides en suspension dans cette phase liquide. Pour faciliter lanalyse des rsultats, les dosages en eau (kg/m3) des formulations de btons ont t fractionns en trois composantes. Pour chaque bton, les tableaux 1 4 indiquent le dosage en eau potable (Eau Pot.), le dosage de la phase liquide de leau recycle (Eau Rliq.) et le dosage des solides en suspension dans la phase liquide de leau recycle (Solides). Cette approche permet de dfinir le rapport eau/liant apparent (E/Lapp) qui correspond la somme des masses de leau potable, de la phase liquide de leau recycle et des solides en suspension divise par la masse du liant. On peut aussi calculer un rapport eau/liant effectif (E/Leff) qui correspond la

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somme des masses de leau potable et de la phase liquide de leau recycle divise par la masse du liant.

3.2 Btons en laboratoire

Deux sries de btons ont t fabriques et caractrises en laboratoire. La premire srie comprend des btons air entran de 35 MPa 28 jours (L-35-AE). Ces btons ont t fabriqus avec un rapport eau/liant apparent de 0,41 en utilisant un liant constitu de 75% de ciment portland normal (GU) et 25% de ciment mlang avec fume de silice (GUb-SF). La dimension maximale du gros granulat est de 20 mm. Tous les btons contiennent un agent entraneur dair et agent rducteur deau. Cette srie de btons comporte un bton de rfrence (L-35-AE-00) produit avec de leau potable (sans eau recycle). Les quatre autres btons contiennent des quantits variables deau recycle.

La seconde srie de mlanges regroupe des btons sans air entran de 30 MPa 28 jours (L-30-SA). Ces btons ont t fabriqus avec un rapport eau/liant apparent de 0,58 et un ciment portland normal (GU). La dimension maximale du gros granulat est de 14 mm. Tous les btons contiennent un agent rducteur deau. Cette seconde srie de btons comporte un bton de rfrence (L-30-SA-00) produit avec de leau potable (sans eau recycle). Les quatre autres btons contiennent des quantits variables deau recycle.

Pour chaque srie, les proportions deau potable et deau recycle ont t ajustes de manire produire des eaux de gchage ayant des teneurs en solides en suspension de 30 000, 50 000, 75 000 et 100 000 ppm. Les formulations dtailles sont prsentes aux Tableaux 1 et 2.

Tableau 1 : Formulation des btons de la srie L-35-AE Bton L-35-AE-00 L-35-AE-30 L-35-AE-50 L-35-AE-75 L-35-AE-100

Solides (ppm) 0 30 000 50 000 75 000 100 000 Eau Pot. (kg/m) 173 125 97 57 16 Eau Rliq. (kg/m) 0 42 71 107 142 Solides (kg/m) 0 5 9 13 18 Ciment (kg/m) 424 421 432 434 432 Sable (kg/m) 778 776 793 795 792 Pierre (kg/m) 965 957 983 986 982 AEA (ml/100 kg C) 75 75 75 75 75 R.E. (ml/100 kg C) 387 387 387 387 387 E/Lap 0,41 0,41 0,41 0,41 E/Lrel

0,41 0,40 0,39 0,38 0,37

Tableau 2 : Formulation des btons de la srie L-30-SA Bton L-30-SA-00 L-30-SA-30 L-30-SA-50 L-30-SA-75 L-30-SA-100

Solides (ppm) 0 30 000 50 000 75 000 100 000 Eau Pot. (kg/m) 202 150 111 64 19 Eau Rliq. (kg/m) 0 50 49 124 166 Solides (kg/m) 0 6 10 15 21 Ciment (kg/m) 351 355 352 354 355 Sable (kg/m) 1088 1097 1088 1093 1096 Pierre (kg/m) 647 655 649 652 654 AEA (ml/100 kg C) 0 0 0 0 0 R.E. (ml/100 kg C) 245 245 245 245 245 E/Lap 0,58 0,58 0,57 0,58 E/Lrel

0,58 0,56 0,55 0,53 0,52

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3.3 Btons dusine

Quatre sries de mlanges ont t fabriques en usine. La premire srie regroupe des btons air entran de 35 MPa 28 jours (C-35-AE). Ces btons ont t fabriqus avec un rapport eau/liant apparent de 0,42 0,01 et un liant compos de 50% de ciment GU et de 50% ciment GUb-SF. Les dosages en eau ont t ajusts en usine de manire produire des affaissements de 100 20 mm. Les btons de cette srie contiennent un adjuvant rducteur deau et un agent entraneur dair.

