Quelle est la densité du béton ?

La densité du béton est une notion assez complexe à appréhender sachant qu’il s’agit d’une mesure purement scientifique. En effet, il faut notamment faire la distinction entre densité et masse volumique, mais aussi différencier la densité selon le type de béton.

D’autres paramètres sont encore à considérer pour avoir une idée précise de tout ce que renferme cette notion. Comment est donc définie concrètement la densité du béton ? Réponse dans l’article.

Généralités sur les notions de densité et de masse volumique

Qu’est-ce que la densité ?

La densité (d) d’un corps correspond au rapport entre sa masse volumique (ρ corps) et la masse volumique d’un corps de référence (ρ réf). Elle se traduit donc par la formule d = ρ corps/ρ réf.

Par ailleurs, il faut savoir que dans les cas des liquides et des solides, le corps de référence n’est autre que l’eau. En d’autres termes, la densité d’un matériau liquide ou solide est obtenue en faisant le rapport entre la masse volumique du matériau en question à celle de l’eau.

À titre d’exemple, lorsqu’un matériau à une densité de 2, cela signifie qu’un volume de ce matériau pèse 2 fois plus lourd qu’un volume d’eau. En revanche, si la densité d’un matériau est inférieure à 1, cela sous-entend que celui-ci flotte sur l’eau.

Pour le cas des gaz, le corps de référence à considérer est l’air, c’est-à-dire que leur densité est calculée par rapport à la masse volumique de l’air. Enfin, sachant que la densité est un rapport de deux mesures ayant la même unité, elle ne porte ainsi aucune unité.

Qu’est-ce que la masse volumique ?

La masse volumique, quant à elle, représente la masse d’un corps par unité de volume. Concrètement, la masse volumique d’un corps (ρ) s’obtient en divisant la masse de ce dernier (m) par son volume (v), d’où la formule ρ = m/v.

Dans le fameux système international (SI), la masse volumique s’exprime en kilogramme par mètre cube (kg/m³). Toutefois, il est parfaitement acceptable de l’exprimer en tonne par mètre cube (t/m³).

Comment faire la distinction entre densité et masse volumique ?

Pour rappel, la densité d’un liquide ou d’un solide correspond à un nombre sans dimension.

De plus, sachant que la masse volumique de l’eau est de 1000 kg/m³, cela signifie que la densité d’un liquide ou d’un solide s’exprime avec la même valeur numérique que sa masse volumique. Dans la pratique, avancer qu’un matériau a une densité de 2 revient à dire que sa masse volumique est de 2 t/m³. Cette différence subtile est souvent la source de confusion entre les notions de densité et de masse volumique.

Quels sont les différents types de densité d’un matériau granulaire ?

Les composants du béton, à savoir le ciment, le sable ou encore les gravillons font partie de la classe des matériaux granulaires, car contenant des pores. Il est donc important de préciser rigoureusement la définition du terme densité pour cette catégorie de matériaux, sachant qu’elle possède plusieurs types de densité.

Pour le sable par exemple, il est judicieux de savoir si l’on parle de la densité du grain avec ses pores, du granulat qui est l’ensemble des grains avec les vides entre eux ou de la matière qui ne prend pas en compte les pores. Ces trois notions correspondent respectivement à la densité réelle, à la densité apparente et à la densité absolue. C’est la densité apparente qui est la plus fréquemment considérée lorsqu’on se réfère à la densité du béton, mais aussi à celle de ses composants.

Quelle est la différence entre la densité réelle, la densité apparente et la densité absolue ?

Parfois, on a tendance à confondre la densité réelle de la densité apparente ou de la densité absolue. Pourtant, ces trois notions sont complètement différentes. Connaitre la différence entre celles-ci est indispensable pour savoir quelle est la densité du béton. Pour ce faire, nous allons détailler la formule qui vous permettra de connaitre la valeur de chaque notion.

