etude expérimentale de la rhéologie et du comportement des
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ECOLE DOCTORALE SC ENCES ET INGENIERIE I
THESE
Pour obtenir le grade de Docteur d’Université
Spécialité : Génie Civil
Abdellah EL HILALI
ETUDE EXPERIMENTALE DE LA RHEOLOGIE ET DU COMPORTEMENT DES BETONS AUTOPLAÇANTS (BAP):
INFLUENCE DES FINES CALCAIRES ET DES FIBRES VEGETALES
Soutenue le 17 Décembre 2009
Devant le jury composé de :
Mme. CARE Sabine, Chercheur HDR U ni it, R Navier, U vers é Paris Est ‐ 2, allée Kepler, 77420 Champs sur Marne Mme. DJELAL‐DANTEC Chafika, Professeur des Universités, Laboratoire d'Artois Mécan
Rapporteur
ique Thermique et Instrumentation ‐IUT‐ 1230 Rue de l'université, 62408 Béthune Mme. GHORBEL Elhem, Professeur des Universités, Département Génie Civil‐5 Mail Ga e, 9
Rapporteur
y‐Lussac, Neuville sur Ois 5031 Cergy Pontoise CedexM GONNON Pascal, Ingén l
Directeur de thèse
. ieur OMYA SAS ‐ 5 Rue de 'Aiguillon, ZI Lyon M. KHELIDJ Abdelh
Examinateur
afid, Professeur des Universités, Département Génie Civil‐58 rue Michel Ange, Heinlex, 44600 Saint‐Nazaire M. PERRIN Bernard, Professeur des Universités, Département Génie Civil‐129B Av. de Rangueil, BP 67701, 31077 Toulouse cedex04
Examinateur
Examinateur
Laboratoire A4114
de Mécanique et Matériaux du Génie Civil ‐ L2MGC E5 Mail Gay‐Lussac, Neuville Sur Oise 95031 Cergy Pontoise Cedex
REMERCIEMENTS
Ce travail a été mené sous la direction de Mme. Elhem GHORBEL, Professeur à l’Institut
Universitaire de Technologie de l’Université de Cergy Pontoise, et directeur de ma thèse, je tiens
à lui exprimer toute ma reconnaissance, tant pour ses conseils, son intérêt et son aide qu’elle m’a
accordée durant ces cinq années de thèse.
Mes remerciements vont particulièrement à M. Pascal GONNON, Ingénieur à OMYA, pour avoir
suivi l’évolution de mes travaux de recherche et pour avoir accepté de participer à mon jury de
thèse.
Je tiens à remercier, Philipe Francisco, Responsable du Pôle Chimie CERIB ‐ Division Matériaux,
de m’avoir accueilli au sein du CERIB lors de différentes campagnes d’essais et de m’avoir
ltprodigué ses conseils lors de l’exploitation des résu ats.
Je remercie chaleureusement Valérie MINOT, Pascal MANCEAU, pour leurs aides et
collaborations, sans vous, pas de dispositif expérimental ! Sans oublier, Annelise COUSTURE et
Lilian CRISTOFOL.
Ces quatre années de thèse ont été particulièrement agréables et ce n’est pas sans tristesse qu’il
me faut les finaliser. J’exprime ici toute ma sympathie à tous les doctorants et à tout le personnel
administratif du laboratoire qui a pu m’assister durant ces quatre années et avec lesquels j’ai
passé d’excellents moments aussi bien dans le cadre professionnel.
Je tiens à remercier ma famille, mon frère, mes sœurs et mes amis pour leurs encouragements,
ma femme pour son soutien. Je pense plus particulièrement à mes parents, pour leur soutien et
eur affection permanente, qui m’ont permis d’en arriver là. l
Je tiens enfin à remercier toutes les personnes que j’ai pu côtoyer au cours de ma thèse et celles
qui ont permis son bon déroulement.
Je dédie ce mémoire aux personnes que j’ai les plus
chers au monde, mes parents, sans eux je ne serai
pas là ….
Auteur : Abdellah EL HILALI
Titre : Etude expérimentale de la rhéologie et du comportement des bétons autoplaçants
(BAP) : Influence des fines calcaires et des fibres végétales.
Directeur de thèse : Mme. Elh eur à l’Université de Cergy Pontoise em GHORBEL, Profess
bre 2009 Date et Lieu de soutenance : le 17 Décem
2MGC IUP Génie Civil et Infrastructures ‐ L
ille sur Oise 5, rue Gay Lussac‐Neuv
95031 Cergy Pontoise
Résumé :
Les différentes propriétés des bétons autoplaçants (BAP) (fluidité, viscosité, résistance à la
ségrégation, aptitude au remplissage etc…) rendent leur formulation relativement compliquée.
Même si de nombreuses études ont été effectuées pour comprendre les principes qui régissent le
comportement de ces bétons, aucune méthode pratique de formulation ne semble avoir été
établie à partir de données de base sur les matériaux utilisés et d’un cahier des charges précis.
C’est dans ce contexte que se situe l’étude menée dans ce travail. On s’est attaché à établir une
méthode de formulation et à caractériser le matériau à l’état frais et durci. Ce travail a consisté à
mettre en place une méthodologie pour la formulation d’un BAP en se basant sur une approche
double : expérimentale et théorique (optimisation du squelette granulaire). Des essais ont été
réalisés sur la pâte issue du BAP pour déterminer le dosage de saturation en eau et en
superplastifiant: mini cône et cône de Marsh. Des essais empiriques ont été réalisés sur
différentes formulations de BAP afin de définir un BAP témoin à haute performance caractérisée
par étalement de 65cm (Slump flow, V‐funnel, L‐Box, J‐Ring, Stabilité au tamis). L’influence des
fillers calcaires sur les comportements rhéologique et mécanique du BAP témoin à l’état frais, au
jeune âge et à l’état durci a été étudiée. Les fines étudiés (BETOCARB® P2) se différencient par
leur surface de Blaine "B" et sont notées respectivement "MFS", "LFE" et "MFO". Toutes les
compositions ont été fabriquées avec une teneur en eau fixe (164 L), un même rapport eau‐liant
(E/L=0,35), un rapport G/S=1.
La finesse des fillers calcaires a peu d'effet sur la demande en superplastifiant et affecte de
manière significative la résistance à la compression particulièrement aux jeunes âges par
comparaison à un béton vibré avec les mêmes rapports Eau/liant. Pour mieux appréhender
l’influence de la finesse des fillers sur les propriétés des BAP des mesures de la chaleur
d’hydratation, de perméabilité à l’oxygène, de porosité, de ségrégation et de carbonatation, ont
été réalisés sur les BAP témoins.
Cependant, une question reste souvent posée : le béton autoplaçant renforcé par des fibres
végétales est‐il aussi résistant que le béton autoplaçant non fibré? Un des objectifs de ce travail
éde recherche a été de donner une r ponse claire à ce problème.
Pour cela, nous avons conduit, un programme expérimental pour étudier l’influence de
l’introduction des fibres végétales à base de cellulose sur les propriétés du BAP. Quatre types de
fibres végétales ont été testés, notées FbA, FbB, FbC, FbD. Elles se différencient par leurs
caractéristiques géométriques et le taux de cellulose qu’elles contiennent. L’introduction des
fibres végétales affecte la demande en eau de la pâte et la demande en superplastifiant. Les
résultats des essais expérimentaux menés sur ces formulations ont montré qu’il y avait une
influence significative de ce type de fibres sur les propriétés mécaniques et physiques des BAP.
L’ensemble de ces travaux constitue un ensemble cohérent d’outils d’aide à la formulation des
BAP, destiné à l’ingénieur de formulation.
MotsClés: Bétons autoplaçants (BAP), fillers calcaires, fibres végétales, rhéologie, compression
uniaxia lle, module d’é asticité.
Title: Experimental study of the rheological and mechanical behaviour of self‐compacting
concrete (SCC): Influence of calcareous fillers and vegetable fibres.
Abstract:
The research presented in this thesis develops a simple method for the formulation of self‐
compacting reference concrete containing limestone fillers and no added viscosity agent. The
approach is dual: both experimental and theoretical (granular optimization) were
conducted. The water and superplasticizer were determined through mini cone and
Marsh cone tests conducted on the SCC paste. Effects of limestone filler fineness on
rheological and mechanical properties of the SCC have been noteworthy. Three
calcareous fillers have been introduced into the SCC paste, respectively noted "MFS", "LFE" and
"MFO". The fillers had different Blaine Specific areas ‘SB’. They were prepared at fixed
water/binder ratios so that 35,0=BW
and 1GS=
and maintaining the following dosages
onstant; , , 3/164 mlW = 3350 /C kg= m 3116 /F kg=c m
The results demonstrated that increasing the calcareous fillers’ fineness amplified the demand
for superplasticizer as well as increased its compactness and fluidity. Furthermore, it has been
shown that the fillers with high ‘SB’ improved SCC durability relative to gas (CO2) and liquid
diffusion; the concrete compressive strength was improved mainly at early curing ages. Also, the
relationship between the elastic modulus and the SCC compressive strengths was independent
of the fineness of the fillers and was very close to that recommended by ACI318‐89
( 4,73 CE f= × ).
Is vegetable‐fiber reinforced SCC mechanical strength as resistant as unreinforced SCC ? The
ain objective of this research was to answer this question. m
An experimental program was designed to study the influence of the introduction of short
vegetable fibers issued from paper pulp recycling on the SCC’s properties. Four types of
vegetable fibers have been studied, noted FBA, FBB, FBC and FBD. They differ in their geometric
characteristics and their cellulose concentrations. The introduction of the short vegetal fibers in
the formulated reference SCC with constant binder dosages and 35,0=BW
led to a significant
increase in the paste’s demand for water and superplasticizer, a decrease in concrete density,
and an augmentation in permeability which reduced its mechanical strength and durability.
Keywords: Self‐compacting concrete (SCC), calcareous filler, vegetable fibres, rheology,
compressive strength, elastic modulus.
Table des matières
N LISTE DES NOTATIO SLISTE DES FIGURES LISTE DES TABLEAUX INTRODUCTION GENERALE ..................................................................................................................................... 1
1ER Chapitre : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
1. CARACTERISTIQUES RHEOLOGIQUES DES BAP ................................................................................................... 10 ON ENTRE GRANDEURS SPECIFIQUES EXPERIMENTALES ET CARACTERISTIQUE2. CORRELATI S
LOGIQUES DE ..................RHEO S BAP ......................................................................................................................... 13 ELATIONS ENTRE LES CARACTERI TIQ3. R S UES RHEOLOGIQUES ET LA COMPOSITION DES BAP ....................... 16 SISTANCE ET DURABILITE DES B4. RE AP ................................................................................................................ 18
’UN BAP ................................................................................5. LES DIFFERENTS CONSTITUANTS D ....................... 20 ETHODES DE FORMULATION DES BAP ........................
6. M ..................................................................................... 24
METHODE BASEE SUR L OPTIMISATION DE LA COM
6.1. ’ PACITE DES MELANGES GRANULAIRES ...................... 24 METHODE BASEE SUR L’OPTIMISATION
6.2. DU MORTIER ..................................................................................... 25
METHODE BASEE SU
6.3. R L’OPTIMISATION DE LA PATE ....................................................................................... 266.4. METHODE DE FORMULATION CHINOISE .......................................................................................................... 267. BILAN ET DISCUSSION ............................................................................................................................................ 28
2EME CHAPITRE : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
1. MAT TILISES ............................................................................................................................................. 31 IMENT CPA CE
ERIAUX U 1.1. C M I 52.5 N ............................................................................................................................. 31
RANULATS .............1.2. G ............................................................................................................................................. 31 INES CALCAIRES ..........1.3. F ....................................................................................................................................... 33 SUPERPLASTI IANT .................................................................. 1.4. F ........................................................................... 34 S ...............................
1.5. LES FIBRES VEGETALE ........................................................................................................ 35
HODES DE CARACTERISATION D
2. MET ES BAP A L’ETAT FRAIS .......................................................................... 36ESSAIS DE CARACTERISATION DE LA P ...... ......... ........
2.1. ATE .. .... .......................................................................... 36
SSAIS DE CARACTERISATION DES BAP ..................
2.2. E ......................................................................................... 37 ETHODES DE CARA
3.M CTERISATION DES BAP A L’ETAT DURCI.......................................................................... 45
IQUES DES BAP ........................................................................................ .......................
3.1. ESSAIS DE CARACTERISATION PHYS 45 SAIS MECANIQUES ...........................4. ES ............................................................................................. 48
4.1. Essai de compression simple ....................................................................................................... 48 ETHODE ADOPTE5. M E POUR LA FORMULATION DES BAP .................................................................................... 49 DOSAGE EN LIANT : NF E5.1. N 206‐1 ..................................................................................................................... 50 DOSAGE EN EAU ...................................................................................5.2. ................................................................ 51 DOSAGE EN GRANULATS ..................................................................................................................................... 1 5.3. 5
5.4. APPORTER LES CORRECTIONS EVENTUELLES SUR 1M3 DE BETON ............................................................... 57 FABRICATION ET AJUS5.5. TEMENT DES DOSAGES POUR SATISFAIRE LES PROPRIETES RECOMMANDEES D’UN
AP A L’ETAT FRAIS ..................................................................................................................................................... 58 .6. COMPOSITION DU BAP ........................................................................................................................................ 58
B5
3EME Chapitre : INFLUENCE DES FINES CALCAIRES SUR LA RHEOLOGIE ET
LES CARATERISTIQUES DES BAP
1. CARACTERI ... ....................................................... 61 ETERMINATION DU DOSAGE OPTIMAL EN EAU ............... ................................
STIQUES DE LA PATE A L’ETAT FRAIS ...... ............................... 1.1. D .. ............................................. 61
ETERMINATION DU DOSA
1.2. D GE DE SATURATION EN SUPERPLASTIFIANT ...................................................... 68 ETUDE DE LA CONSIST
1.3. ANCE DE LA PATE EN UTILISANT L’AIGUILLE DE VICAT ............................................ 70
1.4. SYNTHESE ET DISCUSSION .................................................................................................................................. 74SATION
2. CARACTERI DES BAP A L’ETAT FRAIS ..................................................................................................... 75
UVRABILITE DES BAP ..........................................
2.1. O ............................................................................................ 77 E DE
2.2. FLUIDIT S BAP ............................................................................................................................................. 81
STABILITE DES DIFFER ES COMPOSIT ONS DE BAP
2.3. ENT I .................................................................................. 83 ONCLUSION ...............................
2.4. C ......................................................................................................................... 83
SATION DES BAP TEMOI
3. CARACTERI NS A L’ETAT DURCI .................................................................................... 86 ARACTERISTIQUES PHYSIQUES ...........................................................................................
3.1. C ............................. 86
C QUES MECAN
3.2. ARACTERISTI IQUES ..................................................................................................................... 90 REL
3.3. ATION ENTRE LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES ET L’HYDRATATION DES BAP ............................ 923.4. SYNTHESE ET DISCUSSION ................................................................................................................................. 964. BILAN ........................................................................................................................................................................ 97
4EME Chapitre : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES
PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
1. SYNTHESE ....................................................................................................................... 99 ES AVANTAGES DES FIBRES COURTES .........
BIBLIOGRAPHIQUE ........ 1.1. L ................................................................................................. 102
ES INCONVENIENTS DES
1.2. L FIBRES.................................................................................................................... 102 LES PRINCIPAUX DOMAINES D’APPLIC ION
1.3. AT ................................................................................................ 103
YNTHESE ET DIS USSIO .................