La seconde srie de mlanges (C-30-SA) comprend des btons sans air entran de 30 MPa 28 jours. Ces btons ont t fabriqus avec un rapport eau/liant apparent de 0,50 0,02 et un ciment portland normal (GU). Les dosages en eau ont t ajusts en usine de manire produire des affaissements de 80 20 mm.

Les deux autres sries de mlanges regroupent des btons de 25 MPa avec (C-25-AE) et sans air entran (C-25-SA). Les rapports eau/liant apparents des btons avec et sans air entran sont 0,56 0,02 et 0,58 0,01 respectivement. Les btons de la srie C-25-AE sont fabriqus avec un liant constitu de 75% de ciment GU et de 25% de laitier de haut fourneau. Ceux de la srie C-25-SA sont fabriqus avec un liant constitu de 85% de ciment GU et 15% de laitier. Les dosages en eau ont t ajusts en usine de manire produire des affaissements de 80 10 mm. Ces deux sries de bton contiennent un agent rducteur deau.

Tous les btons dusine ont t fabriqus avec un gros granulat de 20 mm de dimension maximale. Les Tableaux 3 et 4 prsentent les formulations dtailles de tous les btons fabriqus en usine.

Le dosage des btons en usine nest aussi prcis que celui des btons produits en laboratoire. Par exemple, en usine, il est plus difficile de connatre prcisment la quantit totale deau de gchage en raison de la variation de lhumidit des granulats. En effet, dimportantes variations de temprature et dhumidit des granulats peuvent se produire lintrieur dune plage de temps de quelques heures. Ces variations peuvent avoir des effets sur laffaissement, la teneur en air, le temps de prise et le ressuage. Pour minimiser les effets de ce type de variations sur les proprits des btons frais et pour pouvoir mieux valuer leffet de leau recycle, toutes les productions de bton avec eau recycle ont t immdiatement prcdes dune production dun bton de rfrence ne contenant pas deau recycle. Les formulations des btons de rfrence, produits juste avant chaque bton avec eau recycle, sont prsentes aux Tableaux 3 et 4. Tous les btons de rfrence ont t soumis aux mmes essais de caractrisation que ceux utiliss pour les btons avec eau recycle. Les diffrences entre les rsultats avec et sans eau recycle sont alors plus fortement gouvernes par la quantit deau recycle que par les variations horaires dhumidit des granulats et de temprature des matriaux.

4 PROCDURES DESSAIS

4.1 En laboratoire

Les btons de laboratoire ont t produits dans un malaxeur toupie dune capacit de 100 litres. Les btons des sries L-35-AE et L-30-SA ont t respectivement produits avec des gches de 200 kg et 150 kg. Les mesures daffaissement (CSA A23.2-5C), du volume dair entran (CSA A23.2-4C) et du temps de prise (ASTM C403) ont t ralises partir dchantillons de btons frais prlevs 10 minutes aprs le premier contact eau-ciment. Les rsistances la compression (CSA A23.2-9C) ont t mesures aprs 24 heures et 28 jours de mrissement humide. Les btons de la srie L-35-AE ont t soumis des essais acclrs de durabilit aux cycles de gel-dgel selon les normes dessai ASTM C666 (rsistance la fissuration interne) et NQ 2621-900 (rsistance lcaillage d aux sels de dglaage).

