Cours en ligne: Matériaux de construction 1
Chapitre 5: Les mortiers
En collaboration avec:
Le mortier normal est un mortier qui sert à définir certaines caractéristiques d’un ciment et notamment sa résistance. Ce mortier est réalisé conformément à la norme ( pour déterminer la consistance de la pâte de ciment).
Le sable utilisé est un sable appelé “sable normalisé CECN EN 196-1”, lui-même étant défini par rapport à un ”sable de référence CEN”. Ce sable est commercialisé en sac plastique de 1350 + 5g. sa courbe granulométrique doit se situer à l’intérieur du fuseau indiqué sur la figure 5.5.1
Fig. 5.5.1 : Composition granulométrique du sable de référence CEN
La composition du mortier à tester est le suivant :
Avant d’être utilisé pour les différents essais de maniabilité, de prise, de résistance ou de retrait, on mélange la composition d’un mortier pendant 4 minutes conformément aux prescriptions de la norme :
Tableau 5.1.1: Opération pour déterminer le mortier normal 
C'est une mesure qui est utile pour apprécier l'efficacité d'un adjuvant plastifiant, ou superplastifiant, sur la fluidité d'un mortier ou sur la réduction d'eau qu'il permet de réaliser à consistance égale. Il convient donc de définir un mode opératoire susceptible d'apprécier cette consistance ; c'est l'objet des essais définis par les normes NF P 18 - 452 et NF P 15 -437.
Dans ces essais, la consistance est caractérisée par le temps que met le mortier pour s'écouler sous l'effet d'une vibration.
L'appareil utilisé est appelé maniabilimètre B" et est schématisé sur la figure ci-dessous. Il consiste en un boîtier parallélépipédique métallique ( 60 cm x 30 cm x 30cm ), posé sur des supports en caoutchouc, équipe d'un vibrateur et muni d'une cloison amovible.
Un malaxeur normalisé est également requis pour la réalisation du mortier.
Fig. 5.5.1: Principe de fonctionnement du maniabilimètre B
Les essais de prise peuvent être effectués sur mortier. Lorsque L'essai a lieu sur mortier normal, il est gouverné par la norme NF P15-431. Lorsqu'il s'agit d'un adjuvant, l'essai obéit à la norme NF P18-356.
L'appareil utilisé est toujours l'appareil de Vicat, (Fig5.3.1), mais surchargé par une masse additionnelle de 700 g. (300+700) = 1000g. L'aiguille de 1,13mm de diamètre qui pénètre le mortier est alors soumis à une charge de 1000g. La procédure d'essai est la même que celle décrite où l'aiguille cesse de s'enfoncer sous l'effet de ce chargement et s'arrête a une distance d du fond du moule de 2,5mm.
Fig. 5.3.1 : Appareil de Vicat muni de l'aiguille avec une surcharge 
La résistance d’un mortier est directement dépendante du type de ciment donc, il s’agit de définir les qualités de résistance d’un ciment plutôt que d’un mortier.
L’essai consiste à étudier les résistances à la traction et à la compression d’éprouvettes de mortier normal. Dans un tel mortier la seule variable est la nature de liant hydraulique; la résistance du mortier est alors considérée comme significative de la résistance du ciment.
L’ensemble est décrit de manière détaillée par la norme EN 196-1. Il est énuméré ci-dessous.
Une salle maintenue à une température de 20 °C ± 2 °C et à une humidité relative supérieure ou égale à 50 %.
Un malaxeur normalisé (figure 5.5.3)
Des moules normalisé permettant de réaliser 3 éprouvettes prismatiques de section carrée 4cm×4cm et de longueur 16cm ( ces éprouvettes sont appelés “éprouvettes 4×4×16” ).
Un appareil à chocs permettant d’appliquer 60 chocs aux moules en les faisant chuter d’une hauteur de 15mm± 0,3mm à la fréquence d’une chute par seconde pendant 60 s.
Une machine d’essais de résistance à la flexion permettant d’appliquer des charges jusqu’à 10KN avec une vitesse de mise en charge de 50 N/s ± 10N/s. La machine doit être pourvue d’un dispositif de flexion tel que celui schématisé sur la figure 5.6.
Une machine d’essais à la compression permettant d’appliquer des charges jusqu’à 150 KN ( ou plus si les essais l’exigent ) avec une vitesse de mise en charge de 2400 N/s ± 200 N/s. Cette machine est équipée d’un dispositif de compression tel que celui schématisé sur la figure.
Fig. 5.4.1: Moules pour moulage des éprouvettes de mortier
La norme EN 196-1 décrit de manière détaillée le mode opératoire concernant cet essai.
Avec le mortier normal préparé comme indiqué (à la partie supérieure), on remplit un moule 4 x 4 x 16. Le serrage du mortier dans ce moule est obtenu en introduisant le mortier en deux fois et en appliquant au moule 60 chocs à chaque fois. Après quoi le moule est arasé, recouvert d’une plaque de verre et entreposé dans la salle ou l’armoire humide.
