Que se passe-t-il réellement si je varie les proportions de ciment et de sable dans le mortier?

Lors de la préparation des proportions de mortier de ciment et de sable et de ciment, l'AFAIK peut varier. J'ai toujours utilisé la proportion 1 à 3 «recommandée par défaut» (un volume de ciment pour trois volumes de sable).

Que se passe-t-il réellement si je modifie la proportion - comment cela affectera-t-il le mortier et pourquoi voudrais-je cela?

Les codes et autres guides fournissent des combinaisons de mélanges nominaux qui fonctionnent correctement dans des conditions générales.

En général, un mélange 1: 2 donnera une meilleure résistance qu'un mélange 1: 3. Mais il est tout à fait possible qu'un mix 1: 0,5 soit moins performant. La résistance provient du transfert de force inter-particules entre les grains de sable et également de la résistance au cisaillement fournie par le ciment agissant comme adhésif. Ainsi, les codes fournissent des combinaisons équilibrées connues qui sont satisfaisantes.

Pour obtenir un contrôle complet sur les propriétés d'un mélange mortier / béton, vous devez considérer les critères suivants:

1. Quantité de ciment: En règle générale, l'augmentation du ciment augmente la résistance. Au-delà d'un certain point, il agit également négativement. Étant donné que le transfert de force majeur dans une matrice béton / mortier provient de l'interaction sable-sable, l'excès de ciment rendra le mortier très fragile car les particules de ciment ne peuvent pas transférer la force de contact normale - elles sont bonnes pour fournir une résistance au cisaillement. Comme le ciment est cher, dans les applications à faible résistance comme les routes, la quantité de ciment est moindre pour optimiser le coût.
2. Quantité d'eau: généralement une teneur en eau allant de 20% à 35% (p / p de ciment) envisage une plage de fonctionnement sûre. Une teneur en eau plus faible donne une faible résistance et un mélange moins maniable pour des conditions planes comme la pose sur route. Une teneur en eau plus élevée est généralement utilisée dans des conditions spécifiques telles que la pose de tas à l'aide de tremie - où la nature fluide du mélange est nécessaire. Bien que les hautes eaux entraînent également une résistance plus faible, il existe d'autres solutions (mentionnées ci-dessus).
3. Quantité de sable: Une très grande quantité de sable rendra votre mélange très fragile et faible contre toutes sortes de forces. Pour M20, M25, etc., la proportion générale est de 1: 3. Cependant, pour un mélange à haute résistance (M35 +), il vaut mieux aller avec 1: 2 et quelque part à ce sujet.
4. Montant agrégé: Les agrégats ont deux raisons d'être là: l'économie et la force. Ils sont bon marché et constituent une bonne charge. Des quantités très élevées et très faibles d'agrégats donnent une résistance médiocre mais une solution économique variée. Une quantité modérée suffit.
5. Forme d'agrégat: en général, l'augmentation de la torsion de la particule d'agrégat donne une résistance croissante car elle donne une zone de contact plus élevée et de meilleures capacités de verrouillage.
6. Entraînement de l'air: une teneur élevée en air dans le mélange réduit la résistance. C'est pourquoi le béton à haute résistance est vibré avant la pose pour expulser les petites poches d'air. Une faible teneur en air donne une faible maniabilité, donc parfois, des `` entraîneurs d'air '' (additifs chimiques) sont utilisés pour donner la nature fluide désirée sans compromettre le changement de la teneur en eau et par conséquent la force.
7. Additifs: Les additifs physiques comme la «poudre de silice fine», les «cendres volantes» permettent la réduction du ciment et permettent une économie. la silice fine est ... très fine donc elle pénètre dans le plus petit des vides et offre une bonne force de contact en réduisant la teneur en air. Les cendres volantes remplacent généralement le ciment. C'est un sous-produit des centrales thermiques et il est très bon marché. Jusqu'à 15% de ciment peuvent être remplacés par de la silice fine et jusqu'à ~ 40% par des cendres volantes. Les additifs chimiques comme les super-plastifiants fournissent une augmentation de l'ouvrabilité efficace, ou même une réduction de l'eau à une ouvrabilité similaire - donnant ainsi un mélange plus résistant.

tldr; Respectez le mélange recommandé.

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Maintenant, voici la science:

Le béton, le mortier et les coulis sont tous des mélanges de ciment Portland, d'eau et d'agrégats (sable, et dans le cas du béton: gravier).

Le béton est utilisé à des fins structurelles et son rôle principal est de supporter une charge. Le béton idéal est un bloc de roche solide et monolithique sans aucun ciment. De toute évidence, ce n'est pas très réalisable. La prochaine meilleure chose est un mélange qui est principalement composé d'agrégats, finement classé pour inclure toutes les tailles, de la poussière aux rochers, de sorte que la quantité de ciment nécessaire pour le coller ensemble soit minimisée. Moins il y a de ciment, plus le béton est solide, à condition qu'il y ait suffisamment de ciment pour le maintenir ensemble.