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Tableau 3 : Formulation des btons des sries C-35-AE et C-30-SA Bton C-35-AE-23 C-35-AE-36 C-35-AE-46 C-35-AE-51 C-30-SA-21 C-30-SA-34 C-30-SA-33 C-30-SA-45 C-30-SA-49

Solides (ppm) 0 23 000 0 36 000 0 46 000 0 51 000 0 21 000 0 34 000 0 33 000 0 45 000 0 49 000 Eau Pot. (kg/m) 165 98 165 100 168 93 167 47 181 114 178 138 175 140 180 125 177 145 Eau Rliq. (kg/m) 0 68 0 64 0 67 0 112 0 70 0 30 0 29 0 45 0 24 Solides (kg/m) 0 4 0 6 0 8 0 9 0 4 0 6 0 6 0 8 0 9 Ciment (kg/m) 400 399 404 402 400 401 399 399 351 351 348 349 351 351 362 363 361 361 Sable (kg/m) 792 804 792 814 802 806 797 799 908 914 905 905 900 898 881 879 886 885 Pierre (kg/m) 906 899 896 883 885 887 884 895 919 912 923 922 923 912 922 923 907 919 AEA (ml/100 kg C) 95 95 85 85 90 90 95 95 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 R.E. (ml/100 kg C) 230 230 230 230 230 230 230 230 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 E/Lap 0,43 0,42 0,42 0,42 0,53 0,50 0,50 0,49 0,49 E/Lrel

0,41 0,42

0,41 0,41

0,42 0,40

0,42 0,40

0,52 0,52

0,51 0,48

0,50 0,48

0,50 0,47

0,49 0,47

Tableau 4 : Formulation des btons des sries C-25-AE et C-25-SA Bton C-25-AE-36 C-25-AE-42 C-25-AE-47 C-25-SA-55 C-25-SA-58 C-25-SA-67

Solides (ppm) 0 36 000 0 42 000 0 47 000 0 55 000 0 58 000 0 67 000 Eau Pot. (kg/m) 157 123 163 117 159 116 178 139 174 133 176 97 Eau Rliq. (kg/m) 0 33 0 39 0 38 0 35 0 33 0 66 Solides (kg/m) 0 6 0 7 0 8 0 10 0 10 0 12 Ciment (kg/m) 288 289 299 300 287 290 283 283 283 283 282 282 Sable (kg/m) 6240 939 932 927 935 939 967 960 964 962 7480 962 Pierre (kg/m) 6020 902 907 907 6960 908 887 893 6780 901 6950 896 AEA (ml/100 kg C) 37 37 32 32 37 37 0 0 0 0 0 0 R.E. (ml/100 kg C) 250 250 310 310 250 250 250 250 250 250 250 250 E/Lap 0,56 0,55 0,56 0,65 0,62 0,62 E/Lrel

0,54 0,54

0,55 0,52

0,55 0,53

0,63 0,61

0,62 0,58

0,62 0,58

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4.2 En usine

Les btons dusine ont t produits en centrale fixe en utilisant des gches de 5 m3 7,5 m3. Lchantillonnage des btons a t effectu lextrmit de la chute du camion malaxeur, juste avant le dpart du camion de la centrale bton. Pour chaque bton, laffaissement, le volume dair, le temps prise et le ressuage ont t mesurs. Des cylindres de bton (100 x 200 mm) ont t fabriqus pour mesurer la rsistance la compression aprs 24 heures et 28 jours de mrissement humide. Des prouvettes ont t fabriques lusine pour valuer la durabilit aux cycles de gel-dgel de certains btons de la srie C-35-AE.

5. RSULTATS

5.1 Btons en laboratoire

5.1.1 Bton frais

Les courbes de la Figure 1 indiquent quune plus grande proportion deau recycle (augmentation de la teneur en solides) diminue trs significativement laffaissement des btons. Le bton sans air entran fabriqu avec une eau de gchage 100 000 ppm (L-30-SA-100) a subi une perte daffaissement de plus 40 mm. Dans le cas du bton de 35 MPa air entran (L-35-AE), lutilisation deau recycle engendre des pertes daffaissement encore plus importantes. Les donnes de la Figure 1 montrent que les btons fabriqus avec une eau de gchage 75 000 et 100 000 ppm avaient un affaissement nul, ce qui correspond une perte daffaissement de 80 mm par rapport au bton de rfrence (L-35-AE-00).