Entre 20 h et 24 h après le début du malaxage, ces éprouvettes sont démoulées et entreposées dans de l’eau à 20 C° ± 1 C° jusqu’au moment de l’essai de rupture.
Au jour prévu, les 3 éprouvettes sont rompues en flexion et en compression. Les normes ENV 197-1 et NFP 15-301 définissent les classes de résistance des ciments d’après leur résistance à 2 (ou 7 jours) et 28 jours. Ces âges sont donc impératifs pour vérifier la conformité d’un ciment. Si des essais sont réalisés à d’autres âges, ils devront être réalisés dans les limites de temps indiquées dans le tableau ci-dessous.
La rupture de chaque éprouvette en flexion est effectuée conformément au dispositif décrit sur la figure.
Fig 5.4.2: Dispositif pour l’essai de résistance à la flexion.
Si Ff est la charge de rupture de l’éprouvette en flexion, le moment de rupture vaut Ff l/4 et la contrainte de traction correspondante sur la face inférieure de l’éprouvette est :
Cette contrainte est appelé la résistance à la flexion. Compte tenu des dimensions b et l , Si Ff est exprimée en newtons (N), cette resistance exprimée en méga pascals (MPa) vaut :
Fig. 5.4.3: Dispositif de rupture en compression.
Les demis-prismes de l’éprouvette obtenus après rupture en flexion seront rompus en compression comme indiqué sur la figure 5.4.3. Si FC est la charge de rupture, la contrainte de rupture vaudra :
Cette contrainte est appelée résistance à la compression et, si FC est exprimée en newton, cette résistance exprimée en mégapascals vaut :
Les résultats obtenus pour chacun des 6 demi-prismes sont arrondis à 0,1 MPa près et on en fait la moyenne. Si l’un des 6 résultats diffère de ± 10 % de cette moyenne, il est écarté et la moyenne est alors calculée à partir des 5 résultats restants. Si à nouveau un des 5 résultats s’écarte de ± 10 % de cette nouvelle moyenne, la série des 6 mesures est écartée. Auquel cas il convient de chercher les raisons de cette dispersion : malaxage, mis en place, conversation ?
Lorsque le résultat est satisfaisant, la moyenne ainsi obtenue est la résistance du ciment à l’âge considéré.
Résistance normale
La résistance dite résistance normale pour un ciment donné est la résistance ainsi mesurée à l’âge de 28 jours. C’est cette résistance qui définit la classe du ciment : si un ciment a, (à 28 jours), une résistance normale de 52 MPa, on dira que sa classe vraie est de 52 MPa.
Il s’agit d’évaluer le retrait, ou le gonflement, que provoque le ciment étudié sur des éprouvettes de mortier normal.
On compare, à différents temps t, la variation de longueur d’une éprouvette 4 x 4 x 16 cm, par rapport à sa longueur à un temps t0 pris pour origine.
Il est décrit dans la norme NF P 15-433.
Une salle maintenue à une température de 20 °C ± 2 °C et à une humidité relative supérieure ou égale à 50 % ± 5 %.
Eventuellement deux bains d’eau dont la température est maintenue à 20 °C ± 1 °C et. 5 °C ± 1 °C. Un malaxeur normalisé (figure 5.5.3)
Des moules équipés de plots de retrait en laiton. Les plots sont vissés au moule au moment de la mise en place du mortier puis désolidarisé du moule avant le démoulage. Après durcissement, les éprouvettes 4 x 4 x 16 sont donc munies à leurs deux extrémités de plots comme indiqué sur la figure 5.5.8.
Un déformètre (tel que celui schématisé sur la figure 5.5.8) équipé d’un comparateur permettant de réaliser des mesures avec une exactitude inférieure ou égale à 0,005 mm. Une tige de 160 mm de longueur doit permettre de régler le zéro du déformètre. Cette tige est en Invar de façon à ce que les variations de température qu’elle peut connaître au cours de la manipulation n’entraînent pas de modification appréciable de sa longueur.
Fig 5.5.8 Appareillage pour la mesure du retrait
Au moment de la mesure, le comparateur est mis au zéro sur la tige étalon en Invar de longueur L = 160 mm. Soit dl(t) la valeur lue sur le comparateur au temps t; l’éprouvette a une longueur au temps considéré:
Soit l(t0) la longueur de l’éprouvette au temps t0 choisi d'origine. En général, cette origine est prise au moment du démoulage, 24 h après la confection des éprouvettes. La variation de longueur au temps t sera:
La variation relative de longueur est généralement désignée par ε et a pour expression:
Δl(t) est obtenu en faisant la moyenne sur les 3 éprouvettes issues du même moule. Lorsque les éprouvettes sont conservées dans l’air, Δl(t) est généralement négatif et l’on parle alors de retrait de l’éprouvette. Lorsque l’éprouvette est conservée dans l’eau, Δl(t) peut être positif: il y a alors gonflement.