1.4. S C N . ............................................................................................................. 104IMISATION EXPERIME ALE LA ATE RENFORCEE 2. OPT NT DE P ........................................................................... 104
ES FIB S VEGETALES 2.1.PROPRIETES D RE ............................................................................................................ 104 ETERMINATION DE LA M
D 2.2.D ASSE EAU ABSORBEE PAR LES FIBRES .............................................................. 1053. ETERMINATION DU R PPORT (EEFF/L)MINI ....................... ..... ....... ........
2. A ......... ..... ... ................................ 107
NTHESE ET DISCUSSION .........................................
2.4. SY ...................................................................................... 107UENCE DES FIBR
3. INFL ES VEGETALES SUR LES PROPRIETES DU BAP A L’ETAT FRAIS ................................ 114
EMARCHE ET AJU E LA FORMULATION ............
3.1. D STEMENT D ......................................................................... 114 UVRABILITE D FS FIB
3.2. O ES BAP‐M RES ........................................................................................................... 117
UVRABILITE
3.3. O DES BAP‐MFS FIBRES EN MILIEU CONFINE ........................................................................ 1194. STABILITE DES FIBRES ............... .......................... .....
3. BAP‐MFS .... ......... ...................................................... 120
ONCLUSIONS ............................................................................. ...........
3.5. C ......... ................................................... 121UENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES DU B L’ETA
4. INFL AP A T DURCI .............................. 122
RESU
4.1. LTATS OBTENUS SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES DU BAP FIBRE .................................................. 1224.2. RESULTATS OBTENUS SUR LES PROPRIETES MECANIQUES DU BAP FIBRE .............................................. 1245. BILAN ..................................................................................................................................................................... 127
S CONCLUSION ET PERSPECTIVES ............................................................................................................... 129
EFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ............................................................................................................ 135 R
ANNEXES NNEXE A : RESULTATS EXPERIMENTAUX : MODELE DE SUSPENSION SOLIDE‐MODELE D’EMPILEMENT
....................................................................................................................................... 146 ACOMPRESSIBLE ..
ICHES TECHNIQUES DES MATERIAUX UTILISES ................................................................. 164 ANNEXE B : F
ATS EXPERIMENTAUX RHEOLOGIE DE LA PATE NON RENFORCEE .................. 170 ANNEXE C : RESULT DE LA
ESULTATS EXPERIMENTAUX DE LA RHEOLOGIE DE LA PATE RENFORCEE ......................... 174 ANNEXE D : R
NNEXE E : RESULTATS MECANIQUES DU BAP ...................................................................................... 179 A
Liste des notations n : Nombre de classes granulaires du mélange m : Nombre de matériaux Ct : Compacité théorique de mélange h
Cs : Compacité expérimentale du sable C villon
g
: Compacité virtuelle du mélange umée dominante
: Compacité expérimentale du graγγi : Compacité virtuelle du mélange si la classe i est présK : Indice de compaction pour le mélange y : Proportion volumique de la classe i dans le mélange βi
: compacité propre virtuelle d’une poudre donnée testée sans superplastifiant. 0
βi : compacité propre virtuelle d’une classe granulaire (i) prise individuellement. saturation du ciment en superplastifiant. β* : compacité propre virtuell
C : compacité réelle d’un méle d’une poudre à ange granulaire.
Ci : compacité intermédiaCex : compacité expérimen
ire tale. p
Cx : compacité maximale C thχ : rapport volumique eau / ciment qui conduit à un étalement nul d’une pâte. y sse granulaire (i) par rapport au volume solide total.
: capacité thermique totale d’un calorimètre. p
i : proportion volumique de la claφ : concentration solide du béton φ le béton. g : volume réel des granulats dans φf : volume des fines dans le béton. φ*i : volume maximal disponible pour la classe granulaire i étant donné la présence des autres
classes. φ max
φ : volume solide partiel occupé par la classe i dans un vo
: volume solide maximal des granulats lume solide total. i
nulaire. K : indice de compaction d’un empilement de granulats.
serrage final d’un empilement graode de mesure de la compacité.
Ki : contribution de la classe i des granulats au mK : Indice de serrage caractéristique à une méth
Ks : contribution à l’indice de serrage du sable. compaction partiels des poudres. Kp : indices
G : gravill deon
S : sable. G/S : rapport gravillons / sable. γ iγ virtuelle d’un méla relatif d’une pâte.
: compacité virtuelle du mélange si la classe i est présumée dominante. nge granulaire obtenue avec un maximum de serrage : compacité
Гp : étalementd : diamètre d aire.
laire correspondant à 50 % de passants cumulés di : iamètre moyen d’une classe granul
d’une classe granual des gros grains
dmi : diamètre médianDmax : diamètre maximDmoy : diamètre moyen
D : diamètre de base du cône. δ0
: coefficient de déperdition thermique total. esures simulées et expérimentales.
Δ arts de m Blaine. : valeur absolue des écS : surface spécifique de
ent b
tv : temps d’écoulemE : eau totale.
tot
E ff : eau efficaceSL e
: étalement Γ : Etalement relatif E C : rapport Eau/CimenEe : rapport Eau efficacη
/ t /L e/Liant ff
p : viscosité plastique η0 : viscosité apparente d’un liquide suspendant. ηfη : viscosité relative des granulats im
(%)
: viscosité de la pâte remplie des granulats fins mergés dans une pâte. g
π : indice de stabilité au tamisLéq : liant équivalent
3Mv : masse volumique (kg/m ) M : couple seuil
0
Mi : masse des granulats de la classe i QAB : caisson quasi‐adiabatique pour béton.
nt à l’instant t (J/g) Q (t) : quantité de chaleur dégagée à l’hydratation du cimeQ ini (J/g) inf : quantité de chaleur dégagée à un temps infα t) ( : degré d’hydratation du ciment à l’instant t α ) à un temps infini. (∞ : degré d’hydratation du ciment α
t c : degré d’hydratation critique,
θ : échauffement d’une éprouvette à l’instant/K.mol). R : constante des gaz parfaits (8,31 J
Rc : résistance à la compression. R 8j jours
c : résistance mécanique à 28 ρ
2
: masse volumique (kg/m3) d’une poudre. ρ volumique
p : masse SP : superplastifiant t : temps T : température (en Kelvin) e 0
t0 : instant juste après la gâchéT5T
0 : temps à 500 mm d’étalement : température de référence
τ (Pa) 0
0 : contrainte seuil de cisaillementτ : contrainte de cisaillement (Pa)
t au V‐Funnel tF : temps d’écoulemenVP : volume de la pâte VF : volume d’addition
Liste des figures
IGURE I AISON ENTRE LA COMPOSITION TYPE D'UN BETON ORDINAIRE VIF ‐1 : COMPAR BRE (BO) ET LLE D ON AUTOPLAÇANT (BAP) [TUR 04]. ............................................................................................ 5 CE 'UN BET
FIGURE I‐2 : MODELE DU COMPORTEMENT RHEOLOGIQUE D’UN BETON AUTOPLAÇANT [WUS 05] ............. 11 IGURE ORRELATION ENTRE LA VISCOSITE ET LA MESURE DU TEMPS D’ECOF I‐3 : C ULEMENT AU V‐FUNNEL TS03 ……………………………………………………………………………………………[U ]……… …………………..14 IGURE 1‐4: CORRELATION ENTRE LE SLUMP FLOW ET LE SEUIL DE CISAILLEMENT [ESP 07]..................... 15 IGURE ACTION DES SUPERPLASTIFIANTS ‐ DEFLOCULATION DES GRAINS DE CIMENT ............................ 1 FF I‐5: 2 IGURE I‐6: INFLUENCE DE LA QUANTITE DE SUPERPLASTIFIANT SUR L’ETALEMENT ET LA VISCOSITE D’UN TON [ ET MAT 03] .......................................................................................................................................... 21
FBE SHI IGURE I‐7: INFLUENCE DE LA FINESSE D’UN FILLER SUR LE COMPORTEMENT RHEOLOGIQUE D’UN BETON IL 01 . .................................................
F[B ] ....... ... ........................................................................................................... 23
IGURE NALYSE GRANULOMETRIQUE. ... F II‐1 : A ...................................................................................................... 32
IGURE BSERVATIONS MICROSCOPIQUES .................................. F II‐2: O ................................................................... 33
IGURE URBE GRANULOMETRIQUE DE ILLERS CALCAIRES ........................ F II‐3: CO S F ........................................... 33
IGURE UELQUES IMAGES D F II‐4 : Q ES FIBRES ‐ OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES ........................................... 35
IGURE SSAI DE MINI CON ......... F II‐5 : E E . ................................................................................................................. 36
IGURE NE DE F II‐6 : ESSAI DE CO MARSH ................................................................................................................. 37
IGURE IGUILLE VICAT ................................................................................................. ..................... F II‐7 : A .. ....... 37
IGURE SSAI D ETALEMENT AU CONE D’ABRAMS ET PRINCIPE DE LA MESURE DE L’ETALEM F II‐8 : E ’ ENT ....... 38
IGURE I D'ENT F II‐9 : ESSA ONNOIR UTILISE POUR MESURER LE TEMPS D'ECOULEMENT DU BETON ............... 39
IGURE A E J‐RING .............................................. F II‐10 : ESSAI D ............................................................................ 39
IGURE B ESURE D’ETALEMENT EN MILIEU CONFIN F II‐10 : M E (H=HINT‐HEXT) ................................................. 40
IGURE II‐11 : A PAREIL ET DIMENSIONS DE LA BOITE EN L (L‐BOX) .......................................................... 40 F A P IGURE II‐11B : REMPLISSAGE DU BETON DANS LA PARTIE VERTICALE DE L‐BOX ET ECOULEMENT DU
ERTURE DE LA TRAPPE .................. ... .....FBETON APRES L’OUV ..... ....... ....................................................................... 41
IGURE MESURE DU TAUX DE REMPLISSAGE (H / H ≈ 8F II‐11C : 2 1 0%) ........................................................... 41
IGURE II‐12 : TAMIS DE 5MM + FOND ‐ MESURE DE LA LAITANCE ................................................................... 42 F
F II‐13 : D MESURE DE LA CHALEUR D’HYDRATATION ................... 44
IGURE APPAREILLAGE DE LA PERMEABILITE .................................
IGURE ISPOSITIF EXPERIMENTAL POUR LA F II‐14 : .......................................................... 46
IGURE HEMA EXPLICATIF DE LA M F II‐15 : SC ESURE DE LA SEGREGATION .......................................................... 47
IGURE ACHINE DE COMPRESSION « SCH CK » F II‐16 : M EN ............................................................................... 49
IGURE PPAREILLAGE POUR LE MODULE D'YOUNG .......................................... F II‐17 : A ...................................... 49
IGURE OURBE REPRESENTANT L F II‐18: C A COMPACITE CALCULEE PAR LE LOGICIEL RENE‐LCPC ............. 56
IGURE : ENSIONS DU MINI CONE ........................................................ .. ............................................ 62 F III‐1 DIM ... ..... IGURE III‐2A: EVOLUTION DE L’ETALEMENT RELATIVE EN FONCTION DE VE/VP POUR LA PATE DES FILLERS
…………………………………………………………………… …F …….……… … …………………………………62
ERS 63 FIGURE III‐2B: EVOLUTION DE L’ETALEMENT RELATIVE EN FONCTION DE VE/VP POUR CIMENT+ FILL Figure III‐3: Relation entre le coefficient de déformation des pâtes et la surface spécifique de AINE N DE VOLUME .................................................................................BL PAR U ITE ................................................. 65
FIGURE III‐4A: RESULTATS DE CONE DE MARSH OBTENUS SUR LA PATE PURE ................................................ 66
M . .............................................. FIGURE III‐4B: RESULTATS DE CONE DE ARSH OBTENUS SUR LA PATE MIXTE 67
IGURE A VOLUTION D’ETALEMENT DE LA PATE MIXTE EN FONCTION DE SP ............... F III‐5 : E ......................... 68
IGURE VOLUTION DU TEMPS D’ECOULEMENT DE LA PATE MIXTE EN FONCTION DE SP ................... 70 F III‐5B: E IGURE III‐6: EVOLUTION DE LA DISTANCE ENTRE L’AIGUILLE ET LA PLAQUE EN FONCTION DE LA QUANTITE ’EAU… .. . ..................................................................................................................................FD .. ....... . ... ....................... 71
IGURE A VOLUTION DE DEBUT DE PRISE EN FONCTION /L POUR CHAQUE FILL F III‐7 : E DE E ER ...................... 72
IGURE B VOLUTION DE IN DE ISE EN F TIO F III‐7 : E F PR ONC N DE E/L POUR CHAQUE FILLER ............................ 73
IGURE A ESULTATS DE S UMP F OW ET L‐B X “BAP_MFS’’ F III‐8 : R L L O .............................................................. 77
IGURE B ESULTATS DE LUMP LOW ET OX F III‐8 : R S F L‐B “BAP_MFO’’ ............................................................. 77
IGURE : ESULTATS DE LUMP LOW ET L‐BOX “BAP_LFE’’ .................................................... F III‐8C R S F ........... 78
IGURE OLUTION DE SLUMP FLOW EN FONCTION DU TEMPS ...... F III‐9 : EV ........................................................ 79
IGURE ESSAI DE JRING POUR MESURER LE RISQUE DE BLOCAGE ............................ F III‐10A : ............................ 79
IGURE III‐10B : RESULTATS DE J‐RING EN FONCTION DU DOSAGE DE SUPERPLASTIFIANT ............................ 80 F
FIGURE III‐11 : CORRELATION ENTRE L’ETALEMENT ‘SLUMP FLOW ‘ ET L’ECOULEMENT DANS MILIEU ………… ...........................................................................................................................CONFINE ’J‐RING’ ............... 81
IGURE ) ESSAI D’ETALEMENT AU CONE D’ABRAMS ET (B) DIMENSIONS DU V‐FUN ...... F III‐12 : (A NEL ......... 81
IGURE IMENSIONS DE LA TABLETTE D’ETALEMENT INDIQUANT L F III‐13 : D ’ETALEMENT DE 500MM ......... 82
IGURE VOLUTION DE LA LAITANCE EN FONCTION F III‐14 : E DU DOSAGE DU’’SP’’............................................ 83
IGURE OURBE D’ABSORPTION D’EAU DES TROIS BAP .............................. F III‐15 : C ........................................... 86
IGURE LUTION DE LA PERMEABILITE EN FONCTION DE LA POROSITE F III‐16 : EVO .......................................... 87
IGURE BSERVATION DE LA CARBONATATION DES TR F III‐17A : O OIS TYPES DE BAP ...................................... 88
IGURE B UIVI DE LA MASSE EN FONCTION DE L’AGE DU BAP .. .......................... ................ F III‐17 : S .. ......... ....... 88
IGURE : AUTEUR DE LA CARBONATATION EN FONCTION DE L’AGE F III‐17C H DES TROIS BAP TEMOINS ...... 88
IGURE VOLUTION DE LA RESISTANCE A LA COMPRESSION SIMPLE .................................................... 91 F III‐18 : E IGURE III‐19: EVOLUTION DU MODULE D’ELASTICITE EN FONCTION DE LA RESISTANCE A LA COMPRESSION MPLE. ............................................................................................................... .
FSI . .................... ...... ............................... 92
IGURE I LUTION DE LA TEMPERATURE DES TROIS FILLERS A 14 JOURS (T =19°C) ................ 93 F II‐20A : EVO A
IGURE III‐20B : EVOLUTION DE LA CHALEUR D’HYDRATATION ‘Q’ DES TROIS FILLERS A 14 JOURS =19 . ........................................ ........................................................................