La densité réelle

La densité réelle est obtenue en faisant le rapport entre la masse volumique réelle du matériau et la masse du même volume d’eau. La masse volumique réelle est ensuite le rapport entre la masse du matériau et le volume réel du grain. A noter que ce dernier rassemble les volumes de chaque grain ainsi que leurs pores internes.

La densité absolue

En ce qui concerne la densité absolue, celle-ci est calculée en faisant le rapport entre la masse volumique absolue du matériau et la masse du volume d’eau. La masse volumique absolue est également connue sous le nom de masse spécifique.

Par ailleurs, la masse volumique absolue est le rapport de la masse du matériau et du volume de la matière pleine. On parle de volume absolue de la matière car on ne prend pas en compte le vide entre et dans les grains. Cette formule est d’une importance capitale pour les matériaux poreux.

La densité apparente

La densité apparente s’obtient par l’intermédiaire du rapport entre la masse volumique apparente du matériau et la masse du même volume d’eau. La masse volumique apparente est également connue sous le nom de masse volumique en vrac. Pour l’obtenir, le calcul consiste à diviser la masse du matériau et le volume apparent de l’ensemble des grains. Il s’agit en réalité du volume de la totalité des grains avec celui de la porosité inter et intra-granulaire.

Quelle est la valeur de la densité du béton ?

Densité du béton léger

Selon la norme NF EN 206/CN, sont compris dans la catégorie des bétons légers, ceux dont la masse volumique sèche à l’état durci est inférieure ou égale à 2000 kg/m³, soit ceux qui ont une densité inférieure ou égale à 2.

Cependant, dans la pratique, la densité des bétons légers est située entre 0,2 et 1,8, tandis que la densité des bétons traditionnels est comprise entre 2,2 et 2,4. À titre informatif, on obtient du béton léger en remplaçant tous les granulats du béton traditionnel ou seulement une partie par des granulats légers.

D’autre part, il faut encore distinguer le béton léger structurel du béton. Le béton léger structurel est apprécié pour sa résistance mécanique et sa densité est comprise entre 0,8 et 2. Ce type spécifique de béton est composé essentiellement de granulats d’argile expansé, voire de schiste expansé. On l’utilise en vue d’alléger le poids des structures, comme la création d’un nouveau plancher.

Le béton léger non structurel a pour sa part une densité oscillant entre 0,2 et 1,2. Dans ce dernier cas, on parle généralement de mortier qui est composé principalement de billes de polystyrène expansé. Son usage reste donc exclusif aux applications non structurelles. L’objectif étant d’exploiter un matériau à la fois léger et doté de bonnes qualités d’isolation thermique et phonique. Le béton léger entre alors en jeu quand il est question de compenser un plancher ou de réaliser un ravoirage de sols.

Densité du béton lourd

On parle de béton lourd lorsque la masse volumique de ce dernier est supérieure à 2600 kg/m³, c’est-à-dire ceux dont la densité est supérieure à 2,6. Dans la pratique, ce type de béton affiche une densité comprise entre 3 et 5. Le béton lourd est obtenu en substituant la totalité des granulats traditionnels ou une partie par des granulats lourds.

Parmi les granulats lourds naturels, on peut citer la magnétite, la barytine ou l’hématite. Il est encore possible d’utiliser des déchets ferreux issus de l’industrie sidérurgique, tels que la grenaille de fonte, les riblons ou les coupures d’acier.

Les bétons lourds jouent un rôle majeur dans la stabilisation en faisant office de contrepoids, de lests ou de radiers lourds. Ils peuvent aussi entrer dans la réalisation d’écrans de protection contre les rayons ionisants. En effet, la densité du béton lourd lui permet de stopper les rayons gamma, d’où son utilisation dans les réacteurs de centrales nucléaires et les salles de radiographie.

Quelle est la densité des constituants du béton ?

Lorsqu’on parle de la densité du béton, on doit mentionner la densité de ses différents constituants. Ils ont leur rôle à jouer dans la densité du béton. Le béton est formé à partir des éléments tels que le ciment, le sable, le gravillon, l’eau et les adjuvants. Le béton peut également contenir des colorants ou encore des fibres en fonction du type de béton.