0

20

40

60

80

100

120

0 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000Solides (ppm)

Affa

isse

men

t (m

m)

L-35-AE

L-30-SA

0:00

1:00

2:00

3:00

4:00

5:00

6:00

7:00

8:00

0 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000Solides (ppm)

Tem

ps de

pr

ise

(heu

re)

L-35-AE

L-30-SA

Figure 1: Affaissement des btons de laboratoire en fonction de la teneur en solides dans leau de

gchage

Figure 2 : Temps de prise des btons de laboratoire en fonction de la teneur en solides dans

leau de gchage

Laugmentation de la quantit deau recycle dans leau de gchage engendre systmatiquement une diminution du temps de prise (Figure 2). Dans le cas du bton de 30 MPa sans air entran (L-30-SA), le temps de prise passe de 5 h pour le bton tmoin, moins de 3 h pour le bton contenant une eau de gchage 100 000 ppm. La diminution du temps prise est encore plus importante dans le cas du bton de 35 MPa avec air entran (L-35-AE). En effet, leau de gchage 50 000 ppm a produit une diminution du temps de prise de plus de 2 h. Le temps de prise des btons fabriqus avec des eaux de gchage 75 000 et 100 000 ppm na pas pu tre mesur en raison de limpossibilit de fabriquer les prouvettes requises pour cet essai (ces btons avaient un affaissement nul).

La Figure 3 prsente les relations entre le volume dair et la teneur en solides dans leau de gchage. Malgr labsence dagent entraneur dair, les btons de la srie L-30-SA possdent des teneurs en air comprises entre 3 et 4%. Ces valeurs, relativement leves pour une formulation sans agent entraneur dair, dcoulent du fort dosage en sable (> 1000 kg/m3) de ce type de bton. Les donnes de la Figure 3

139

montrent que laugmentation de la quantit deau recycle a trs peu deffet sur la quantit dair normalement pige lors du malaxage. Dans le cas du bton avec air entran (L-35-AE), la courbe de la figure 3 suggre que laugmentation de la teneur en solides, jusqu une valeur denviron 50 000 ppm, engendre une lgre diminution du volume dair entran. Il nest pas possible dvaluer les effets dune plus grande proportion deau recycle sur lentranement dair en raison de labsence de mesures pour des teneurs en solides suprieures 50 000 ppm. Ces btons avaient une maniabilit trop faible (aucun affaissement) pour pouvoir tre soumis la mesure du volume dair dans le bton frais.

0

1

2

3

4

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0 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000Solides (ppm)

Air

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L-35-AE

L-30-SA

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101520253035404550

0 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000

Solides (ppm)

Rs

ista

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la co

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essi

on

(MPa

) L-35-AE (24h)

L-35--AE (28j)

L-30-SA (24h)

L-30-SA (28j)

Figure 3 : Teneur en air des btons fabriqus en laboratoire en fonction de la teneur en solides dans

leau de gchage

Figure 4 : Rsistance la compression des btons fabriqus en laboratoire en fonction de la teneur en

solides dans leau de gchage

5.1.2 Bton durci

Lutilisation deau recycle na que trs peu modifi les rsistances la compression 24 h et 28 jours des btons fabriqus en laboratoire (Figure 4). Dans le cas des btons de 30 MPa sans air entran (L-30-SA), la rsistance la compression 24 heures des btons avec eau recycle est au moins suprieure 85 % de la rsistance du bton de rfrence alors que cette proportion est de 97 % pour la rsistance 28 jours. Pour le bton de 35 MPa avec air entran (L-35-AE), les rsistances la compression 24 heures et 28 jours des btons avec eau recycle sont au moins suprieures 95 % de celles des btons de rfrence sans eau recycle.

