Mortier et coulis

Chapitre 2 — Mortier et Coulis

Le mortier est le liant qui assure la cohésion de la maçonnerie. Il lie les unités entre elles, répartit uniformément les charges verticales, compense les irrégularités dimensionnelles des unités, assure l'étanchéité à l'air et à l'eau, et contribue à la résistance structurale de l'ensemble. Le coulis (grout) est un mortier très fluide utilisé pour remplir les cavités des murs en maçonnerie armée. Ce chapitre couvre en détail la composition, les propriétés, les types, la mise en œuvre et le contrôle qualité des mortiers et coulis selon les normes en vigueur au Québec.

2.2 Composition du Mortier

Le mortier de maçonnerie est composé de quatre ingrédients principaux :

2.2.1 Liant hydraulique (ciment Portland)

Le ciment Portland (types GU, HE, MS, HS selon CSA A3001) est le liant principal qui confère au mortier sa résistance mécanique. Le ciment type GU (General Use) est le plus courant pour la maçonnerie. Le ciment type HE (High Early Strength) est utilisé lorsque la prise rapide est nécessaire (basse température). Le ciment type MS (Moderate Sulfate Resistance) est recommandé en milieu acide ou sulfaté.

2.2.2 Chaux hydratée

La chaux hydratée (type N ou S selon CSA A3000) améliore la maniabilité, la rétention d'eau et l'élasticité du mortier. Elle réduit le retrait au séchage et favorise l'adhérence. Les mortiers à base de chaux sont plus souples et tolèrent mieux les mouvements différentiels sans fissurer.

2.2.3 Sable

Le sable représente 60–75 % du volume du mortier. Il doit être propre, exempt d'argile, de limon, de matière organique et de sels solubles. La granulométrie doit être continue et conforme à la norme CSA A82.56 ou ASTM C144. Un sable trop fin augmente le retrait ; un sable trop grossier réduit la maniabilité. La teneur en humidité du sable influence directement le rapport eau/liant et doit être mesurée régulièrement.

2.2.4 Eau

L'eau de gâchage doit être potable et exempte d'impuretés (huiles, acides, sels, matières organiques). Le rapport eau/liant (E/L) est le facteur le plus critique pour la résistance du mortier : un excès d'eau réduit la résistance et augmente le retrait ; un manque d'eau rend le mortier difficile à appliquer. Le dosage typique est de 0,45 à 0,60 en volume.

2.3 Types de Mortier selon la CSA A371 et l'ASTM C270

Le type de mortier choisi doit correspondre à l’usage du mur, à l’exposition et à la résistance des unités, car un mortier trop fort ou trop faible peut fissurer, absorber l’eau ou compromettre l’adhérence. La CSA A371 et l’ASTM C270 aident à comparer les mortiers M, S, N et O selon leur résistance, leur ouvrabilité et leur compatibilité avec briques, blocs, pierre et éléments armés.

2.3.1 Mortier Type M

Composition volumétrique : 1 ciment Portland : ¼ chaux : 3½ sable. Résistance à la compression minimale à 28 jours : 17,2 MPa (2 500 psi). Utilisé pour les maçonneries en contact avec le sol (fondations, murs de soutènement, regards), les murs soumis à des charges élevées et les ouvrages en milieu agressif.

2.3.2 Mortier Type S

Composition : 1 ciment : ½ chaux : 4½ sable. Résistance : 12,4 MPa (1 800 psi). Le type S est le plus polyvalent et le plus utilisé au Québec. Il est recommandé pour les murs porteurs extérieurs et intérieurs, les murs de cavité, les parapets et les éléments de maçonnerie armée.

2.3.3 Mortier Type N

Composition : 1 ciment : 1 chaux : 6 sable. Résistance : 5,2 MPa (750 psi). Utilisé pour les murs non porteurs, les cloisons intérieures, le parement de brique et les travaux généraux de maçonnerie hors sol. C'est le mortier de choix pour les briques de parement (façades).

2.3.4 Mortier Type O

Composition : 1 ciment : 2 chaux : 9 sable. Résistance : 2,4 MPa (350 psi). Utilisé pour les travaux non structuraux intérieurs, les réparations de maçonnerie ancienne et les joints de faible épaisseur. Ne convient pas pour les applications extérieures au Québec en raison des cycles de gel-dégel.

2.3.5 Mortier Type K

Composition : 1 ciment : 3 chaux : 12 sable. Résistance : 0,5 MPa (75 psi). Utilisé exclusivement pour la restauration de maçonnerie historique où une compatibilité avec les mortiers anciens à base de chaux est nécessaire. Rarement utilisé dans les constructions neuves.

2.4 Propriétés du Mortier Frais et Durci

Le comportement du mortier se juge à deux moments: frais, il doit être ouvrable, cohésif et capable de garnir correctement le joint; durci, il doit assurer adhérence, résistance, étanchéité relative et durabilité. Ces propriétés influencent la qualité des joints, la stabilité des murs, la protection contre l’eau et la conformité aux tolérances de pose exigées au devis.