Normalement, les informations concernant la densité des constituants du béton sont accessibles auprès du fournisseur du béton. Chaque constituant est décrit dans une fiche technique. Ce document affiche distinctement la différence entre la densité apparente du matériau et sa densité absolue.

La densité du ciment

Pour le ciment, la densité apparente varie entre 0,9 et 1,2 alors que la densité absolue se situe entre 2,8 et 3,2. Pour savoir quelle est la densité exacte du ciment, il faut se rapporter au type de ciment. A noter que le ciment se divise en plusieurs variétés à savoir le CEM I, le CEM II, le CEM III, le CEM IV et le CEM V.

La densité des granulats

Le sable sec non compacté fait partie des principaux granulats qui composent le béton. Sa densité apparente est de 1,6.

Quant à la masse volumique du sable sec, celle-ci s’élève à 1 600 kg/m3. Le béton contient ensuite du gravillon sec non compacté. Sa densité apparente est dans l’ordre de 1,5.

Quant à sa densité absolue, celle-ci varie entre 1,5 et 3. La densité de 1,5 concerne le calcaire très tendre alors que la densité absolue d’une diorite très compacte sera dans l’ordre de 3.

En outre, il faut mentionner que la densité absolue du granulat varie en fonction de la nature de la roche. Par conséquent, il faut prendre en compte la densité des minéraux.

La densité de l’eau

La densité de l’eau s’élève à 1. Il s’agit en effet du matériau de référence qu’on utilise pour calculer la densité.

La densité des autres ajouts

Des adjuvants peuvent s’ajouter à la composition du béton. Leur densité va varier entre 0,9 et 1,3. Si le béton contient du colorant, la densité absolue de ce dernier varie entre 4 et 5 alors que sa densité apparente va de 0,3 à 1,2.

Habituellement, le colorant utilisé pour donner de la couleur au béton est élaboré à partir de l’oxyde de fer.

Enfin, le béton fibré contient des fibres métalliques en acier. Leur densité est de 7,8.

Quels sont les éléments qui influencent la densité apparente du granulat ?

Les granulats tiennent une place importante dans la constitution du béton. Pour comprendre la densité du béton, il est indispensable de prendre en compte plusieurs facteurs pouvant influencer la densité apparente d’un granulat.

Premièrement, la masse du grain peut varier en fonction de la nature de la roche ainsi que de la densité des minéraux. Sa forme doit aussi être considérée. Lorsque le granulat a une forme sphérique ou cubique, sa densité est plus élevée lorsqu’on le compare à des granulats qui sont plats, allongés ou en aiguille.

Par la suite, on doit mentionner la granularité. Lorsque le granulat est fin, il n’y a pas beaucoup de vide entre ses grains. Ce dernier va alors afficher une densité apparente plus élevée par rapport à un gros granulat qui présente beaucoup de vide entre ses grains.

A titre d’exemple, la densité apparente d’un gravillon est plus faible par rapport à celle du sable.

La densité apparente peut ensuite être influencée par le taux d’humidité. La densité apparente d’un sable humide est plus élevée par rapport celle d’un sable sec. La densité apparente d’un sable sec s’élève par exemple à 1,6 alors qu’elle est de 2 lorsque le sable est humide.

Enfin, il est important de connaitre le taux de compactage pour savoir quel est la densité apparente du granulat. Lorsque le sable est tassé dans un sac ou dans un big bag, sa densité apparente est plus élevée par rapport à du sable non tassé.

Prenons l’exemple du sable sec non compacté dont la densité apparente est de 1,4. Lorsque ce même sable est compacté dans un sac, sa densité apparente augmente à 1,7.

Vous pouvez également consulter nos deux articles : « Qu’est-ce qu’un PUMI béton ? » et « Quel prix pour 1 m3 de béton ? ».