Les rsultats des essais dcaillage des btons L-35-AE-30 et L-35-AE-50 indiquent que ces deux btons possdent une mauvaise rsistance lcaillage. Aprs 56 cycles de gel, la masse des dbris du bton L-35-AE-30 est de 603 g/m2 et celle du bton L-35-AE-50 est de 1140 g/m2. Ces valeurs, largement suprieures la limite maximale de 500 g/m2, sont probablement dues au faible volume dair entran des mlanges avec eau recycle (3,2 % et 4,2 %).

5.2 Btons dusine

Dans le cas des btons dusine, il faut rappeler que les quatre sries de btons ont t produites selon des plages daffaissement fixes. Les plages daffaissement des sries C-35-AE, C-30-SA, C-25-AE et C-24-SA sont respectivement de 100 20 mm, 80 20 mm, 80 10 mm et 80 10 mm. Lors du malaxage, les dosages en eau ont t lgrement ajusts de manire ce que les btons possdent une maniabilit conforme aux plages daffaissement exiges par les utilisateurs. Cette contrainte fait en sorte quil na pas t possible danalyser directement linfluence de leau recycle sur laffaissement des btons produits en usine.

140

5.2.1 Btons frais

Les figures 5 et 6 prsentent linfluence de leau recycle sur le volume dair entran et le temps de prise des btons de la srie C-35-AE. Les rsultats de la figure 5 montrent que le volume dair des btons avec eau recycle est systmatiquement plus faible de celui des btons tmoins. En moyenne, lutilisation deau recycle engendre une perte denviron 10% (soit environ 0,6% dair dans les btons). Les btons tmoins et les btons avec eau recycle subissent approximativement les mmes variations de volumes dair en fonction de la teneur en solides. Lvolution simultane (bton tmoin et avec eau recycle) du volume dair en fonction de la teneur en solides indique que la teneur en solides nest pas le seul paramtre qui a influenc la teneur en air. Dautres paramtres de production ont probablement jou un rle dont notamment la temprature, lhumidit des granulats et le dosage en eau. Globalement, les rsultats montrent que lutilisation deau recycle diminue le volume dair entran. Cependant, la diminution ne semble pas fonction de la teneur en solides de leau de gchage.

Linfluence de la teneur en solides sur le temps de prise des btons de la srie C-35-AE est prsente la Figure 6. Les rsultats montrent que le temps de prise des btons avec eau recycle est en moyenne 13% plus court que celui des btons de rfrence. Comme dans le cas du volume dair, les carts approximativement constants entre les temps de prise des tmoins et des btons avec eau recycle suggrent que les effets de leau recycle sur le temps de prise ne sont pas proportionnels la teneur en solides.

0

1

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23 000 36 000 46 000 51 000Solides (ppm)

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10:00

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23 000 36 000 46 000 51 000Solides (ppm)

Tem

ps de

pr

ise

(heu

re) Tmoin Eau Rc

Figure 5 : Teneur en air du bton C-35-AE en fonction de la teneur en solides

Figure 6 : Temps de prise du bton C-35-AE en fonction de la teneur en solides

Les rsultats obtenus partir des btons air entran de 25 MPa (C-25-AE) sont trs similaires ceux obtenus avec les btons air entran de 35 MPa (C-35-AE). Les donnes des Figures 7 et 8 montrent que lutilisation deau recycle diminue systmatiquement le volume dair entran et le temps de prise. Ces diminutions ne sont pas proportionnelles la teneur en solides dans leau de gchage. En moyenne, leau recycle engendre une diminution denviron 10% du volume dair (soit une baisse de 0,7% dair dans le bton) et une diminution denviron 25% du temps de prise.