Le mortier est semi-structurel. Il est là pour coller les briques ensemble, mais doit pouvoir supporter la charge sur des couches minces. il s'agit principalement de sable grossier retenu par du ciment Portland. Ce sont les forces Sand-vs-Sand qui donnent au mortier sa force, donc je serais réticent à réduire la quantité de sable dans le mélange.

Les coulis et les couches minces ne sont pas structurels, en ce sens qu'ils ne sont pas tenus de supporter un poids réel. Ils sont utilisés dans le carrelage pour empêcher les mouvements latéraux ou pour niveler un élément structurel (c.-à-d. Les sous-planchers). Ce sont principalement des sables fins et du ciment Portland.

Maintenant, nous devons considérer le ciment lui-même. Le rapport w / c (eau-ciment) est le facteur le plus significatif dans la résistance finale du ciment durci. Moins vous y mettez d'eau, plus le produit final est fort (encore une fois jusqu'à un certain point minimum). Donc, cela nous dirait que pour un bon ciment, nous voulons un mélange relativement sec.? Faux. Il y a deux autres facteurs. un autre: Workability and Curing.

Ouvrabilité: Il s'agit de la facilité de coulage, de façonnage et de lissage du mortier. Évidemment, vous voulez qu'un mortier soit un peu plus rigide qu'un béton, car le béton est coulé et le mortier est répandu. Il doit pouvoir se débrouiller tout seul. Mais si vous le rendez trop rigide, vous ne pouvez pas le faire du tout. La solution consiste à ajouter plus d'eau. Pour les éléments de structure, il existe des additifs appelés super-plastifiants, qui améliorent la maniabilité sans modifier le rapport w / c, mais ils ne sont pas utiles / rentables dans un mortier. C'est aussi pourquoi je n'envisagerais pas d'augmenter la quantité de sable - vous perdrez l'ouvrabilité.

Durcissement: Le ciment ne cesse de durcir. Cependant, nous considérons que 28 jours sont un durcissement complet, dans lequel le ciment atteint sa résistance nominale. Le durcissement est le processus par lequel les particules de ciment se lient aux particules d'eau disponibles et durcissent. Cela signifie que l'eau doit être présente pendant les 28 jours complets! Une fois que le mélange d'origine a pris, nous devons maintenant garder la surface humide. Vous verrez des coussinets structurels recouverts de plastique - c'est pour réduire l'évaporation. Vous verrez également des camions-citernes arroser des tampons fraîchement versés pour les garder humides. (La préfabrication de haute qualité est souvent durcie à la vapeur en usine) Cependant, dans le cas d'un mortier, notre surface exposée est petite et verticale, ce qui rend difficile l'ajout de l'eau requise après coup, nous devons donc inclure l'excès d'eau dans le mélange. Bien sûr, cela réduit la résistance du rapport w / c,

Comme vous pouvez le voir, il s'agit en fait d'une science très complexe avec de nombreux facteurs à considérer. Le résultat est que vous ou moi ne devrions pas jouer avec les mélanges recommandés sans une très bonne raison - Nous n'avons pas l'expérience ou les connaissances pour comprendre les conséquences. - L'industrie a déterminé que les combinaisons par défaut sont le meilleur compromis à usage général pour les nombreux facteurs conflictuels.

Cela affectera la résistance et la longévité de votre mortier. Bien que je ne sois pas un expert ici, il DOIT y avoir une solution optimale à un tel problème. Quel mélange durera le plus longtemps possible, tiendra fermement à la pierre qui l'entoure, sera fort en compression, etc.?

En effet, il s'agit d'un problème d'optimisation à critères multiples, résolu depuis longtemps par la pratique pour trouver la combinaison qui satisfait le mieux tous les objectifs en combinaison. En fait, cependant, si vous allez un tout petit peu dans une direction, vous constaterez que certains de ces objectifs seront mieux atteints, tandis que les autres objectifs seront lésés. Voici comment se comporte un tel problème. Donc, la question devient maintenant, supposons que j'ajoute un peu plus de sable (ou autre agrégat) au mélange? Que va-t-il se passer? Très probablement (et encore une fois, je suis en train de deviner les effets exacts en ce moment même lorsque je parle à voix haute), le mélange deviendra plus fort en compression, mais à un moment donné, il s'érodera plus facilement, deviendra moins collant. Bien sûr, à un moment donné, ajoutez trop de sable et tout ce que vous avez est un tas de sable, qui n'a aucune des propriétés de mortier que vous souhaitez.

De même, supposons que j'augmente la proportion de ciment? Il est logique qu'il adhère mieux à la pierre environnante maintenant, mais il n'est pas aussi fort en compression.