2.4.1 Maniabilité (consistance)

La maniabilité est mesurée par le test d'affaissement au cône d'Abrams (ASTM C143) ou par la table à secousses (ASTM C230). Un mortier de maçonnerie doit avoir une consistance plastique, ni trop fluide (risque d'affaissement) ni trop ferme (difficulté de mise en œuvre).

2.4.2 Rétention d'eau

La rétention d'eau est la capacité du mortier à retenir l'eau de gâchage lorsqu'il est en contact avec les unités de maçonnerie poreuses. Elle est mesurée par ASTM C1506 : un mortier de qualité doit retenir au moins 70 % de son eau initiale après 2 minutes sur une plaque poreuse. Une rétention insuffisante entraîne une prise prématurée, une adhérence réduite et des fissures.

2.4.3 Temps de prise

Le temps de prise initial (début de durcissement) est généralement de 2 à 4 heures et le temps final de 6 à 12 heures selon la température ambiante, l'humidité et le type de ciment. Par temps froid (sous 5 °C), la prise est considérablement ralentie et des mesures spéciales sont requises.

2.4.4 Résistance à la compression

Mesurée selon ASTM C109 sur des cubes de 50 mm testés à 7, 14 et 28 jours. La résistance à 28 jours est la valeur de référence pour la classification du mortier.

2.4.5 Adhérence (bond strength)

L'adhérence entre le mortier et les unités de maçonnerie est cruciale pour la résistance au cisaillement du mur. Elle est influencée par la composition du mortier, la porosité des unités, la technique de pose (mortier complet sur toute la face), la propreté des surfaces et l'humidité des unités. Le test d'adhérence par flexion (ASTM C1072) mesure la résistance de l'interface mortier-unité.

2.4.6 Résistance au gel-dégel

Les mortiers exposés aux intempéries au Québec doivent résister aux cycles de gel-dégel. Le type S (faible rapport E/L, haute résistance) est généralement le plus résistant. L'ajout d'entraîneur d'air (air entraining agent) améliore la résistance au gel.

2.5 Coulis de Maçonnerie (Grout)

Le coulis est un mortier très fluide (affaissement de 250–300 mm) utilisé pour remplir les cavités des blocs CREUX dans les murs de maçonnerie armée. Il enrobe les barres d'armature et assure la continuité structurale entre les armatures et les unités de maçonnerie.

2.5.1 Types de coulis

2.5.2 Composition

Le coulis contient un liant (ciment Portland + chaux ou ciment à maçonnerie), du sable (et gravier pour le coulis gros), de l'eau et éventuellement des adjuvants (fluidifiants, retardateurs de prise). Le rapport E/L est plus élevé que pour le mortier (0,50–0,70) pour obtenir la fluidité nécessaire.

2.5.3 Mise en œuvre

Le coulis est pompé ou versé dans les cavités par incréments de 1,2 m maximum (lift height), avec un délai de 30–60 minutes entre les lifts pour permettre la dissipation de la pression hydraulique. Le rejointoiement (rodding) ou le perçage (puddle) assure le remplissage complet.

2.6 Adjuvants

2.7 Mise en Œuvre du Mortier

La mise en œuvre du mortier est une opération de contrôle qualité continue: dosage, malaxage, temps d’utilisation, température, humidification des unités et rejointoiement doivent rester cohérents du bac à mortier jusqu’au joint fini. Une bonne pratique réduit les joints creux, les fissures, les infiltrations et les reprises non conformes aux exigences CSA A371 et CNB.

2.7.1 Gâchage

Le mortier doit être gâché mécaniquement (malaxeur à mortier) pendant 3 à 5 minutes. Le gâchage manuel est toléré pour les petits volumes seulement. L'eau doit être ajoutée progressivement pour obtenir la consistance désirée.

2.7.2 Mûrissement (slaking)

Le mortier à base de chaux doit reposer (mûrir) pendant 30 minutes après le premier gâchage pour permettre l'hydratation complète de la chaux. Il est ensuite regâché (retempering) avec de l'eau si nécessaire.

2.7.3 Temps d'utilisation

Le mortier doit être utilisé dans les 2 heures suivant le gâchage (idéalement 1 h 30 par temps chaud). Il ne doit pas être regâché plus d'une fois. Le mortier qui a commencé à prendre doit être jeté.

2.7.4 Températures de mise en œuvre

2.8 Contrôle Qualité

Les tests de contrôle qualité incluent :

2.9 Résumé

Le choix du mortier (type M, S, N, O ou K) dépend de l'application structurale, des conditions climatiques et du type d'unité de maçonnerie. La composition, la mise en œuvre et le contrôle qualité du mortier sont essentiels à la durabilité de l'ouvrage. Le coulis, quant à lui, est un composant critique de la maçonnerie armée. Le briqueteur-maçon québécois doit maîtriser les types de mortier, les dosages, les techniques de gâchage et les précautions climatiques prescrites par la CSA A371 et l'ASTM C270. Le chapitre suivant traite des appareils et des techniques de pose.