F(TA °C) ....... ... . ....................................... 93
IGURE VOLUTION DU DEGRE D HYDRATATION DES TROIS BAP A 7 JOURS ........ ............. . F III‐21 : E ’ .. ......... ..... 95
ON DE L’AGE DU BAP ..... 95 FIGURE III‐22 : EVOLUTION DU DEGRE D’HYDRATATION MECANQIUE EN FONCTI Figure III‐23 : Corrélation entre la résistance à la compression et le degré
’HYDRA ON MECANQIUE ET THERMIQUED TATI ......................................................................................................... 96
IGURE DIFFERENTS TYPES DE FIBRES...................................... F IV‐1: ..................................................................... 99
A ........... 106 FIGURE IV‐2: MASSE D’EAU ABSORBEE SATURATION DES FIBRES ....................................................... Figure IV‐3 : Evolution du rapport Eeff/L en fonction de l’étalement relatif pour différents
........... 107 DOSAGES DE LA FIBRE ‘FBA’ ........................................................................................................................ Figure IV‐4 : Evolution du rapport Etot/L en fonction de l’étalement relatif pour différents
OSAGES DE LA FIBRE ‘FBA’ ................................................................................................................................... 108 D
Figure IV‐5 : Evolution du rapport Veff/VL en fonction de l’étalement relatif pour différents
DOSAGES DE LA FIBRE ‘FBA’ ................................................................................................................................... 109
Figure IV‐6A : Evolution du rapport Vtot/VL en fonction de l’étalement relatif pour différents
F RE ‘FBA’ ................................................................................................................................... 10 DOSAGES DE LA IB 1
IGURE IV‐6B : EVOLUTION DE COMPACITE EN FONCTION DU DOSAGE DE FIBRE (EN FONCTION DE L’EAU .. .............................................. ....................................................................................................... 111
FEFFICACE) ....... ... . IGURE IV‐7 : EVOLUTION DU TEMPS D’ECOULEMENT EN FONCTION DU DOSAGE EN EEFF/L POUR
OSAGES DE FIBRE..................................................................................................... ..........FDIFFERENTS D ... ............ 112
IGURE OLUTION DE LA FLUIDITE DE LA PATE RE ORCEE O F IV‐8: EV NF P UR UN DOSAGE DE E/L FIXE ........... 113
IGURE LEMENT EN FONCTION DU DOSAGE EN SP PO F IV‐9: ETA UR FBA ......................................................... 117
IGURE OLUTION DE S P EN FONCTION DU TEMPS ....................... F IV‐10: EV LUM ............................................... 118
IGURE ESULTATS DE OX POUR DIFFERENTS DOSAGES DE FIBRE F IV‐11 : R L‐B .............................................. 119
IGURE ESULTATS DE J‐RING POUR DIFFERENTS DOSAGES DE FIBRE ............................. F IV‐12 : R ................. 120
IGURE DU DOSAGE EN SUPERPLASTIFIANT ................. 120 F IV‐13: EVOLUTION DE LA LAITANCE EN FONCTION IGURE IV‐14 : EVOLUTION DE LA PERMEABILITE DU BAP EN FONCTION DE LA POROSITE POUR DIFFERENTS
S DSAGES DE FIBRE ........................................................................FPOUR DIFFERENT .............................................. 123
IGURE SERVATION DE LA SEGREGATION DES BAP TEMOINS FIBRES ............ ............. F IV‐15 : OB . ................... 123
IGURE VOLUTION DE LA RESISTANCE DE COMPRESSION EN FONC ION DE F IV‐16 : E T L’AGE DU BAP ......... 124
IGURE EVOLUTIOIN DU MODULE D’ELASTICITE EN FONCTION DE L’AG F IV‐17 : E DU BAP .......................... 125
IGURE I LQUES OBSERVATIONS AU MEB :BAP FIBRE ET NON FIBRE .............................................. 126 F V‐18 : QUE FIGURE IV‐19 : RELATION ENTRE LA RESISTANCE A LA COMPRESSION ET LE MODULE D’ELASTICITE OMPARANT LE BAP FIBRE ET NON FIBRE ............................................................................................................ 126 C
Liste des tableaux ABLEAU I‐1 : CLASSIFICATION DES BAP [AFGC 08] T ................................................................................. 7 ABLEAU ECIFICITES LES PLUS COT I‐2: SP URANTES D’UN BAP A L’ETAT FRAIS [EFN 05] ................................. 9
ABLEAU ODELES RHEOLOGIQUES ................................................................................... T I‐3: M ............................. 12
ABLEAU ARAMETRES RHEOLOGIQUES DE LA PATE DE CIMENT, MORTIER ET T I‐4: P BETON ............................ 13
ABLEAU AHIER DES CHARGES DES CARACTERISTIQUES RHEOLOGIQUES DE A [ T I‐5: C S B P BET 05] ............. 18
ABLEAU XEMPLES DE DIFFE T C M NS UT T I‐6: E REN ES O POSITIO ILISEES AU JAPON (KG/M3) ........................... 25
ABLEAU ONSTITUANTS DU BAP (KG/M3) , [SU ET AL. 01] ........... ............ .. ..... T I‐7: C ... ...... .. ........................... 28
ABLEAU EMPLES DE DIFFERENTES COMPOSITIONS U T I‐8: EX TILISEES EN FRANCE (KG/M3) ......................... 28
ABLEAU OMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT UTILISE ........................................... T II‐1: C ................................... 31
ABLEAU ARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET M T II‐2: C ECANIQUES DU CIMENT EMPLOYE .................................. 31
ABLEAU ARACTERISTIQUES DES GRA ULATS ............... ........... T II‐3: C N .... .............................................................. 32
ABLEAU ARACTERISTIQUES PHYSICO CHIMIQUES DES ILLERS .. T II‐4: C ‐ F ........................................................... 34
ABLEAU C RACTERIST UES PHYSICO‐ IMIQ T II‐5: A IQ CH UES DU CIMFLUID 2002 ................................................ 35
ABLEAU PHYSIQUES DES FIBRES ........................................... ...... T II‐6 : PROPRIETES . ......................................... 35
ABLEAU ECAPITULATIF DES DIFFERENTS ESSAIS DE QUAL T II‐7 : R IFICATION D’UN BAP ................................ 43
ABLEAU ERIFICATION DE L’HOMOGENEITE EN PLACE DU B T II‐8 : V AP ............................................................. 48
ABLEAU R PRIETES PHYSIQUES DES GRANULATS U LISES ................................ T II‐9: P O TI .................................... 51
ABLEAU : OMPACITE EXPERIMENTALE DU SABLE (AVEC ET SANS VIBRATION) ...... T II‐10 C ............................ 52
ABLEAU NTALE DU GRAVILLON (AVEC ET SA T II‐11: COMPACITE EXPERIME NS VIBRATION) .......................... 53
ABLEAU ECAPITULATIF DE LA COMPACITE DU MELANGE BINAIRE T II‐12: R (MEC) ........................................ 54
ABLEAU II‐13: RECAPITULATIF DE LA COMPACITE DU MELANGE BINAIRE (MSS) ......................................... 54 T
ABLEAU II‐14: RECAPITULATIF DES RESULTATS DU RAPPORTTSG . ................................................................... 56
T II‐15 CO .................................................................................. 59
ABLEAU A ESULTATS OBTENUS SUR LA PATE PURE .
ABLEAU : MPOSITION DU BAP UTILISEE ............... T III‐1 : R ................................................................................ 63
ABLEAU B ESULTATS OBTENUS SUR LA PA XTE T III‐1 : R TE MI ................................................................................ 64
ABLEAU A VALEURS EXPERIMENTALES DE [BRO 05] ........................ T III‐2 : ...................................................... 65
ABLEAU B VALEURS EXPERIMENTA RAVAIL ........... .......... ......... ....... T III‐2 : LES OBTENUES DANS CE T .... ... ... ...... 65
ABLEAU A DOSAGES MINIMAUX DE OBTENUS PAR L ESSAI DE CONE DE ARSH PATE PURE) T III‐3 : E/L ’ M ( .... 66
ABLEAU : DOSAGES MINIMAUX DE T III‐3B E/L OBTENUS PAR L’ESSAI DE CONE DE MARSH (PATE MIXTE).. 67
ABLEAU : DOSAGE MINIMAL EN EAU ........................................................................ T III‐4 ...................................... 67
ABLEAU A OINTS DE SATURATION DE OBTENUS SUR PATE AU MINI CONE ........ T III‐5 : P SP ............................. 69
ABLEAU B: POINTS DE SATURATION DE SP OBTENUS SUR T III‐5 PATE AU CONE DE MARSH ............................ 69 ABLEAU D SAGE A SATURATION EN UPERPLASTIFIANT (%T III‐6 : O ) .................................................................. 70
ABLEAU : SULTATS DE LA COMPACI E DE
T III‐7 RE T CHAQUE PATE ...................................................................... 72
ABLEAU A ESULTATS DE L ESSAI DE VICAT ................................. T III‐8 : R ’ .............................................................. 73
ABLEAU III ESULTATS DE L’INFLUENCE DE SUPERPLASTIFIANT ............................................................. 74 T ‐8B: R ABLEAU III‐9 : DOSAGE A SATURATION EN SUPERPLASTIFIANT (%) POUR LES BAP MOINS ..………………… ........................................................................................................................................... 75
TTE ABLEAU III‐10 : RESULTATS DRECAPITULATIFS DES DIFFERENTS ESSAIS DE CARACTERISATION DES P…….. ..............................................................................................................................................
TBA ............... .......... 76
ABLEAU I E LTATS RESULTATS DE LA VISCOSITE MESUREE POUR LES TROIS BAP TEMOINS…… T II‐11 : R SU .. 82 ABLEAU III‐12 : RESULTATS COMPARATIFS DU COMPORTEMENT RHEOLOGIQUE DES TROIS BAP MOINS… ........................................................................................
TTE ............ .................................................... ……….85
ABLEAU MPOSITION ET DOSAGE DES TROIS BAP TEM T III‐13 : CO OINS… ............................................... ……….85
ABLEAU SULTATS DE LA POROSITE POUR LES TR AP ........ T III‐14 : RE OIS B ....................................................... 86
ABLEAU ESURE DE LA SEGREGATION DES TROIS BAP TEM ............... T III‐15 : M OINS ....................................... 89
ABLEAU I ERIFICATION DE L’HOMOGENEITE EN PLACE DES BAP TEMOINS ...................................... 89 T II‐16 : V TABLEAU III‐17 : PARAMETRES MATERIELS OBTENUS EN UTILISANT LA REGRESSION LINEAIRE DE L’EVOLUTION DE LA RESISTANCE A LA COMPRESSION ............................................................................................. 91
T IV‐1 : R ................................................................... 101
ABLEAU OMPARATIF DES COUTS DE
ABLEAU ECAPITULATIF DES PROPRIETES DES FIBRES ..... T IV‐2 : C S FIBRES VEGETALES .................................................................. 103
ABLEAU RINCIPALES APPLICATIONS .............................................................. T IV‐3 : P ....................................... 104
ABLEAU ROPRIETES PHYSIQUES DES FIBRES ...................................... T IV‐4 : P ................................................. 105
ABLEAU ESULTATS DE LA MASSE D’EAU A SATURATION DE T IV‐5 : R S FIBRES ................................................ 107
ABLEAU OSAGE DES QUATRE FIBRES EN VOLUME DE LIANT ................................... T IV‐6: D ............................ 108
ABLEAU SULTATS DES DOSAGES OPTIMAUX EN EAU POUR LA PATE DES FIBRES T IV‐7: RE ............................ 109
ABLEAU ESURE DE Β ET Α EN FONCTION DE L’EAU EFFICACE ............... . T IV‐8:M P P .. ....................................... 111
ABLEAU OSAGES MINIMAUX EN EAU (E /L) POUR LA PATE FIBREE . ....................................... 113 T IV‐9: D EFF MIN
ABLEAU IV‐10: TABLEAU RECAPITULATIF DES DIFFERENTS ESSAIS DE CARACTERISATION DES BAP FIBRES R LA FIB ................................................................
TPA RE A ........ .................................................................................. 116
ABLEAU OSAGES MINIMAUX EN DE BAP FIBRES ........................................................ ... T IV‐11: D .. .................... 117
ABLEAU ESULTATS DE LA VISCOSITE ‘μ ’ E ONTRAINTE DE CISAIL T IV‐12: R P T LA C LEMENT ‘τ0’ ................. 118
ABLEAU RIETES D P TEMOINS RENFORCES ....................... T IV‐13: COMPOSITION ET PROP ES BA .................. 121
ABLEAU IV‐14: RESULTATS DE LA POROSITE DU BAP POUR DIFFERENTS DOSAGES DE FIBRE ................. 122 T
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
1
INTRODUCTION GENERALE
L’idée du développement d’un béton très fluide qui ne nécessite pas lors de sa fabrication la mise
en place des systèmes de vibration a été lancée en premier lieu par des chercheurs de
l’université de Tokyo vers 1980. Leur objectif était de supprimer les opérations coûteuses liées à
la vibration, et le ressuage afin d’accroître la productivité du chantier. Ces bétons sont connus
sous la dénomination « BAP » comme Bétons Auto‐Plaçants ou « SCC » comme Self Compacting
Concrete. Depuis, les grands groupes industriels japonais (Taisei, Kajima, Obayashi, etc.) ont
commercialisé les BAP vu les intérêts technico‐économiques qu’ils présentent :
n l n n en chantier. Une diminution du temps du person el ors de la mise e place du béto
Obtention d’une meilleure qualité du béton, in situ, pratiquement indépendante du savoir‐faire des ouvriers durant la réalisation.
Les BAP présentent d’autres avantages qui sont à l’origine de leur développement croissant :
Offre de garantie de résultats en matière de qualité de parement brut. Cet avantage est difficile à évaluer économiquement. Il faut, toutefois, noter qu’il évite tous les travaux et toutes les dépenses liées aux reprises et aux ragréages, ce qui n’est pas négligeable.
Possibilité de réaliser des structures des formes hypercomplexes. Les architectes et les maîtres d'ouvrage sont très friands de ce genre de nouveautés qui leur offre des possibilités de créativité extraordinaires.
Bonne pompabilité permettant le transport sur de plus longues distances, mais aussi et surtout l’injection du béton dans le coffrage, ce qui va dans le sens d’une amélioration de la qualité des parements. L’injection du béton par pompage au pied des coffrages a pour conséquence de chasser l’air vers le haut, supprimant ainsi quasiment les risques de bullage sur les parements. En le mettant en œuvre de cette façon, on supprime un des problèmes inhérents à ce type de béton, évoqué précédemment.
Réduction importante des nuisances sonores sur le chantier du fait de l’absence de vibration. En éliminant l’opération de vibration, on libère du temps de grue.
Certains facteurs peuvent constituer un frein quant à une grande diffusion des BAP :
Le BAP exerce une poussée sur les coffrages plus importante qu’un béton classique. Les coffrages doivent être dimensionnés et conçus pour résister à ces contraintes mécaniques aux quelles s’ajoutent des conditions d’étanchéités structurales. Ceci entraîne un coût supplémentaire d’équipement. En plus, l’utilisation des BAP implique un choix rigoureux du type d’huiles ou de cires de décoffrage afin de limiter les risques de défaut de parement.
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
2
Le BAP exige l’utilisation des adjuvants, des fines et un dosage en ciment plus élevé. Il coûte donc plus cher qu’un béton courant à résistance mécanique équivalente.