141

01

2

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36 000 42 000 47 000Solides (ppm)

Air

(%)

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4:00

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36 000 42 000 47 000Solides (ppm)

Tem

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pr

ise

(heu

re) Tmoin Eau Rc

Figure 7 : Teneur en air du bton C-25-AE en fonction de la teneur en solides

Figure 8 : Temps de prise du bton C-25-AE en fonction de la teneur en solides

Les rsultats provenant des deux sries de btons sans air entran (C-30-SA et C-25-SA) montrent que leau recycle na pas deffet significatif sur le volume dair naturellement pig lors du malaxage (Figures 9 et 11). Dans tous les cas, la diffrence entre le volume dair du bton de rfrence et le volume dair du bton avec eau recycle ne dpasse pas 0,3%, quelle que soit la teneur en solides dans leau de gchage.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

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21 000 34 000 33 000 45 000 49 000Solides (ppm)

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21 000 34 000 33 000 45 000 49 000Solides (ppm)

Tem

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pr

ise

(heu

re) Tmoin Eau Rc

Figure 9 : Teneur en air du bton C-30-SA en fonction de la teneur en solides

Figure 10 : Temps de prise du bton C-30-SA en fonction de la teneur en solides

Comme dans le cas des btons avec air entran, lutilisation deau recycle diminue le temps de prise des btons sans air entran. Les donnes des Figures 10 et 12 indiquent que le temps de prise des btons avec eau recycle des sries C-30-SA et C-25-SA est systmatiquement plus court que celui des btons de rfrence. En moyenne, lutilisation deau recycle diminue le temps de prise denviron 45 minutes. Comme dans le cas des btons air entran, la diminution du temps prise nest pas proportionnelle la teneur en solides dans leau de gchage.

142

0,00,51,01,52,02,53,03,54,0

55 000 58 000 67 000Solides (ppm)

Air

(%)

Tmoin Eau Rc

0:00

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55 000 58 000 67 000Solides (ppm)

Tem

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pr

ise

(heu

re) Tmoin Eau Rc

Figure 11 : Teneur en air du bton C-25-SA en fonction de la teneur en solides

Figure 12 : Temps de prise du bton C-25-SA en fonction de la teneur en solides

5.2.2 Btons durcis

Lutilisation deau recycle dans les btons de 35 MPa avec air entran (C-35-AE) a produit une lgre augmentation des rsistances la compression 24 h et 28 j (Figure 13). Laugmentation de la rsistance nest pas proportionnelle la teneur en solides de leau de gchage. Les btons avec eau recycle ont une rsistance la compression 28 j suprieure denviron 2 5 MPa par rapport celle des btons de rfrence. Une partie de cet cart est probablement lie au plus faible volume dair des btons avec eau recycle. Le plus faible volume dair engendre une augmentation de la rsistance des btons avec eau recycle. Globalement, les gains de rsistance suivent la rgle qui indique quune perte de 1% dair provoque une augmentation de 4 5 % de la rsistance la compression.

0

10

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23 000 36 000 46 000 51 000Solides (ppm)

Rs

ista

nc

e

la c

om

pre

ss

ion

(M

Pa) Tmoin (24h) Eau Rc (24h) Tmoin (28j) Eau Rc (28j)

Figure 13 : Rsistance la compression du bton C-35-AE en fonction de la teneur en solides

Lutilisation deau recycle provoque gnralement une augmentation de la rsistance la compression des btons avec air entran de 25 MPa (C-25-SA) (Figure 14). Les effets de leau recycle sont trs similaires ceux observs dans le cas des btons avec air entran de 35 MPa. Les donnes de la Figure

143

14 montrent que les variations de rsistance ne sont par proportionnelles la teneur en solides de leau de gchage.

0

5

10

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20

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36 000 42 000 47 000Solides (ppm)

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(M

Pa)

Tmoin (24h) Eau Rc (24h) Tmoin (28j) Eau Rc (28j)

Figure 14 : Rsistance la compression du bton C-25-AE en fonction de la teneur en solides

Dans le cas des btons sans air entran des sries C-30-SA et C-25-SA, lutilisation deau recycle na pas provoqu daugmentation ou de diminution systmatique des rsistances la compression 24 h et 28 j (Figures 15 et 16). Par rapport aux btons de rfrence, on observe de trs lgres augmentations ou diminutions qui ne sont pas proportionnelles la teneur en solides dans leau de gchage. Dans tous les cas, la rsistance la compression 28 j des btons avec eau recycle est comprise lintrieur dune plage de 5% des valeurs obtenues avec les btons de rfrence.