2.3 Composition détaillée des mortiers

Le mortier de maçonnerie est un mélange de liant (ciment, chaux ou une combinaison des deux), de sable et d'eau, dosé selon des proportions précises qui déterminent ses propriétés mécaniques et sa durabilité. La norme CSA A371 établit cinq types de mortier (S, N, M, O, K) classés par résistance à la compression croissante.

Le mortier de type N est le plus utilisé pour les murs porteurs intérieurs et extérieurs au Québec. Sa composition typique est d'une part de ciment Portland, une part de chaux hydratée et six parts de sable (1:1:6 en volume). Sa résistance à la compression à 28 jours est de 5,2 MPa minimum. Il offre un bon équilibre entre résistance, durabilité et capacité d'adaptation aux mouvements thermiques.

Le mortier de type S est plus résistant (minimum 12,4 MPa) et convient aux applications structurales sollicitées. Sa composition est de 2 parts de ciment, 1 part de chaux et 9 parts de sable (2:1:9). Il est recommandé pour les murs de fondation, les murs de soutènement et les zones sismiques.

Le mortier de type M (minimum 17,2 MPa) est utilisé pour les ouvrages enterrés, les charges lourdes et les applications industrielles. Sa composition est de 3 parts de ciment, 1 part de chaux et 12 parts de sable (3:1:12).

2.4 Propriétés du mortier frais et durci

Le mortier frais doit posséder une ouvrabilité adéquate permettant la mise en œuvre sans affaissement excessif. La consistance est mesurée par l'essai d'étalement à la table à secousses selon la norme CSA A179. L'étalement optimal se situe entre 110 % et 130 %. La rétention d'eau est essentielle pour éviter la déshydratation rapide du mortier avant la prise du ciment.

Le mortier durci doit présenter une résistance à la compression conforme au type choisi. La résistance à l'arrachement des joints doit être d'au moins 0,1 MPa pour garantir la liaison entre les unités. La perméabilité à l'eau est mesurée par le coefficient d'absorption capillaire qui ne doit pas dépasser 0,5 kg/m²·min^0,5 pour les mortiers exposés.

La durabilité au gel-dégel est évaluée par essai accéléré. Le mortier doit résister à 50 cycles de gel-dégel avec une perte de masse inférieure à 7 %. La teneur en air entraîné (mesurée selon CSA A3002) doit être comprise entre 12 % et 20 % pour assurer une bonne résistance au gel.

2.5 Coulis de maçonnerie

Le coulis est utilisé pour remplir les cavités des murs en blocs de béton armé. Il diffère du mortier par sa fluidité plus élevée (affaissement de 200 à 250 mm au cône d'Abrams) qui lui permet de remplir complètement les vides autour des armatures.

Le coulis léger (granulats passant au tamis de 10 mm) est utilisé pour les cavités de 50 à 100 mm de largeur. Le coulis lourd (granulats jusqu'à 20 mm) est réservé aux cavités de plus de 100 mm. La résistance minimale à la compression du coulis est de 10 MPa à 28 jours.

La mise en place du coulis doit se faire par pompage ou par gravité, en respectant une hauteur de chute libre maximale de 1,5 mètre pour éviter la ségrégation des granulats. Le coulis doit être vibré mécaniquement dans les cavités pour assurer un remplissage complet autour des barres d'armature.

2.6 Techniques de malaxage et contrôle de la qualité

Le malaxage du mortier doit être effectué dans un malaxeur mécanique pendant trois à cinq minutes après l'ajout de tous les composants. L'eau doit être propre et dosée précisément. Le mortier doit être utilisé dans les deux heures suivant le malaxage par temps normal, et dans les 90 minutes par temps chaud (au-dessus de 30°C).

Le contrôle qualité inclut la vérification des proportions par pesée au moins une fois par quart de travail. Des prismes d'essai (40 × 40 × 160 mm) sont confectionnés quotidiennement pour les essais de résistance à 7 et 28 jours selon la norme CSA A3004.

La température du mortier lors de la mise en œuvre doit être comprise entre 5°C et 35°C. En hiver, l'eau de gâchage peut être chauffée à 60°C maximum, et le sable doit être dégelé. Les adjuvants antigel sont interdits sans approbation de l'ingénieur.

2.7 Défauts courants et correctifs

Les fissures de retrait dans les joints de mortier sont causées par un excès d'eau de gâchage ou un séchage trop rapide. La solution consiste à réduire le rapport eau-ciment et à humidifier les unités avant la pose par temps sec.

La décoloration du mortier (efflorescence) résulte de la migration des sels solubles vers la surface. Le nettoyage chimique avec une solution d'acide chlorhydrique diluée (1:50) doit être effectué après 28 jours de cure.

Le décollement entre le mortier et les unités est causé par une aspiration trop rapide (unités trop sèches). Il est impératif de mouiller les unités par temps chaud et d'utiliser un mortier à haute rétention d'eau.