Le BAP est de formulation critique. Cela signifie qu’il perd sa qualification de BAP à la moindre variation du dosage des différents constituants. Il doit donc faire l’objet d’un contrôle permanent à la production.
Le faible ressuage des bétons autoplaçants les rend plus vulnérables vis à vis des effets du retrait plastique.
Les premières études effectuées sur les BAP visaient essentiellement à mettre au point des
formulations qui répondent à des exigences de fluidité. De nombreux travaux ont été consacrés à
l’étude des formulations appropriées aux BAP. Les compositions tirées de la littérature [SED 99],
[SON 03(b)], [XIE 01], [BOU 00] et [BOS 03] soulignent que les BAP contiennent un volume de
fines plus important que les bétons classiques et incorporent des adjuvants tels que le
superplaslifiant et éventuellement un agent de viscosité. Le volume de pâte (ciment + eau +
adjuvants + fines + éventuellement les sables fins) dans les BAP est plus élevé que dans les
bétons classiques typiquement entre 330 et 400 l/m³ et la taille maximale des granulats est
limitée à 20 millimètres [AFGC 00(a), AFGC 08(c)]. Cependant on retrouve dans la littérature des
BAP contenant des granulats de Dmax=25 mm [KHA 98(b)].
Malgré le nombre de travaux importants qu’on dénombre dans la littérature sur les BAP :
méthodes de formulation, durabilité et caractérisation mécanique, des verrous technologiques
méritent d’être levés :
Recherche d’une méthode de formulation peu coûteuse mais conduisant à des BAP Hautes Performances.
Quelle serait l’influence de la finesse des fillers calcaires sur la rhéologie des BAP et sur ses caractéristiques au jeune âge ? Est‐ce que les additions fillers peuvent être ajoutées en substitution au ciment tout en gardant les exigences mécaniques et de durabilité ? Est‐il nécessaire de rajouter un agent de viscosité ?
La valorisation des déchets de carton se présentant sous forme de fibres courtes dans les BAP conduit‐elle à des solutions viables en termes de mise en œuvre, de résistances mécaniques et de durabilité ?
Les objectifs de ce travail sont d’amener des réponses à ces questions. Le mémoire est composé
de quatre chapitres :
Le premier chapitre est un état de l’art sur les travaux réalisés sur les BAP en termes de
formulation, de rhéologie, de propriétés mécaniques et de durabilité.
Le deuxième chapitre présente les méthodes expérimentales ainsi que les matériaux utilisés.
La méthode de formulation adoptée a été détaillée pour un BAP de classe d’exposition XF2 et
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
3
e à undevant répondr e classe de consistance de type 265moyenD cm±= . L’optimisation du dosage
des granulats ( )G S+ . Le modèle de l’empilement compressible a été utilisé pour trouvé le
rapport GS. Les dosages en masse de chaque granulat sont basés sur la définition d’un facteur de
compactage (Packing factor PF) qui représente le rapport entre la masse volumique apparente
de l’empilement granulaire compacté par vibration et la masse volumique du squelette à l’état
empilé sans compactage.
Le troisième chapitre est consacré en partie à la détermination du dosage minimal en eau et du
dosage de saturation en superplastifiant basée sur des essais effectués sur la pâte : aiguille de
Vicat, mini cône et cône de Marsh. L’influence de la finesse des fillers sur la demande en eau, en
ia o a h superplastif nt et sur la rhéol gie des pâtes été appré endée.
Vingt deux compositions de BAP ont été fabriquées et une compagne expérimentale a été
réalisée pour définir la composition des BAP témoins (Slump Flow, L‐Box, J‐Ring et Stabilité au
tamis). Leurs caractéristiques physiques et mécaniques, ont été étudiées au regard de la finesse
des calcaires en termes de maintien d’ouvrabilité de robustesse de formulation, de résistances et
de durabilité.
Le quatrième chapitre est une réflexion sur les apports et les inconvénients de l’introduction
dans un BAP témoin des fibres végétales issues de la voie du recyclage. Quatre types de fibres
végétales ont été sélectionnés. Elles se différencient par leurs caractéristiques géométriques et
la teneur de cellulose qu’elles contiennent. Cette partie s’articule autour de deux points
essentiels : l’étude de la rhéologie de la pâte renforcée par ces fibres et l’étude des propriétés
mécaniques des BAP fibrés. Les BAP fibrés doivent répo dre aux exigences suivantes : classe
d’exposition XF2 et classe de consistance de type 265moyenD cm±= . On montre que ces fibres sont
fortement hydrophobes ; le dosage en eau qui en découle est élevée et conduit à des BAP à
aibles résistances mécaniques.
n
f
1er Chapitre:
CONCEPT ET FORMULATION DES
BETONS AUTOPLACANTS
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
Les BAP se distinguent des bétons ordinaires principalement par un dosage en éléments fins
plus important (Figure I‐1), par une grande fluidité garantissant une mise en place aisée, par un
volume en gravillons plus faible et par leur capacité de moulage, d’enrobage et de compaction
ous le seul effet de la gravité. s
Figure I1 : Comparaison entre la composition type d'un béton ordinaire vibré (BO) et celle
d'un béton autoplaçant (BAP) [TUR 04].
Les BAP sont classés en trois catégories suivant leur domaine d’utilisation. Le classement
s’effectue suivant la valeur de l’intervalle d’écoulement noté « I » qui désigne le plus petit espace
à travers lequel le béton doit s’écouler pour remplir correctement l’élément à bétonner, le type
d’application (horizontale ou verticale) et l’épaisseur (dans le cas d’application horizontale).
Cette classification selon l’AFGC [AFGC 08(c)] est résumée dans le Tableau I‐1.
5
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
7
Tableau I1 : Class 08(c)]. ification des BAP [AFGC
n hoApplicatio rizontale Application
rtve icale Epaisseur ≤ m300m Epaisseur>300mm
Longueur
maximale de
che i nt m neme
< à 5m Entre 5m
et 10m
< à 5m Entre 5m
et 10m
< à 5m Entre 5m
et 10m
Intervalle
d’écoulement
I 100 ≥ (1) (2) a (2) b (2) a (2) b
80 00 ≤ I < 1 (2) a (2) b (2) a (2) b (2) a (2) b
I < 80 (3)a (3)b (3)a (3)b (3)a (3)b
Trois catégories se dégagent :
• La catégorie (1) correspond aux BAP utilisés pour des applications horizontales de faible épaisseur (inférieure ou égale à 300mm) et ayant un intervalle d’écoulement supérieur 100mm (anciennement appelés BAN ‐ Bétons AutoNivelants).
• La catégorie (2) couvre principalement les BAP ayant un intervalle d’écoulement compris entre 80 et 100mm utilisés pour des applications horizontales de forte épaisseur (supérieur à 300mm) ou pour des applications verticales courantes. L’intervalle d’écoulement I est supérieur ou égale à 80mm.
• La catégorie (3) concerne les BAP utilisés pour la réalisation d’ouvrages fortement ferraillés voire exigus et pour lesquels l’intervalle d’écoulement I est inférieur à 80mm.
Pour une application, épaisseur et intervalle d’écoulement donnés, on distingue des sous‐classes
(2a, 2b et 3a, 3b) fonction de la longueur maximale de cheminement horizontal du BAP dans le
coffrage.
De façon pratique, un BAP est caractérisé à l’état frais à travers des essais de référence qui sont
des essais empiriques de chantier:
• Essai d’étalement : C’est l’essai au cône d’Abrams qui permet de donner une indication sur la mobilité du béton en milieu non confiné. A travers cet essai, on accède à l’étalement désigné par « SF » (Slump Flow). Cet étalement est le diamètre de la galette obtenue suite au soulèvement du cône d’Abrams après un temps suffisamment long. L’étalement est relié à la contrainte seuil d’écoulement du béton, contrainte minimale en dessous de laquelle le béton ne s’écoule pas. Les valeurs cibles d’étalement préconisées pour un BAP (NF EN 206‐1) se situent entre 600 et 800mm. Ainsi trois classes d’étalement ont été définies :
o SF1 pour un étalement compris entre 550 et 650 mm, o 0 mm, SF2 pour un étalement compris entre 660 et 75o SF3 (étalement compris entre 760 et 800mm.
Si le BAP de classe d’étalement SF1 est utilisé pour la réalisation d’éléments non ou très
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
faiblement rmés celui de classe SF3 est dédié aux ouvrages f rtement ferraillés.
L’essai au cône d’Abrams permet, également, d’estimer visuellement le risque de
ségrégation statique du béton par effet de gravité et qui se manifeste par l’accumulation
des gros grains au centre de la galette et par la formation d’une auréole de laitance à ses
extrémités. Cependant, l’obtention d’une galette homogène est nécessaire mais non
suffisante [SED 99] pour avoir un béton ne présentant pas de phénomène de ségrégation
statique. Si l’étalement final est relié à la contrainte seuil d’écoulement, la vitesse de
l’étalement donne une indication sur la viscosité du béton. On mesure généralement le
temps écoulé pour obtenir une galette de diamètre 500mm, grandeur désignée par «
T500 ». Cette dernière caractéristique, viscosité, est plus communément étudiée à travers
l’essai au V‐funnel.
a o
• Essai au Vfunnel : Cet essai permet d’évaluer la mobilité d’un BAP en milieu non confiné [OZA 95]. Il fournit une indication sur la viscosité du béton en mesurant le temps d’écoulement de 12 litres de béton à travers un entonnoir de section carrée. Plus le temps d’écoulement est long moins le béton est fluide et plus il est visqueux. D’après les spécifications deux classes de viscosité ont été définies [EFN 05] :
o VF1 si le temps d’écoulement « t » est inférieur à 8s. Cette classe correspond à T500≤2s.
o VF2 pour un temps d’écoulement compris entre 9 et 25 s. Cette classe correspond à T >2s. 500
• L’essai de la boîte en L « LBox » décrit la mobilité du BAP en milieu confiné ainsi que sa résistance à la ségrégation dynamique. La partie verticale du L est remplie de béton en une seule fois. Après ouverture de la trappe, le béton s’écoule à travers 3 armatures de diamètre Φ=14mm distantes de 39 mm [AFGC 00(a)]. Après écoulement, on mesure la hauteur dans la partie verticale « H1 » et celle dans la partie horizontale « H2 » et on calcule le taux de remplissage final « H2/H1 » qui renseigne sur la capacité du BA à cheminer en milieu confiné. Une valeur de ce rapport supérieure à 0,8 traduit un bon écoulement du BAP en milieu confiné. La viscosité du BAP en milieu confiné peut être appréciée en mesurant le temps
8
ségrégation. Le tableau I‐2 regroupe l’ensemble des valeurs préconisées pour un BAP en se référant aux
principaux essais réalisés sur le béton à l’état frais.
d’écoulement. • L’essai de stabilité au tamis permet de caractériser l’aptitude du BAP à rester
homogène après sa mise en place et jusqu’au début de la prise. Le BAP doit demeurer stable sous l’effet de la gravité et ne doit pas présenter des signes de ressuage. L’essai de stabilité au tamis développé par GTM [AFGC 00(a)] consiste à prélever une quantité de béton frais (4,8 ± 0,2 kg) d’un échantillon de 10 litres mis au repos pendant 15mn, de la déverser sur un tamis de maille 5 mm avec une hauteur de chute de 50 cm et de peser après 2 minutes la laitance qui a traversé le tamis « P laitance ». L’indice de stabilité vis‐à‐vis du risque de ségrégation est le rapport entre la masse de la laitance et la masse réelle de l’échantillon de béton versé sur le tamis « Péchantillon ». Ainsi un pourcentage élevé de l’indice de stabilité, π, exprimé en % est un indicateur d’une faible résistance à la
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
leau I2 s co tat frais [EFNTab
Essais
: Spécificités les plu
Grandeur spécifique
urantes d’un BAP à l’é
Valeur recommandée
05].
Photos
Etalement ( )SF mm 650 750SF≤ ≤
Etalement 500T 5002 5T≤ ≤
Tamis ( )%π 2 15π≤ ≤
L‐Box ( )2 1 %H H 80≥
V‐Funnel : ( )vt s 8 1vt 2≤ ≤
9
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
D’autres essais sur les BAP à l’état frais peuvent être conduits : l’essai de la boîte en U qui permet
de caractériser la mobilité du béton en milieu confiné et la facilité de sa mise en place, le J‐Ring
test utilisé pour vérifier la capacité d’un béton à s’écouler à travers des armatures.
Les grandeurs spécifiques mesurées à travers ces essais sont, généralement, reliées au seuil
d’écoulement et à la viscosité des bétons, deux caractéristiques fondamentales permettant la
description du comportement rhéologique des bétons. Ainsi, on associait souvent l’essai
d’étalement au seuil d’écoulement et l’essai V‐Funnel à la viscosité du mélange [DOM 97(b)].
Depuis, de nombreuses études ont montré que la détermination de ces caractéristiques doit,
également, tenir compte de la composition des bétons [WALL 06(b)].
1. CARACTERISTIQUES RHEOLOGIQUES DES BAP
Le développement de rhéomètres dédiés à l’étude de la rhéologie des bétons frais [HU 95], [DE
LAR 00(e)] et [TAT 91(b)] a permis d’identifier le comportement des bétons à l’état frais. Plusieurs
modèles ont été établis (Tableau I‐3) et beaucoup de travaux ont traité de la pertinence et de
l’adaptabilité de ces modèles pour décrire le comportement rhéologique des bétons [ATZ 85(b)].
Il en ressort que le modèle de Herschel‐Bulkley (Eq. I‐1) permet la meilleure description de
l’écoulement des bétons.
(Eq. I‐1) 0
n
Kτ τ γ•⎛ ⎞= + ⎜ ⎟
⎝ ⎠
Où
τ est la contrainte de cisaillement (Pa), oτ le seuil d’écoulement en cisaillement (Pa), le
coefficient de viscosité ou facteur de consistance (Pa.sn), n l’indice de viscosité et
K
tγγ
• ∂=∂
la
vitesse de déformation (s‐1). Si n>1 le béton est dit rhéo‐épaississant, si n<1, il est dit rhéo‐
fluidifiant et si 1n = le fluide est de Bingham.
Les caractéristiques rhéologiques du béton frais , et o K nτ sont accessibles à l’aide des
rhéomètres à bétons [MOUR 03, FER 00(b), BANF 00 ] tels que Rhéomètre plan‐plan BTRhéom
développé par le LCPC [De LAR 96(c)], le CEMAGREF‐IMG à cylindres coaxiaux [HU 95], le
10
viscosimètre à plaque parallèle BML [WALL 90(a)], ….
Sedran [SED 99] a utilisé le rhéomètre BTRhéom pour caractériser l’écoulement des bétons
auto‐nivelants et des BAP. Il a montré que le modèle de Herschel‐Bulkley (Eq. I‐1) permet une
bonne description du comportement rhéologique de ces bétons. Cependant la nécessité
d’identifier trois paramètres, , et o K nτ , rend l’utilisation de ce modèle difficile car elle est
coûteuse en temps et en techniques d’expérience.
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
En pratique, on considère que le comportement des bétons à l’état frais s’apparente à celui d’un
fluide viscoplastique à seuil et suit le modèle de Bingham (Eq. I‐2).
(Eq. I‐2) 0τ τ η γ •
= +
où oτ le seuil d’écoulement en cisaillement (Pa), η la scosité plastique (Pa.s).