0

10

20

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21 000 34 000 33 000 45 000 49 000Solides (ppm)

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Tmoin (24h) Eau Rc (24h) Tmoin (28j) Eau Rc (28j)

Figure 15 : Rsistance la compression du bton C-30-SA en fonction de la teneur en solides

144

0

5

10

15

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40

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55 000 58 000 67 000Solides (ppm)

Rs

ista

nc

e

la c

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pre

ss

ion

(M

Pa)

Tmoin (24h) Eau Rc (24h) Tmoin (28j) Eau Rc (28j)

Figure 16 : Rsistance la compression du bton C-25-SA en fonction de la teneur en solides

Certains btons air entran de la srie C-35-AE ont t soumis des essais acclrs de durabilit au gel. Les facteurs de durabilit des btons C-35-AE-46 et C-35-AE-51 sont suprieurs 100%, ce qui indique que ces btons possdent une excellente rsistance la fissuration interne (ASTM C666). Les rsultats des essais dcaillage des btons C-35-AE-23, C-35-AE-36, C-35-AE-46 et C-35-AE-51 sont respectivement de 446, 356, 54 et 277 g/m2. Ces 4 btons possdent donc une bonne rsistance lcaillage car toutes ces valeurs sont infrieures la limite maximale de 500 g/m2.

6. DISCUSSION

Pour pouvoir mieux comprendre linfluence de leau recycle sur les proprits des btons frais et durci, il faut dfinir les concepts de rapport eau/liant apparent (E/Lapp) et de rapport eau/liant rel (E/Lrel). Le calcul du E/Lapp prend en compte la masse deau potable et la masse deau recycle en y incluant la masse des solides en suspension. Le calcul du E/Lrel ninclut pas la masse des solides en suspension dans leau recycle. Lors des oprations normales de production dune formulation de bton avec eau recycle, une partie de leau de gchage est remplace par la mme masse deau recycle (incluant les solides en suspension). Par consquent, le E/Lapp est constant mais le E/Lrel peut varier en fonction de la teneur en solides de leau recycle ou de la proportion deau recycle dans leau de gchage.

Les deux sries de btons en laboratoire ont t produites en utilisant un E/Lapp constant pour chaque srie. Cette approche est conforme aux mthodes commerciales de production des btons avec eau recycle. Cependant, les formulations des btons des sries L-35-AE et L-30-SA (Tableaux 1 et 2) montrent que plus la teneur en solides augmente dans leau de gchage (la proportion deau recycle augmente), plus le rapport E/Lrel diminue. De la mme manire, la quantit de fines apportes par leau recycle augmente et peut atteindre 20 kg/m3 dans le cas dune eau de gchage contenant approximativement 100 000 ppm. La plupart des effets de lutilisation deau recycle sur les proprits des btons de laboratoire dcoulent probablement de la baisse du E/Lrel et de lapport de particules fines engendr suite au remplacement dune partie de leau de gchage par de leau recycle. Ainsi, les diminutions de laffaissement, du temps de prise et du volume dair entran en fonction de la teneur en solides ont probablement t engendres par le plus faible dosage en eau (E/Lrel) et lapport de particules fines en suspension. Lutilisation dune grande quantit deau recycle na pas provoqu de chute de la rsistance la compression, probablement en raison de la baisse du E/Lrel qui compense les effets de leau de gchage de moins bonne qualit sur la quantit et la qualit des produits dhydratation.

145

Les rsultats des essais de durabilit montrent que lutilisation deau recycle peut compromettre la rsistance aux sels de dglaage. Il est possible que la plus faible rsistance lcaillage des btons de laboratoire avec eau recycle dcoule de leur plus faible volume dair entran (< 4,2 %). Il est difficile de conclure plus prcisment sur linfluence de leau recycle car seuls deux rsultats dessais sont disponibles.