Ajouter plus d'eau au mélange a d'autres conséquences, également optimisées au niveau qui vous a été conseillé. Donc, si vous ajoutez de l'eau, le mélange devient plus humide, plus facile à travailler, plus collant, mais aussi plus bâclé. Il ne restera pas en place. Cela peut également modifier le temps de durcissement.

Mon point est que tous ces paramètres ont été choisis pour être optimaux pour le groupe de caractéristiques qui définissent ce qu'est le mortier et ce qu'il doit faire - les propriétés physiques du mortier. En fait, ces paramètres ont été optimisés par des expériences simples par des maçons pendant des années, jusqu'à ce qu'ils établissent un mélange qui satisfait raisonnablement les meilleures valeurs à un point qui est robuste et stable aux variations de matériaux.

Cela dit, je vais maintenant faire une petite recherche sur le sujet. Par exemple, ce site me dit que le rapport de sable et de ciment peut être quelque part dans la plage de 1: 2 à 1: 3, ce qui change la résistance du mélange en termes de sa capacité à résister aux charges de compression. Il mentionne également que l'ajout de gravier au mélange augmentera la résistance.

Comme je fais plus de lecture, je vois aussi que la qualité du ciment est un facteur. Avec des trucs bon marché, vous avez besoin de plus de ciment, donc cela est probablement défini par la composition du ciment lui-même. (Y a-t-il de la chaux dans le mélange? Combien?)

Je m'arrête ici, car de nombreux facteurs sont impliqués. Quel type de sable utilisez-vous? Le sable composé de sphères parfaitement rondes, toutes de même taille, sera facilement réalisable. Mais ce ne sera pas très fort. Le sable fracturé "tranchant" avec de nombreux bords tranchants avec des tailles de particules variables, sera moins facile à mélanger, moins facile à travailler, mais plus résistant en termes de propriétés du matériau durci.

Un mélange de tailles d'agrégats changera également les choses. Le sable très fin nécessitera plus de ciment dans le mélange, car les minuscules particules ont plus de surface pour le volume donné, donc plus de ciment est nécessaire pour enduire le sable pour une bonne adhérence. Mais le sable fin est plus facile à mélanger, plus facile à travailler, plus facile à mettre dans un endroit. Si la surface à fixer est également très irrégulière, elle peut mieux coller. Mais l'ajout de granulats plus grands à un mélange augmentera la résistance à la compression, car les grosses pierres sont plus résistantes. (À un moment donné, cela transforme le mortier en béton.) Voici une citation que je trouve sur un site:

"Le mortier est un mélange de ciment / sable / eau (et généralement de la chaux) conçu pour la pose d'unités de maçonnerie comme des blocs de ciment, de la pierre ou de la brique. Le mortier est" collant "pour adhérer au bloc, à la pierre ou à la brique. Le béton est conçu pour résister seul."

Même si je suis sûr que je n'ai pas couvert tous les facteurs ici, cela devrait vous donner une idée. Il y a de très nombreux paramètres impliqués. Ce n'est pas seulement la quantité de ciment et de sable qui est importante, mais la formulation exacte du ciment, le type de sable, la quantité d'eau.

Je pratique la maçonnerie de pierre depuis quarante ans et j'ai vu l'effet à long terme du mélange 1: 3 par rapport au mélange 1: 2. Avec une bonne préparation de la base sous la semelle et tout au long de la construction, je recommande le mélange 1: 2 en particulier avec les dalles et les surfaces qui vont subir beaucoup de conditions météorologiques. Mon expérience est presque exclusivement dans la pierre et je peux voir où l'utilisation du mélange plus doux avec de la brique et du bloc pourrait être plus bénéfique. (Pour éviter les fissures dans la brique ou le bloc.) Je dirai que j'ai construit des murs de soutènement et des structures de dalles en utilisant le rapport 1: 2 il y a plus de 30 ans qui n'ont aucune fissure à ce jour. (26/01/16) Le rapport 1: 2 semble mieux résister à l'eau que le rapport 1: 3. Encore une note. Le cycle de gel / dégel est un ennemi majeur de tous les travaux de maçonnerie et l'intrusion d'eau peut être très préjudiciable.

Quelques points de réflexion supplémentaires:

• Si le mortier est trop dur, il ne fléchira pas et aura donc tendance à se fissurer davantage, séparé des briques.
• Si le mortier est plus dur que la brique, alors le mortier s'use plus lentement que la brique sous la pluie / le vent, d'autres le long de la minuterie laisseront le mortier sortir qui collectera ensuite de l'eau et affaiblira les briques.
• Un rendu plus dur laisse également passer moins de vapeur d'eau, ce qui peut arrêter / ralentir la respiration du bâtiment.

Par conséquent, parfois, un mortier flexible plus faible à base de chaux (et sans ciment) est préférable.