Ce modèle a été diffusé grâce aux travaux de [TAT 91(b)]. Il découle de celui de Herschel‐Bulkley
quand l’indice 1n → . Il est fréquemment utilisé pour modéliser en première approche le
comportement des BAP. Cependant, le modèle de Bingham ne permet pas toujours de modéliser
l’écoulement des BAP [DE LAR 98(d)]. En effet, son utilisation peut conduire à l’obtention de
seuils d’écoulement négatifs. [FER et al. 98(a)] ont, alors, proposé un modèle de Bingham «
modifié » basé sur le modèle de Herschel‐Bulkley mais ne contenant que deux caractéristiques
rhéologiques indépendantes. La valeur du seuil d’écoulement, o
vi
τ , obtenue par extrapolation en
adoptant le modèle de Herschel‐Bulkley est conservée alors que la viscosité plastique est
estimée en adoptant le modèle de Bingham (figue I‐2). L’expression de la viscosité est, alors, en
fonction des autres paramètres du modèle de Herschel‐Bulkley :
(Eq. I‐3) 13
2
n
γ−K
nη =
+
i
C
oupl
e
11
Figure I2: Modèle du comporteme t rhéolo que d’un béton autoplaçant [WUS 05]. Pour les BAP, certains auteurs [FEY 07(a), FEY 08(b)] ont proposé un modèle basé sur celui de
Bingham (Eq. I‐4) permettant de décrire de façon satisfaisante l’écoulement de ces matériaux.
n gi
Nombre de tours
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
12
(Eq. I‐4) 2
o Cτ τ η γ γ• •
= + × + ×
Tableau I3 : Modèles rhéologiques.
Références Equation
Newonian [HU 95] •
= γητ
Bingham[TAT 76(a)] •
+= γηττ 0
Herschel and Bulkley [ATZ 85(b)] •
+= nK γττ 0
Power equation [ATZ 85(b)]
•
= nAγτ
n=1 écoulement newotonien
n>1 cisaillement épaississant
n<1 cisaillement fluidifiant
Vom Berg [BER 79]
Ostwald‐de‐Waele [TAT 76(a)] )(sinh 10 C
B•
−+=γττ
Eyring [ATZ 85(b)] )(sinh 1
CBa
•
−•
+=γγτ
Robertson‐Stiff [ATZ 85(b)] b
Ca ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +=
•
γτ
Atzeni [ATZ et al. 83(a)] δβτατγ ++=•
2
Parametres : 0
int
cos
, , , , , , , , tan
contra e de cisaillement
seuil de cisaillementvis ité
vitesse de déformationA a B b C K cons tes
τ
τη
γα β δ
•
=
==
==
Ainsi les deux caractéristiques rhéologiques fondamentales permettant la description de
l’écoulement des BAP sont le seuil d’écoulement en cisaillement oτ (Pa) et la viscosité plastique
η (Pa.s). D’un point de vue physique, oτ est contrôlé par le nombre et la nature des contacts
entre les grains et donc par la compacité du squelette granulaire alors que η est reliée à la
circulation de la phase liquide dans les porosités inter‐grains [DE LAR 00(e)]. Ainsi oτ représente
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
la contribution de la phase solide et η celle de la phase liquide. Au‐delà du seuil d’écoulement,
oτ , la contrainte appliquée est suffisante pour vaincre les frottements internes des grains solides
et pour entraîner l’écoulement qui se traduit par des mouvements relatifs des grains solides et
par la circulation de la phase liquide dans la porosité inter‐grains.
Le tableau I‐4 résume les plages de valeurs de ces caractéristiques rhéologiques pour les
matériaux cimentaires [BANF 00].
u I4 : tres rhéo s de la nt, du r et du béTablea
M
Paramè
Pâte de
ciment, coulis
logique
Mortier
pâte de cime
Béton fluide
mortie ton.
Béton
ordinaire atériaux
Béton
auto plaçant
Seuil de
cisaillement
(N/m²)
10 ‐100 80‐400 400 50‐200 500‐2000
Viscosité
plastique
(Ns/m²)
0.01‐1 1‐3 20 20‐100 50‐100
Rupture
structurelle Significative Négligeable aucune Aucune aucune
2. CORRELATION ENTRE GRANDEURS SPECIFIQUES EXPERIMENTALES H BAP ET CARACTERISTIQUES R EOLOGIQUES DES
Plusieurs chercheurs se sont intéressés à trouver des corrélations entre les caractéristiques
rhéologiques ( ,o pτ η ) et les grandeurs spécifiques obtenues à travers les essais empiriques les
plus couramment utilisés ( 500 2 1, , , ,...vT SF H H t ). La majorité des auteurs s’accordent sur la
nécessité de recourir à au moins deux essais empiriques différents pour établir des relations
entre grandeurs spécifiques et caractéristiques rhéologiques des bétons [DOM et JIN 99(c)].
Ainsi, il est maintenant admis que la viscosité est corrélée au temps d’écoulement mesuré au V‐
funnel [UTS et al . 03], [EMB 99], [JIN 02] , [PARR 05] et [SCH 06] (figure I‐3 ) alors que le seuil
de cisaillement dépend de l’étalement [DE LAR et al. 98(d)], [JIN 02], [WALL 06 (b)].
13
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
Figure I3 : Corrélation entre la viscosit ure du temps d’écoulement au V‐funnel é et la mes
[UTS 03]. L’essai au cône d’Abrams est l’un des essais empiriques le plus utilisé. On en tire deux grandeurs
spécifiques : l’étalement SF et le temps écoulé pour obtenir une galette de diamètre 500mm
500T .
Une relation simple semble exister entre le seuil d’écoulement et l’étalement d’un BAP établie
par Kurokawa [KUR 94(a)] citée dans [JIN 02] :
(Eq. I‐5) 81025 3
BAP cône
o
g VSF ρπ τ× ×
= ×× × ×
Où BAPρ est la masse volumique du béton, g l’accélération de la pesanteur et Vcône le volume du
cône d’Abrams.
[COUS 96] a proposé d’exprimer l’étalement en fonction du seuil de cisaillement et de la masse
volumique du BAP « BAPρ » :
(Eq. I‐6) 1 5
279 BAT
oτ⎝ ⎠
Sedran [SED 99] a proposé, suite à un grand nombre d’essais expérimentaux, une autre
expression reliant le seuil de cisaillement à l’étalement :
SF ρ⎛ ⎞= ×⎜ ⎟
(Eq. I‐7)
14
1174808 oBAP
SF τρ
= − ×
Dans ces expressions
oτ est mesuré avec un rhéomètre.
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
On retient qu’une relation linéaire existe entre l’étalement et le seuil de cisaillement mais que
on.
SF
les paramètres dépendent de la composition du bét
D’autres expressions ont été utilisées pour relier à oτ telles que celle développée par JIN
[JIN 02] (Eq. I‐8).
exp oSF β ταγ
⎛ − ⎞= × ⎜ ⎟
⎝ ⎠ (Eq. I‐8)
Avec , et α
15
β γ des réels p sitifs.
[ESP 07(a)] propose une autre expression permettant de relier à
o
SF oτ en testant 550
formulations de BAP (Figure I‐4) (Eq. 1‐9).
(Eq. I‐9) ( )124.65 1071.82oSF Ln τ= − × +
Figure I4 : Corrélation entre le slump flow et le seuil de cisaillement [ESP 07(a)].
Haddad [HAD 07] a reporté sur un même graphique ses résultats expérimentaux et ceux obtenus
par Sedran et conclut que les paramètres de formulation n’ont pas d’effet sur la relation entre le
seuil de cisaillement et l’étalement et que cette relation est décrite par l’Eq.I‐10.
(Eq. I‐10) 727 1398 o
BAP
SF τρ
= − ×
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
La deuxième grandeur spécifique obtenue à partir des essais au cône d’Abrams est le temps
écoulé pour obtenir une galette de diamètre 500mm 500T . Certains auteurs [KUR et al. 94(a)] ont
montré que, 500T ne dépend pas uniquement de la viscosité η mais également du seuil de
cisaillement oτ (Eq. I‐11).
16
(Eq. I‐11) 3 3
5002 2
40 10 25 100,0545 1 1BAP TSF SF
η ρ⎛ ⎞ ⎛ ⎞× ×
= × − × − ×⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
Sedran [SED 99] a proposé une nouvelle expression reliant la viscosité plastique aux grandeurs
spécifiques obtenues à partir de l’essai empirique le cône d’Abrams (Eq. I‐12). Cette expression a
été validée à partir d’un grand nombre d’essais empiriques réalisés sur différentes formulations
de BAP caractérisés, également, au BetRheom,
(Eq. I‐12) ( ) 5000,026 2,391000
BAP SFρ Tη = × × − ×
Récemment [ESP 07(a)] a réalisé une campagne d’essais sur 550 formulations de BAP et a établit
une nouvelle équation pour relier η à et o500T τ ( Eq. I‐13)
(Eq. I‐13) 500Tη0,002 oτ
=×
Les différents résultats présentés confirment l’existence de relations entre les grandeurs
spécifiques mesurées à travers les essais empiriques et les caractéristiques rhéologiques des
BAP. Cependant les paramètres de ces modèles varient souvent en changeant la composition du
béton.
3. Relations entre les caractéristiques
rhéologiques et la composition des BAP
Beaucoup de travaux s’accordent sur le fait que les paramètres qui gouvernent l’ouvrabilité d’un
nBAP dépendant forteme t de leur composition [FEY 08(b)],[FER 07(a)],[FER 00(b)] et [WALL 06(b)].
De Larrard [DE LAR 00(e)] s’est intéressé à établir des relations entre composition et propriétés
des bétons notamment les propriétés rhéologiques. Les principaux constats sont les suivants :
• La viscosité plastique est contrôlée par la concentration des éléments solides. Un modèle empirique est établi sur la base de différents types de mélanges à matrice cimentaire ne présentant pas de ségrégation.
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
17
(Eq. I‐14) maxφ
exp a bη φ⎡ ⎤−
⎛ ⎞= ×⎢ ⎥⎜ ⎟
⎝ ⎠⎣ ⎦
Les paramètres « a » et « b » sont des constantes sensibles au protocole opératoire et sont déterminées expérimentalement,
φ est la concentration solide du béton et maxφ est la concentration solide maximale obtenue en calculant la compacité du squelette granulaire sec avec un indice de serrage égal à 9.
Il faut noter que le dosage en superplastifiant et la quantité d’air occlus dans la formulation a peu d’influence sur la viscosité. Il apparaît que le superplastifiant qui joue le rôle d’un défloculant des grains de ciment affecte peu la viscosité des BAP.
Ainsi pour augmenter la fluidité d’un BAP il faut augmenter la quantité d’eau ce qui provoque une diminution de φ ou encore maximiser maxφ en augmentant la compacité du squelette granulaire sec
• Le seuil de cisaillement est le résultat macroscopique des frottements intergranulaires. Ce résultat ne dépend pas que du nombre de grains en contact mais également de leurs géométries et de leurs tailles. Si la présence d’un superplastifiant influe peu sur la viscosité, elle affecte significativement le seuil de cisaillement. En effet en jouant le rôle de défloculant, le superplastifiant permet d’une part un accroissement de la compacité du béton et d’autre part une meilleure lubrification des surfaces solides conduisant à une baisse des frottements intergranulaires. Le modèle proposé pour décrire le seuil de cisaillement est le suivant :
(Eq. I‐15) ( )3
' '
1
poudre défloculée⎝ ⎠
exp 2,537 0,736 0,216log 0,224 0,910 1n
Po i i
i P
granulats
dSd KdS
τ ∗=
⎜ ⎟⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟⎢ ⎥= + − × + + × −⎡ ⎤ ⎜ ⎟⎣ ⎦⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦⎜ ⎟⎜ ⎟
∑ ∑ pK×
⎛ ⎞
Avec 'iK sont des indices de serrage de chaque classe granulaire et sa grosseur
moyen
id
ne.
'PK∑ est l’indice de serrage de la poudre, PdS le dosage en superplastifiant et PdS ∗ le
dosage à saturation du superplastifiant.
Sedran et de Larrard [SED, DE LAR 99] ont défini un cahier de charge (tableau I‐5) qui a
té repris par Bethmont [BET 05] et Trucry [TUR 04] et bien d’autres chercheurs. é
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
Tableau I
[BET 05].
5 : Cahier des charges des caractéristiques rhéologiques des BAP
Propriété Recommandation
'PK∑ 3,3≥
'gK 1≤
( )o Paτ 500≺
( .Pa s)η 200≺
HADDAD [HAD 07] a proposé une modification de l’équation Eq. I‐16 :
[ ]' '
1
exp 2,6 5,5 0,7 2,3i
neau additions
o g i P pipâte additions ciment
poudre défloculéegranulats
V V a K dS KV V
τ=+
⎛ ⎞⎜ ⎟⎡ ⎤
= − × + × + × + − × + ×⎜ ⎟⎢ ⎥⎢ ⎥⎜ ⎟⎣ ⎦⎜ ⎟⎝ ⎠
∑ ∑ (Eq. I‐16)
Où ( )0,736 0, 216logig ia d= − . Elle montre à travers une large compagne expérimentale
conduite sur un grand nombre de formulations de BAP et en utilisant le modèle de l’empilement compressible que :
(Eq. I‐17) n
' et ' 1
1,92ig i
ia K
=
× ≅∑ 2,57pK ≅∑
4. RESISTANCE ET DURABILITE DES BAP
Domone [DOM 07(b)] a fait une synthèse des principaux travaux qui concernent l’étude des
principales propriétés mécaniques des BAP durcis. A partir de l’analyse de plus de 70 études, il
conclut e qu :
• Le rapport entre la résistance à la traction et à la compression des BAP est a priori
18
similaire à celui des bétons vibrés, BV. • La résistance à la compression, particulièrement, au jeune âge des BAP est meilleure que
celle des BV. Ceci est principalement dû à l’addition des fillers calcaires dans la formulation des BAP qui provoquent une augmentation du degré d’hydratation des bétons ainsi qu’à l’introduction des superplastifiants. Assié [ASS 04(a)] est arrivé à la même conclusion en testant des bétons vibrés et autoplaçants ayant un rapport eau/liantéquivalent similaire.
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
• Le module élastique des BAP diffère peu de celui des BV si le rapport G/S est similaire et est inférieur à 1. Si le rapport G/S est plus élevé pour les BV que pour les BAP, il en découle des valeurs du module d’élasticité des bétons autoplaçants plus faibles que celles des bétons vibrés auxquels ils sont comparés. En effet, le module du béton dépend des proportions volumiques de ses constituants et de leur module respectif. En effet, les BAP sont formulés de telle sorte à ce que le volume de la pâte soit plus important et les proportions granulaires plus faibles que les BV.
Des relations existent entre le module élastique « E » d’un béton et sa résistance à la
compression « cf ». Persson [PER 01(b)] a établi une relation décrite par l’équation I‐18 valable
aussi bien pour des BAP et des BV.
19
(Eq. I‐18) 3,75 cE f= ×
Une relation du même type a été tirée des résultats d’ASSIE [ASS 04(a)] obtenus en testant des
BAP et des BV. Il montre que :
(Eq. I‐19) 4,64 cE f= ×
Cette équation est très proche de celle préconisée par le modèle de l’ACI 318‐89 [ACI 92]
(
4,73 CE = × f ) mais elle est relativement différente de la formule réglementaire du module
( 1 3 11000 ij cjE f= × ).