Les quatre sries de bton dusine ont t produites en imposant un affaissement approximativement constant. Par consquent, lors du malaxage, un petit ajout deau a pu tre ncessaire pour atteindre la plage daffaissement spcifie. De plus, les btons dusine ont t fabriqus avec des teneurs en solides relativement faibles (< 62 000 ppm). Ces deux facteurs font en sorte que le rapport E/Lrel des btons dusine diminue relativement peu (0,05) lorsque la teneur en solides augmente. Globalement, les effets de leau recycle sur les proprits des btons dusine sont similaires ceux observs avec les btons de laboratoire. Leau recycle diminue systmatiquement le temps de prise de tous les types de btons ainsi que le volume dair des btons air entran. Comme dans le cas des btons de laboratoire, ces baisses rsultent probablement de la lgre baisse du rapport E/Lrel et de laugmentation de la teneur en fines des btons contenant de leau recycle. Labsence de proportionnalit entre la teneur en solides et les diminutions du volume dair et du temps de prise est probablement due limposition dun affaissement approximativement constant pour chaque srie de mlanges. Comme pour les btons de laboratoire, leau recycle na pas provoqu de chute significative de la rsistance la compression. La lgre baisse du E/Lrel compense probablement les effets dune eau de gchage de moins bonne qualit sur la quantit et la qualit des produits dhydratation.

Contrairement aux btons de laboratoire, les btons de la srie C-35-AE possdent une excellente durabilit au gel (fissuration interne et caillage). La bonne durabilit des btons dusine dcoule probablement de la meilleure qualit de leur rseau de bulles dair entran qui, dans tous les cas, comporte un volume dair suprieur 4,8 %.

7. CONCLUSION

Cette tude a permis de dgager les principales conclusions suivantes :

Lanalyse de la performance des btons avec eau recycle doit prendre en compte les concepts de rapport E/Lapp et E/Lrel. Le calcul du E/Lapp prend en compte la masse deau potable et la masse deau recycle en y incluant la masse des solides en suspension. Le calcul du E/Lrel ninclut pas la masse des solides en suspension dans leau recycle. Lors des oprations normales de production dune formulation de bton avec eau recycle, une partie de leau de gchage est remplace par la mme masse deau recycle (incluant les solides en suspension). Par consquent, le E/Lapp est constant mais le E/Lrel peut varier en fonction de la teneur en solides de leau recycle ou de la proportion deau recycle dans leau de gchage.

La plupart des effets de lutilisation deau recycle sur les proprits des btons de laboratoire dcoulent probablement de la baisse du E/Lrel et de lapport de particules fines engendr suite au remplacement dune partie de leau de gchage par de leau recycle. Ainsi, les diminutions de laffaissement, du temps de prise et du volume dair entran en fonction de la teneur en solides ont probablement t engendres par le plus faible dosage en eau (E/Lrel) et lapport de particules fines en suspension.

Globalement, les effets de leau recycle sur les proprits des btons dusine sont similaires ceux observs avec les btons de laboratoire. Leau recycle diminue systmatiquement le temps de prise de tous les types de btons ainsi que le volume dair des btons air entran. Comme dans le cas des btons de laboratoire, ces baisses rsultent probablement de la lgre baisse du rapport E/Lrel et de laugmentation de la teneur en fines des btons contenant de leau recycle.

146

Lutilisation deau recycle na pas provoqu de chute de la rsistance la compression, probablement en raison de la baisse du E/Lrel qui compense les effets de leau de gchage de moins bonne qualit sur la quantit et la qualit des produits dhydratation.

Les rsultats des essais de durabilit montrent que lutilisation deau recycle peut compromettre la rsistance aux sels de dglaage. Il est possible que la plus faible rsistance lcaillage des btons de laboratoire avec eau recycle dcoule de leur plus faible volume dair entran (< 4,2 %).

8. RFRENCES

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