Les trois principaux mécanismes physiques responsables de la dégradation des bétons par
l’infiltration de gaz (O2 et CO2) ou de liquides corrosifs sont la perméabilité, la diffusion et
l'absorption. La durabilité du béton dépend de sa capacité à empêcher ces substances à pénétrer
bles. selon ces trois mécanismes d’écoulement possi
Assié [ASS 07(b)] est arrivé au constat suivant :
• les bétons autoplaçants possèdent une perméabilité intrinsèque inférieure à celle des bétons vibrés à classe de résistance équivalente et pour des porosités accessibles à l’eau comparables. [ZHU et al. 05(b)] ont obtenu des résultats similaires et ont montré que cet effet est dû à l’ajout des fillers. Cette tendance s’inverse pour un BAP formulé sans fillers mais avec un agent de viscosité.
• Les bétons autoplaçants et vibrés ont une résistance équivalente à la diffusion des ions de chlorure pour une classe de résistance donnée. Les résultats obtenus par [ZHU et al. 05(b)] révèlent que les BAP ont une meilleure résistance à la diffusion des ions de chlorures que les BV pour une résistance donnée.
• Les coefficients d’absorption capillaire déterminés lors des essais indiquent que le comportement des bétons autoplaçants est comparable à celui des bétons vibrés correspondants. Ces résultats sont différents de ceux obtenus par [ZHU et al. 05(b)] qui
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
affirment que les BAP formulés avec des additions fines sont caractérisés par une meilleure résistance à la diffusion et à l’absorption des liquides.
• L’essai de carbonatation accéléré montre que, généralement, les BAP se carbonatent avec une cinétique similaire à celle des BV pour une classe de résistance donnée [ASS 07(b)].
Des différentes études, il ressort que la durabilité des BAP dépend fortement des paramètres de
composition en termes de compacité et de nature chimique du liant. Les règles applicables pour
les bétons ordinaires restent valables pour les bétons autoplaçants (Norme NF EN 206‐11)
Fascicule 65A du CCTG, normes de produits préfabriqués).
5. LES DIFFERENTS CONSTITUANTS D’UN BAP
Formuler un BAP, c’est trouver un arrangement des divers constituants répondant à un cahier
des charges donné. Ce cahier des charges concerne la résistance à la compression du BAP à 28
jours, sa classe d’exposition, son ouvrabilité, c'est‐à‐dire l’étalement obtenu au cône d’Abrams, le
rapport 2 1H H , et sa stabilité au tamis. Pour des chantiers plus spécifiques, d’autres propriétés
peuvent être demandées, comme, par exemple, une prise retardée, une résistance élevée au
jeune âge, ou un dégagement de chaleur minimal. La solution trouvée doit si possible être
optimale, ce qui signifie bien souvent avoir le plus faible prix.
• GRAVILLONS
Il est possible d’utiliser des granulats concassées ou roulées pour la formulation des BAP.
Toutefois, comme les gravillons sont à l’origine du blocage du béton en milieu confiné, il faut en
limiter le volume. D’un autre coté, le dosage en gravillons doit être suffisant pour contribuer à la
compacité du squelette granulaire. Sur la base, ceci conduit à adopter en général un rapport
sgravillon/ able (G/S) de l’ordre de 1.
[DOM 06(c)] a fait une synthèse des travaux réalisés sur les 11 dernières années en donnant les
principales compositions utilisées pour 51 applications industrielles. Il en ressort que les
gravillons utilisés sont généralement concassés, leur diamètre maximal n’excède guère 20mm.
20
• SUPERPLASTIFIANTS
L’apparition des bétons autoplaçants (BAP) est fortement liée aux progrès réalisés dans le
domaine des adjuvants et plus particulièrement celui des superplastifiants (SP) [BUR et CHR 02]
et [AIT et al. 01]. Les superplastifiants sont des polymères à chaînes macro‐moléculaires très
longues. Ils permettent de défloculer les grains de la poudre (ciment+additions fines) au contact
de l’eau en agissant par la combinaison d’effets de répulsion électrostatiques et stériques [BAR
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
96]. L’effet électrostatique permet de neutraliser les charges électriques présentes à la surface
des grains alors que l’effet stérique engendre l’écartement des grains les uns des autres. Il en
découle que l’eau initialement piégée se retrouve de nouveau disponible pour l’hydratation ou
pour fluidifier le mélange (figure I‐5).
Figure I5: Action des superplastifiants ‐ Défloculation des grains de ciment.
Une des conséquences de ces deux effets est la diminution des frottements intergranulaires.
Ainsi, l’ajout de superplastifiants va engendrer une diminution de oτ ce qui se traduit par une
augmentation de l’étalement (Figure I‐6) alors que la viscosité du mélange n’est réduite que
dans une moindre mesure puisque la fraction volumique des suspensions solides reste
invariable.
Figure 16: Influence de la quantité de r l’étalement et la viscosité d’un béton superplastifiant su
[SHIN et MAT 03].
Les superplastifiants peuvent réagir, également, avec les hydrates du ciment [JOL et SIM 98].
Ainsi, l’action d’un superplastifiant lorsqu’il est introduit dans un mélange est décomposée
comme suit: une partie adsorbée, une patrie consommée par les réactions avec les hydrates et
21
une partie, en excès, reste en solution [FLA et HOU 01(a)].
Par ailleurs, le degré de compatibilité d’une combinaison ciment / superplastifiant se mesure à
travers le maintien dans le temps de l’étalement du BAP [AIT et al. 01]. Certains auteurs
montrent que plus le dosage en superplastifiant et le rapport E/C sont élevés, plus le
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
comportement rhéologique se maintient dans le temps [YEN et al. 99], [GOL et SWA 04].
Sugamata et al. [SUG et al. 99] ont montré que l’augmentation du dosage du superplastifiant n’a
plus d’influence sur la fluidité du mortier à partir d’une certaine valeur caractéristique connue
comme étant le dosage à saturation, c’est‐à‐dire le dosage au‐dessus duquel l’adjuvant ne permet
plus de modifier de façon significative la rhéologie du mélange. Actuellement, les
superplastifiants sont donc introduits dans la composition des BAP à un dosage proche du
dosage à saturation. La valeur de cette caractéristique dépend du moment d’introduction du
superplastifiant lors du malaxage [JIN 02], [LAE et al. 06], [SUG et al. 99], [HSU et al. 99]. Si
l’introduction est retardée, le dosage à saturation est plus faible car l’hydratation du ciment est
amorcée ce qui implique une consommation du superplastifiant par les hydrates moins
importante [BUR et CHR 02]. Ainsi, en retardant son introduction, on permet au superplastifiant
d’être plus efficace et d’obtenir des mélanges plus fluides.
• AGENT DE VISCOSITE
L’ajout d’un superplastifiant ayant pour effet de réduire la viscosité des BAP, l’introduction d’ un
agent de viscosité dans sa composition atténue cet effet. Les agents de viscosité sont
généralement de dérivés cellulosiques, de polysaccharides ou de suspensions colloïdales Ces
produits empêchent le ressuage et limitent les risques de ségrégation en rendant la pâte plus
épaisse et en maintenant une répartition homogène des différents constituants granulaires. Leur
emploi est particulièrement ustifié dans les compositions de BAP avec un rapport j
equivalentE L élevé ( 0,4equivalentE L ) pour améliorer la capacité de rétention d’eau dans la pâte.
L’incorporation d’un agent de viscosité a pour effet d’assurer une meilleure stabilité du BAP et
de le rendre moins sensible aux variations de teneur en eau des granulats [TUR 04] mais génère
un surcoût et engendre une action opposée à celle des superplastifiants ce qui requiert la
sélection d’un couple agent de viscosité ‐ superplastifiant compatible.
• ADDITIONS FINES
Afin d’assurer une fluidité importante, une faible ségrégation, un ressuage négligeable et un
meilleur arrangement granulaire, il ut introduire dans la formulation des BAP de fortes
teneurs en fines minérales (
fa
μΦ ≤63moyen m ) : fumées de silice, laitiers, cendres volantes, fillers
calcaires [KHA 95(a)]. Les ajouts minéraux sont moins réactifs à court terme que le ciment, ce qui
permet de disposer d’un temps prolongé d’ouvrabilité. Certains ont aussi pour effet de réduire la
22
chaleur d’hydratation.
Billberg [BIL 01(b)] montre que diminuer la taille des fillers a pour effet de réduire le seuil de
cisaillement des BAP et de rendre la pâte plus épaisse (Figure I‐7). Les résultats obtenus par
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
Chindaprasirt et al. [CHI 07] indiquent que diminuer la taille des cendres volantes incorporées
dans la formulation des BAP améliore leur durabilité vis‐à‐vis de la diffusion des ions de
chlorures.
Les travaux révèlent que l’ajout des fillers calcaires conduit à des BAP plus résistants que les
BAP additionnés avec des cendres volantes mais moins durables notamment vis à vis de leur
tenue au gel/dégel, Mnahoncakova et al. [MNA 08], et de leur capacité à empêcher l’infiltration
de gaz (CO2) ou de liquides corrosifs [ZHU et BAR 03(a)].
Le choix d’une addition minérale et de sa teneur dépend, donc, des exigences de résistance à la
compression à 28 jours, d’ouvrabilité et des conditions d’expositions du BAP [ASS 04(a)].
Figure I7 : Influence de la finesse d’un gique d’un béton filler sur le comportement rhéolo(b)[BIL 01 ].
L’analyse de 51 études effectuées cette dernière décennie [DOM 06(c)] révèle que les fines les
plus utilisées dans la formulation des BAP sont les fillers calcaires (28 cas sur 51).
Les fillers calcaires sont, généralement, utilisés pour limiter le dégagement de chaleur, réduire le
ressuage et augmenter la résistance à la compression notamment au jeune âge [LEC 03]. En effet,
lorsque les particules calcaires sont bien défloculées par les superplastifiants, l’hydratation du
ciment s’en trouve facilitée et l’obtention d’une matrice cimentaire de structure plus dense est
favorisée. Il en découle une augmentation significative des résistances mécaniques à la
23
compression [BIL 01(b)], [GIB 99], [SON 99(a)] et [NEH 00(b)].
Certains auteurs [ZHU et GIB 05(b)] ont introduit différents types de fillers calcaires dans la
formulation des BAP. Ils montrent que quel que soit le type de filler utilisé, l’augmentation du
dosage des fillers en remplacement du ciment conduit à un dosage en superplastifiant plus faible
pour un étalement donné.
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
6. METHODES DE FORMULATION DES BAP
Différentes techniques de composition se sont développées ces dernières années pour la
formulation des BAP. Elles reposent toutes sur une approche expérimentale plus ou moins
lourde.
Parmi le cite [TUR 04]: s techniques de formulation les plus répandues on
• La méthode basée sur l’optimisation des mortiers. • e granulaire. La méthode basée sur l’optimisation du squelett• l’optimisation de la pâte. La méthode basée sur
a• L méthode chinoise. Quelque soit la méthode adoptée l’analyse de 51 études effectuées à travers le monde [DOM
06(d)] révèlent que la composition des BAP est basée sur :
• du BAP Un volume de gravillons variant entre 28% et 38% du volume total• e pâte varia du volume total du BAP Un volume d nt entre 30 à 42%
• Un rapport 48,0<⎟⎠
⎜⎝ L
en poids du BAP
•
⎞⎛ E
Un dosage en liant (C+additions) variant de 385 à 635 Kg/m3 • Le dosage en superplastifant proche de son dosage à saturation
6.1. METHODE BASEE SUR L’OPTIMISATION DE LA COMPACITE DES MELANGES GRANULAIRES
Cette méthode a été développée au LCPC et repose sur les principes du Modèle d'Empilement
Compressible, MEC, du squelette granulaire [SED et DE LAR 99]. Elle permet d’estimer la
compacité réelle de l’empilement granulaire à partir des caractéristiques de l’ensemble des
grains qui le composent (forme, granulométrie).
Ce mod otions physiquesèle fait intervenir deux n :
• La compacité virtuelle du mélange, noté γ : compacité maximale que l’on pourrait atteindre en arrangeant, au mieux, l’empilement des grains qui s’étendent des additions fines aux gravillons. Dans la pratique, les grains se positionnent avec un certain désordre. C’est ainsi que la compacité expérimentale du mélange, noté C est toujours inférieure à la compacité virtuelle.
• Indice de serrage K : grandeur représentative du degré de compaction d’une classe granulaire. Ainsi pour chaque classe granulaire de diamètre moyen id on définit un
indice de serrage iK . Plus ce dernier est élevé plus les contacts entre les grains d’une
même classe sont importants et plus le seuil de cisaillement oτ est significatif.
24
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
Le modèle de l’empilement granulaire est implanté dans un logiciel (Bétonlab Pro2), qui permet
d’optimiser la composition du BAP à partir d'un cahier des charges précis et de simuler les
autres propriétés du béton (résistance, déformations différées, etc...).
L’utilisation de cette méthode nécessite la réalisation de certains essais expérimentaux pour
déterminer la compacité du sable, la compacité des gravillons, la demande en eau du ciment avec
superplastifiant, la demande en eau des fillers avec superplastifiant et le dosage à saturation du
superplastifiant pour le ciment.
6.2. METHODE BASEE SUR L’OPTIMISATION DU MORTIER
Cette méthode, proposée initialement par des chercheurs Japonais [OKA 95(b)], [OUC 99], [HAY
95] et [NAG 95], est, également, nommée Méthode Japonaise. Elle permet l’obtention de
formulations fortement dosées en ciment et conduit à des volumes de pâtes importants. Les
bétons qui en découlent sont sous dosés en granulats, surdosés en liant et économiquement peu
viables.
La méthode repose sur les concepts suivants :
Quantité de gravillons limitée à 50% de leur compacité (rapport entre le volume de ues de blocage. grains le volume total du système grains+vides) afin de minimiser les risq
Volume du sable arbitraire de l’ordre de 40% du volume total de mortier.
Rapport EPoudre
et dosage en superplastifiant optimisés à partir d’essais sur mortiers en
effectuant des essais d’étalement au mini‐cône et au V‐Funnel. Ces essais permettent de
calculer deux paramètres : ( ) ( )( )−
Γ =2 2
2o
m
o
D
D et
D=10
mR t où D est l’étalement, oD est le
diamètre inférieur du cône et t est le temps d’écoulement du mortier. Certains auteurs [SED 99] et [JIN 02] et [BET 05] montrent que pour un BAP Γ =5m et =1mR .
Tableau I6: Exemples de différentes compositions utilisées au Japon (kg/m3).
25
Ciment Laitier Cendres Filler Sable Gravillon Eau SP Agent de scosité vi
NAK. 95 200 200 100 0 704 898 165 6 0
HAY. 95 180 220 100 0 753 926 170 7,7 1,5
YUR. 92 300 0 0 200 700 910 170 8 0,2
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
6.3. METHODE BASEE SUR L’OPTIMISATION DE LA PATE
Cette méthode développée par Van Bui et Montgomery [BET 05] consiste à minimiser la quantité
de la pâ
26
(Eq. I‐20)
te tout en répondant simultanément à deux critères :
Fluidité de la pâte : Ce critère conduit à définir un volume minimal de la pâte décrit par l’Eq. I‐20 :
−= −
⎛ ⎞+⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠moyenD
Où moyenD est le diamètre moyen des granulats (mm), est la distance minimale entre les
gran
min
mi
11ipâte
VV
e
e
(Eq. I‐21)
3
n 1
vides
i
min i
ulats nécessaire pour fluidifier le béton.
Introduction d’un volume limite de granulats, biV , de taille id , volume au delà duquel le béton ne s’écoule plus en milieu confiné.
6.4. METHODE DE FORMULATION CHINOISE
Dans les Pays Bas et beaucoup d'autres pays européens, la méthode japonaise a été adoptée et
employée comme un point de départ pour le développement des BAP. Plus récemment, [SU et al.
01] ont proposé une nouvelle méthode pour composer le BAP basé, au début, sur la compacité
des granulats (sable et gravier) et, puis, sur le remplissage des vides des granulats avec la pâte.
Cette méthode référée en tant que méthode chinoise comparée à la méthode japonaise est plus
simple, ût. plus facile pour l'exécution et sauve le co
Etape 1 : Calcul du dosage des granulats
Le facteur de compacité PF « Packing Factor » des granulats est défini comme la proportion de
la masse des granulats dans le cas bien remplis dans le BAP que dans le cas moins rempli.
Le paramètre PF influe sur la teneur des granulats dans le BAP. Une valeur forte de PF pourrait
impliquer une grande quantité de gros et de fins granulats utilisés. Par conséquent, la capacité
du béton autoplaçant et la résistance à la compression seront réduit.
Donc c’est très important de connaître la valeur optimale de PF pour exiger une méthode de
formulation d’un BAP.
La proportion de gros et de fins granulats peut être calculée par les deux équations suivantes :
)1(GSPFM gLg −×= ρ
GSPFM sLs ××= ρ (Eq. I‐22)
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
M : proportion de gros granulats (Kg/m3)
Ms :
g
proportion de petits granulats (Kg/m3)
ρgL : masse volumique apparente de gros granulats (Kg/m3)
ρsL : masse volumique apparente de petits granulats (Kg/m3)
S/G : vo r le volume totale des granulats (50% et 57%). lume de proportion de petits granulats su
27
(Eq. I‐23)
Etape 2 : Calcul du dosage de ciment
[Guide to construction of high flowing concrete 98] utilise un dosage en ciment entre 270 et
290Kg/m3. En général, les recommandations en Tawain imposent pour le BHP ou le BAP une
résistance à la compression égale à 20psi (0,14MPa)/Kg de ciment. Donc, le dosage de ciment est
défini comme :
σ ′=20CC
C : dosage en ciment (Kg/m3)
c’ : résistance à la compression (psi) σ
Etape 3 : Calcul de dosage en eau
Le calcul de la quantité d’eau est basé sur la connaissance du rapport EC déterminé
expérimentalement à travers des essais de compression et généralement estimé à =0,43C
, de
la demande d’eau des additions fines et du dosage en superplastifiant estimé selon les données
de la littérature.
E
L’ajustement des proportions du mélange doit être fait jusqu’à ce que notre béton satisfasse aux
conditions de qualification d’un BAP. Par exemple, quand le BAP présente une maniabilité faible,
la valeur de PF améliore l’ouvrabilité.
Le tableau suivant résume quelques exemples de résultats de la méthode chinoise sur un BAP :
Chapitre I : CONCEPT ET FORMULATION DES BAP
28
Tableau I7: Constituants du BAP (Kg/m3), [SU et al. 01].
σ’c
(MPa)
Gros
granulats
Petits
granulats
Ciment Cendres Pouzzolane :
GGBS
Eau SP
27,5 743 961 200 157 67 176 7,6
34,3 731 945 250 154 66 173 8,5
4 1,2 718 928 300 148 63 172 8,2
48 706 912 350 142 61 170 8,8
7. BILAN ET DISCUSSION
La formulation des BAP est aujourd'hui essentiellement empirique et repose sur une démarche
double : expérimentale et théorique. En France, différentes compositions des BAP ont été
utilisées (Le tableau I‐8).
Table Exe de c s utilisées en ce (Kau I8:
Ci t
mples
Filler
différentes
Gravillons
omposition
Gravillons
Fran g/m3).
Superplastifiant men S able Eau
MAR.82
BRE.97
CEB.93
451
385
312
59
120
1 86
557
563
566
299
302
304
858
867
872
1 82,7
174
169,2
6,98
6,24
5,38
AL.93
AIT.90
LUK.90
480
475
470
0
0
0
568
562
556
305
302
299
918
909
900
166,1
174,4
182,6
7,20
7,13
7,06
Turcry [TUR 04] fut un des premiers à comparer les méthodes semi‐empiriques développées
pour la formulation d’un BAP. Il montre que les BAP formulés avec l’approche basée sur la
minimisation du volume de la pâte présentent des blocages. Il ressort de son étude comparative
que la méthode basée sur l’optimisation du squelette granulaire semble la plus adaptée pour
formuler un BAP à un coût raisonnable. Cependant, cette méthode nécessite l’acquisition de
nombreux équipements expérimentaux, d’un logiciel Bétonlab Pro2, et d’outils informatiques.
Pour pallier ces exigences nous proposerons une méthode de formulation de BAP non coûteuse
ans le chapitre suivant. Elle est basée sur les approches récurrentes citées dans la littérature. d
2ème Chapitre:
MATERIAUX ET
METHODES EXPERIMENTALES
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
31
1. Matériaux Utilisés
1.1. CIMENT CPA CEM I 52.5 N
Le ciment est de type Portland CPA CEM I 52,5 N de prise moyenne provenant de chez CALCIA.
Sa composition chimique est résumée dans le tableau II‐1 ainsi que sa composition
minéralogique obtenue en utilisant la formule de Bogue appliquée à un clinker ordinaire et ses
indices de performance tels que l’indice de saturation de Kühl « K ».
ab u I1: po iti im e e éra e d en u ilis T
A
lea I
Fe 3
Com s
C l
on ch
M
iqu t min
K
logiqu u cim
C
t t
C
é en (%
C
).
SiO2 l2 O3 2 O aO,tota gO SO3 2 O Na2 O 3 S 2 S 3 A C4AF K
19,8 5,14 2,3 64,9 0,9 3,4 1,1 0,005 58 13 10 6,99 1.01
On remarque que c’est un ciment qui répond aux exigences fixées par les normes.
Des essais de prise (EN 196‐3) et de résistance à la compression mécanique ont été, également,
réalisés sur la pâte de ciment et sur le mortier normalisé (EN 196‐1) afin de vérifier la qualité du
ciment employé (EN 196‐3). Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau II‐2. Le ciment
utilisé est bien conforme à la demande.
Tableau II2: Caractéristiques physiques et mécaniques du ciment Portland (CPA CEM I 52,5N) employé.
Temps de prise (Vicat : NFP 15‐431)
Début : 2h 35min
Fin : 4h 55min
Résistance sur mortier à 2 jours (NFP 15‐451) 35 MPa
Masse volumique (en Kg/m3) 3,11
Surface spécifique Blaine (en m2/Kg) 395
1.2. GRANULATS
Les granulats utilisés sont concassés et proviennent de la région de Sandrancourt. Deux classes
de granulats sont utilisées pour la composition des BAP : du sable « S 0/4 » et des gravillons « G
4/10 ». Des essais ont été réalisés afin d’accéder aux masses volumiques (NF P18 305) et le
module de finesse des sables. Le taux d’absorption d’eau par les granulats à saturation « Ks» est
obtenu en suivant l’évolution de la masse des granulats « Mt » durant leur immersion dans l’eau
après avoir subi un séchage préalable. Les granulats de masse initiale sèche Mo atteignent la
saturation en eau « Ms » au bout de 24 heures. L’ensemble des caractéristiques physiques des
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
granulats est résumé dans le tableau II‐3.
Tableau II3: Caractéristiques des granulats.
Paramètres Sa 4 ble 0/ Grav /10 illon 4
Masse volumique apparente (en Kg/m3) 1600 1337
Masse volumique absolue (en Kg/m3) 2600 2 500
Compacité 0,71 0,57
Porosité 0 ,29 0,43
Coefficient d'absorption d'eau Ks (%) ‐‐‐ 2
Module de Finesse 2,47 ‐‐‐
Coefficient d'Hazen 3,77 1,45
L’analyse granulométrique par tamisage (Figure II‐1) révèle que la granulométrie des gravillons
est serrée. En revanche elle est plus étendue pour le sable qui contient peu de fines (0.25% de
particules de taille <63 mμ ). Par ailleurs, on remarque que le sable utilisé est moyennement fin
puisqu’il est composé de 26% de particules de tailles < 0,315 mm (module 26), de 50% de
particules de tailles comprises entre 0,315 mm et 1,25 mm.
Figure II1: Analyse granulométrique.
32
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
1.3. FINES CALCAIRES
Les fillers utilisés, BETOCARB® P2, sont des additions calcaires (NF P 18‐508). Ils sont fabriqués
par le groupe OMYA France. Ils se présentent sous forme de poudre en cristal non‐abrasive de
calcite caractérisée par une structure rhomboédrique (Figure II‐2). Trois types de fillers ont été
sélectionnés qu’on nommera : "MFS", "MFO" et "LFE".
Fillers MFS Fillers MFO Fillers LFE
Figure II2 : Observations microscopiques.
Ces fillers calcaires, BETOCARB® P2, se différencient, essentiellement, par leur finesse, leur
distribution granulaire (Figure II‐3) et leur composition chimique (Tableau II‐4).
33
Figure II3 Courbe granulométrique des fillers calcaires.
Des essais ont été réalisés afin d’estimer la demande en eau des poudres calcaires. La limite de
liquidité " Lω ", la limite de plasticité " Pω " ainsi que le coefficient d'uniformité de Hazen " uC "
obtenus expérimentalement sont reportés dans bleau II‐4. Les résultats obtenus indiquent
que tous les fillers ont une faible plasticité ( 35%L
le ta
ω ≤ ) (NF P94‐051) et que l’augmentation de la
surface de Blaine conduit à une diminution de l’indice de plasticité " I ". P
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
34
L’ensemble des caractéristiques physiques et chimiques des fillers BETOCARB® P2 sont
écapitulées dans le tableau II‐4. r
Ta ctéristiques ico‐chim des Fillebleau II4: Cara
de Fillers
phys iques rs.
Type MFS MFO LFE
Roche mère
Analyse
)
chimique
CaCO3 (%
SiO2 (%)
%) Na2O (
S (%)
HCl (%)
Marbre
9 9,2
0,3
0,002
0,002
0,001
Calcaire
9 8,5
0,4
0,008
0,047
0,002
Calcaire
9 8,5
0,4
0,008
0,002
0,003
Propriétés physiques
Densité absolue
Densité apparente
( ²/Kg) Surface de Blaine m
ice d’activité i28 Ind
Cu
WL(%)
p(%) W
Ip
Fines <63μm (%)
2,71
0,720
552
0 ,77
15
22,8
1 8,1
4,7
99,3
2,70
0,820
457
0,78
1 2,85
24
1 9
5
96,7
2,72
0,900
409
0,77
1 8,3
23
1 7,8
5,2
87,4
1.4. SUPERPLASTIFIANT
Le superplastifiant utilisé est le Cimfluid 2002 produit par la société Axim du Groupe Italciment.
C’est un produit de nouvelle génération à base de polycarboxylate modifié conformes à la norme
EN 934‐2 et particulièrement conçu pour le BAP et spécifiquement pour des applications
préfabriquées. Il contient 35% d’extrait sec. II est recommandé pour des BAP destinés à la
préfabrication et pour la confection de bétons à hautes performances avec de très hautes
résistances au jeune âge. Les principales caractéristiques physico‐chimiques sont données dans
le tableau II‐5. Le fabricant conseille d’introduire dans l'eau de gâchage ou dans le malaxeur en
in de malaxage, selon l'effet désiré, 0,2 à 3 kg de Cimfluid 2002 par 100 kg de ciment. f
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Tabl s physico‐ch im 2002. eau II5: Caractéristique
Masse volumique à 20°C
imiques du C fluid
1,100K 0,020 g/dm3 ±
PH 7 0 ± 1,
% d’eau 65
%Ext t sec rai 3 5%±1,7%
Cl‐ < 0,10%
Na2 Oéquivalent ≤ 3,2%
1.5. Les fibres végétales
Quatre types de fibres végétales fournies par le groupe OMYA‐France issues du recyclage du
papier sont intro its dans la composition des BAP devant répondre à une classe de consistance
de type ±= 265moyenD cm (BAP témoin). Les fibres seront notées FbA, FbB, FbC et FbD et se
différentient par leur composition chimique et leurs caractéristiques géométriques (tableau II‐
6). L’objectif est d’étudier les avantages et inconvénients de leur introduction dans les BAP
témoins et de fixer la limite de leur utilisation. Les observations microscopiques des fibres sont
données par OMYA‐France (figure II‐4)
du
.
Ta : s Ph uesbleau II6
Longueur
Propriété
Diamètre
ysiq des Fibres.
Surf ine Fibre Cellulose (%) L (µm) d (µm)
L/d a aS
ce de BlB (m²/g)
Densité (Kg/m3)
FbA 80 1 100 45 2 4.4 0,0829 30 FbB 50 1 000 45 2 2.2 0,1129 70 FbC 90 250 35 7.1 0,0937 135 FbD 90 150 35 4.3 0,0974 165
Le choix e : de ces fibres est guidé par le souhait d’étudier l’influence d
• Leur longueur pour une composition donnée (FbC et FbD)
• Leur composition pour des caractéristiques géométriques identiques (FbA et FbB)
35
FbA FbC
Figure II4 : Observations microscopiques de certaines fibres végétales.
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
2. METHODES DE CARACTERISATION DU BAP A L’ETAT FRAIS
2.1. ESSAIS DE CARACTERISATION DE LA PATE
Il serait vain de vouloir comprendre le comportement du béton sans connaître celui de la pâte
qui le compose. Celle‐ci est constituée du ciment, des additions, de l’eau et des adjuvants (voir
Figure I‐1).
• ESSAI AU MINI CONE (NF EN 1961)
L'appareil se compose d'un moule tronconique creux de 40 millimètres de hauteur, un diamètre
du haut de 70mm et du bas de 80 millimètres. Le cône est placé au centre d'une plaque en acier,
et est rempli de pâte de ciment. Le cône est, ensuite, soulevé et la pâte s’écoule sur la table. Le
diamètre moyen (Dmoyen) de l’étalement est mesuré, l’étalement relatif (Γ) est alors calculé
comme il suit :
(Eq. II‐1) 2
1 2 1 802
moyenmoyen o
o
DD DD et où D
D
⎛ ⎞+= Γ = − =⎜ ⎟
⎝ ⎠mm
Figure II5: Essai de mini cône.
• ESSAI AU CONE DE MARSH (NF P 18 358)
La géométrie du cône de Marsh change d'un pays à l'autre, le principe de l'essai est
habituellement identique. Il consiste à enregistrer le temps requis pour faire couler un volume
donné de pâte à travers une buse de diamètre 8mm et de hauteur 6mm. Le volume initial de la
pâte versé dans le cône est de 2 L (Figure II‐6). Le temps d'écoulement est lié à la fluidité de la
pâte. Plus le temps d'écoulement est long, plus la fluidité est inférieure.
36
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Figure II6: Essai de cône de Marsh.
• ESSAI DE VICAT (NF EN 1963)
Actuellement, le test de Vicat représente l’essai standard de suivi de la prise. L’information
obtenue à partir de cet essai (temps de début et de fin de prise) est largement insuffisante pour
ble ... juger par exemple du temps pendant lequel le matériau est pompable, extruda
Le matériel utilisé est une aiguille Vicat classique représenté par la figure II‐7.
Figure II7 : Aiguille vicat.
2.2. ESSAIS DE CARACTERISATION DES BAP
Avant d’accepter une composition comme étant celle d’un BAP, il faut s’assurer que les
propriétés du béton à l’état frais obéissent à certains critères établis selon les recommandations
[AFGC 00(a)] ou [JSCE 98] ou encore [EFN 05]. Différents essais spécifiques permettent de
caractériser les BAP à l’état frais. On présentera ceux qui ont été utilisés dans cette étude : Essai
d’étalement ou slump flow, essai de J‐Ring, essai de L‐Box et essai de stabilité au tamis.
37
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
• ESSAI D’ETALEMENT (SLUMP FLOW)
L’essai d’étalement ou slump flow est utilisé pour caractériser la fluidité du béton. L’équipement
nécessaire à la conduite de cet essai (figure II‐8) est composé des éléments suivants :
‐ Un Plateau équipé d’une plaque métallique plane de section carré de 90 centimètres de
côté et de faible épaisseur (5 cm).
‐ Un cône d’Abrams disposant d’un empattement à sa partie basse afin qu’il puisse être
s par l’opérateur. maintenu contre le plateau avec les pied
‐ Un mètre ou réglet de 90 centimètres.
Figure II8: Essai d’étalement au cône d’Abrams et principe de la mesure de l’étalement.
Le principe de la conduite de l’essai est connu et est simple. Le résultat s’exprime en terme de
es de la galette en arrondissant au centimètre supérieur : moyenne de deux diamètr
(Eq. II‐2) 1 2D DEtalement D SF
2moyen
+= = =
Ce type d’essai permet de donner des indications quant à la rhéologie des BAP en milieu non
confinée.
• ESSAI DE V FUNNEL
La procédure d'essai du V‐funnel est la suivante: l'entonnoir dont les dimensions sont définies
(la figure II‐9) est rempli de béton jusqu'à arasement. Le clapet de fermeture situé à sa base est
ensuite ouvert, ce qui provoque l'écoulement du béton, dont on mesure le temps nécessaire
jusqu'à ce que l'entonnoir se soit entièrement vidé. Dans la littérature, ce temps d'écoulement
est souvent le critère utilisé pour définir la viscosité du béton autoplaçant. Plus le béton s'écoule
rapidement hors de l'entonnoir, plus sa viscosité est faible. Un temps d'écoulement compris
entre 8 et 14 secondes est recommandé pour le béton autoplaçant.
38
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Figure II9 : Essai d'entonnoir utilisé Pour mesurer le temps d'écoulement du béton.
• ESSAI DE JRING
Cet essai a pour but de vérifier l’aptitude des BAP à s’écouler dans un milieu fortement ferraillé.
L’éq ure II‐10a): uipement nécessaire à la conduite de l’essai est formé par (fig
’essai d’étalement en milieu non confiné. ‐ Même plateau que l
‐ Cône d’Abrams.
J‐RING) ‐ Anneau équipé de barres en acier (
‐ Mètre ou réglet de 90 centimètres.
Figure II10a: Essai de J‐RING.
Le principe de l’essai est de placer le cône d’Abrams au centre du plateau métallique entouré du
J‐RING, puis de remplir d’une quantité représentative de béton. Il faut ensuite soulever le cône
puis mesurer l’étalement obtenu ainsi que les hauteurs de bétons situées au centre du plateau et
à la sortie des barres du J‐RING (figure II‐10b).
39
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Figure II10b: Mesure d’étalement en milieu confiné
( ). int extH H HΔ = −
• ESSAI DE LBOX
Cet essai est réalisé en utilisant une boite ayant une forme en « L ». Elle permet de tester la
mobilité du béton en milieu confiné et de vérifier que sa mise en place ne sera pas contrariée
par des phénomènes de blocage inacceptables. Un dessin technique de la boîte est décrit par la
figure II‐11a.
Mesures en mm – Coffrage :CP12mmMeasurements in mm –Formwork :12mm plywood
Mesures en mm – Coffrage :CP12mmMeasurements in mm –Formwork :12mm plywood
Figure II11a: Appareil et dimensions de la boite en L (L‐BOX).
La partie verticale de la boîte est entièrement remplie de béton (le volume nécessaire est
d’environ 13 litres). Après arasement, on laisse le béton reposer pendant une minute. Puis on
lève la trappe et on laisse le béton s’écouler dans la partie horizontale de la boite à travers le
erraillage (figure II‐11b). La distance libre entre les barres est de 39mm. f
40
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Figure II11b: Remplissage du béton dans la partie verticale de L‐BOX et Ecoulement du r béton après l’ouverture de la t appe.
Quand le béton ne s’écoule plus, on mesure les hauteurs H1 et H2 et on exprime le résultat en
terme de taux de remplissage H2 / H1 (figure II‐11e). Lorsque le béton s’écoule mal à travers le
ferraillage et qu’il se produit un amoncellement de granulats en aval de la grille. C’est le signe
d’un problème de blocage ou de ségrégation (figure II‐11c). Il est également possible d’exprimer
le résultat de l’essai par la seule valeur de H1. Cette mesure est plus précise que le rapport H2/H1
mais son utilisation est moins répandue.
Figure II11c: Mesure du taux de remplissage (H2/H1 ≈ 80%).
• ESSAI DE STABILITE AU TAMIS
C’est un essai caractérise la ségrégation statique des bétons autoplaçants. Il peut être utilisé en
phase d’étude de formulation en laboratoire ou pour le contrôle de la stabilité du béton livré sur
chantier. L’équipement nécessaire à la conduite de l’essai est formé par un seau de 10L muni
d’un couvercle, un tamis de maille 5mm et de diamètre 315mm avec fond et une bascule de
précision minimale de 20g et de portée 20Kg (figure II‐12).
41
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
igure II12: Tamis de 5mm + fond ‐ Mesure de la laitance. F
L’essai consiste à :
Prélever une quantité de béton frais (4,8 ± 0,2 kg) d’un échantillon de 10 litres
mis au repos pendant 15mn.
Observer et noter l’éventuelle présence de ressuage à la surface du seau après
les 15minutes
Peser le fond seul fondP⇒ .
Peser l’ensemble tamis muni de son fond vide tP⇒
Déverser sur un tamis de maille 5 mm cette quantité avec une hauteur de chute
de 50 cm
Peser le poids de l’échantillon versé 4.8féchantillonP Kg⇒ ≤
Peser après 2 minutes la laitance qui a traversé le tamis « P laitance ».
Calculer le pourcentage en poids de laitance par « π » tan
tan
lai ce t fond
lai ce
42
échantillonP⎪⎩
Le béton est qualifié d’autoplaçant si sa stabilité est satisfaisante. Sinon la composition doit être
re e :
P P
Pπ
= −⎪⇒ ⎨ =
vu
P
⎧
%0 % %15 stabilité satisfaisante%15 % %30 stabilité critique nécessitant la vérification de la ségrégation du béton in situ% 30 très mauvaise stabilité et ségrégation systémati
ππ
π
≤ ≤ ⇒≤ ⇒
⇒≺
que:béton inutilisable
⎧⎪⎨⎪⎩
Pour qu’un béton soit qualifié d’autoplaçant, il doit satisfaire les différents essais de
aractérisation adoptés par les recommandations [AFGC 00(a)] résumées dans le tableau II‐7. c
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Tab
Type d’essai
leau II7: Récapitulatif des dif tion d’un BAP. férents essais de qualifica
Recommandations AFGC
Essai Slump flow 1 2:60 702
étalement cm cmD D+
≤ ≤
Il carac it et la man bilité du béton térise la fluid é ia
V‐ Funnel ( ) d'écoulement :8 14vTemps t s≤ ≤
Il caractérise la viscosité du béton autoplaçant.
Essai de J‐Ring int – 5extH H H cmΔ = ≤
c cté mobilité du béton dans un milieu confiné Il ara rise la
Essai de L‐Box
H2 / H1 ≈ 90%
Il caractérise la mobilité du béton et son écoulement dans un milieu
confiné
Essai de stabilité
au tamis
( )0 % 15π≤ ≤
Il caractérise la stabilité du béton et la limite de ségrégation
• MESURE DE LA CHALEUR D’HYDRATATION
Le banc de mesure du dégagement de la chaleur d’hydratation comporte deux calorimètres
semi‐adiabatiques dont les thermocouples sont reliés à une chaîne de mesures multivoies
(Société PERRIER LABOTEST) à microprocesseurs permettant de mémoriser les températures
en cours d’essais. Un logiciel installé sur un PC permet d’enregistrer les données. Il suffit de
rentrer les constantes du calorimètre ainsi que les masses respectives de chaque composant
introduit dans l’appareil pour que logiciel calcule directement la quantité de chaleur
d’hydratation Q par gramme de liant.
43
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
V1 00h 00,00
Chaîne demesures
Ordinateur aveclogicield ’acquisition
Calorimètre QAB
Figure II13: Dispositif expérimental pour la mesure de la chaleur d’hydratation.
Le temps t est compté à partir du moment où l’eau est ajoutée dans le malaxeur. La chaleur
d’hydratation Q du ciment à un instant t est égale à :
(Eq. II‐3) 0
1( )t
c c
CQ t dt
M Mθ α θ= Δ + Δ∫
avec :
Mc (g) : masse de ciment ou de liant contenu dans l’éprouvette
C (J/°C) : capacité thermique totale du calorimètre et de l’éprouvette
α ( r étalonnage J/h°C) : coefficient de déperdition thermique totale du calorimètre donné pa
) : échauffemΔθ(°C ent de l’éprouvette par rapport à la température ambiante
cOr : α = a + bΔθ (les coefficients a et b sont fournis par le constructeur du alorimètre)
Le premier terme représente la chaleur accumulée dans le calorimètre, le second la chaleur
dissipée vers le milieu extérieur.
(Eq. II‐4) ( )1 2,75 3,76 0,5e bC O m m m m μ= + + + +
Avec :
0,75 (J/°Cg) : capacité thermique massique du ciment et du sable
44
3,76 (J/°Cg) : capacité thermique massique de l’eau d’hydratation
0,5 (J/°Cg) : capacité thermique massique de la boite (moule en carton et accessoires)
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
μ (J/°C) : capacité thermique du calo
l
rimètre vide
m (g) : masse liant (ciment + Filler)
g anulats (sable + gravier) m (g) : masse des gr
e m (g) : masse d’eau
sse du moule en carton et des accessoires mb (g) : ma
On prend,
μCaisson N°7: a = 277, b = 0,915 , = 3086 (J/°C)
Caisson N°9: a = 282, b = 0,982 , μ = 3026 (J/°C)
3. METHODES DE CARACTERISATION DES BAP A L’ETAT DURCI
En parallèle aux essais réalisés sur le béton frais, on a réalisé également des essais sur le béton
durci. Pour cela nous avons appliqué deux types d’essais : essais de caractérisations physiques et
essais mécaniques.
3.1. ESSAIS DE CARACTERISATION PHYSIQUES DES BAP
LA POROSITE ACCESSIBLE A L’EAU DES BETONS
C’est le rapport du volume total des pores ouverts dans un corps poreux à son volume
apparent [AFREM 97]. Elle s ‘exprime en pourcentage du volume apparent :
(Eq. II‐5) ( ) sec% 1M MairM M
00ε−
45
air eau= ×
−
Pour déterminer eau
M un échantillon en béton est suspendu à l’aide d’un fil du système de
suspension de la balance hydrostatique et est pesé complètement immergé dans de l’eau. La
pesée doit être effectuée à 0,001g près. Déterminer la température de l’eau d’immersion.
Pour obtenir Mair il faut extraire l’échantillon de l’eau et l’essuyer rapidement et
soigneusement, à l’aide d’une éponge ou d’un linge humide, afin de le débarrasser des
gouttelettes et du film superficiel d’eau, sans toutefois retirer l’eau des pores et le peser
immédiatement le corps d’épreuve dans l’air à l’aide d’une balance précise à 0,01g près. Il
faut s’assurer que l’évaporation de l’eau d’imbibition ne provoque pas de perte de masse
appréciable pendant les opérations de pesées.
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
La détermination de secM s’obtient après séchage de l’échantillon en l’exposant à 105±5°C
jusqu’à obtention d’une masse constante.
LA PERMEABILITE AUX GAZ DU BETON DURCI : PERMEAMETRE CEMBUREAU
Le perméamétre à charge constante permet par application d’une pression de gaz constante
à l’entrée d’un échantillon de mesurer le débit de gaz en sortie d’échantillon [AFREM 97]. On
peut ainsi calculer sa perméabilité au gaz lorsque le débit de gaz en sortie se trouve en
régime permanent.
Figure II14 : Appareillage de la perméabilité
Les échantillons sont réalisés par sciage d’éprouvettes cylindriques démoulées à 24 heures. Ce
sont des disques de diamètre 150±1mm et hauteur 50mm. Les échantillons sont ensuite
conservés dans de l’eau pendant 28 jours. Après cette cure, une pesée hydrostatique et une
pesée dans l’air sont effectuées afin de fournir le volume apparent et la masse initiale. On
recouvre, par la suite, la face latérale des échantillons avec un ruban d’aluminium autocollant. Il
s’ensuit une phase de séchage pendant plusieurs jours à 80°C dans une étuve, jusqu'à atteindre
une masse constante finale, correspondant à un taux de saturation nul puis un refroidissement à
l’extérieur de l’étuve jusqu’à la température ambiante.
L’échantillon ainsi préparé est placé dans la cellule puis est soumis à une pression constante
d’oxygène (en réalité à 2, 3 et 4 bars). La perméabilité du béton testé est déterminée à partir de
la mesure du flux de gaz qui se dégage en régime permanent.
46
ESSAI DE CARBONATATION ACCELEREE
Cet essai consiste à suivre l’évolution de l’épaisseur de béton carbonaté. Les échantillons de BAP
forme prismatique (7x7x28 cm) sont mis en oeuvre par gravité. Après démoulage les
éprouvettes sont conservées dans de l’eau pendant 28 jours Avant le démarrage de l’essai de
carbonatation accéléré, les échantillons sont placés durant 48 heures dans une étuve ventilée
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
réglée à une température de 40 ± 2°C. Les échantillons sont alors pesés puis disposés dans
l’enceinte de carbonatation (espacés de 2 cm). L’exposition des éprouvettes dans l’enceinte de
carbonatation accélérée a été réalisée au CERIB.
La mesure de l’épaisseur de béton carbonaté est faite après les durées d’expositions suivantes :
7, 14, 28 jours. Après chaque échéance, les échantillons sont retirés pour mesurer les épaisseurs
du BAP carbonaté ainsi que les pertes de masses. Pour mesurer l’épaisseur de diffusion du CO2
dans le BAP, les échantillons sont fracturés par fendage.
MESURE DE LA SEGREGATION
La ségrégation est l’un des problèmes majeurs rencontrés lors de la conception du béton
autoplaçant. Deux méthodes ont été utilisées pour estimer la ségrégation statique de nos
compositions:
Méthode de [BUI et al. 02(c)] : Le principe de la méthode consiste à quadriller les éprouvettes qui ont été découpées longitudinalement. Sept bandes de deux centimètres de hauteur sont tracées (Figures II‐15). On compte le nombre de granulats sur chaque bande.
Figure II15: Schéma explicatif de la mesure de la ségrégation
Bui et al. [BUI 02(c)] considèrent qu’il n’y a pas risque de ségrégation si l’équation Eq.II‐6 est
vérifiée :
(Eq. II‐6)
⎪⎪⎪
47
⎩ 4
Méthode de [AFGC 08(c)] : Cette méthode est inspirée de celle décrite dans le manuscrit de
thèse de [SED 99] et repose sur l’appréciation de l’enfoncement des granulats depuis la surface.
⎪⎪⎪
⎨
⎧
=
=±=
−
∑
∑
=
=
=
=
3%157
4
3
1
i
i
i
i
granulatsdeNbreY
granulatsdeNbreX
avecX
YX
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Les échantillons de béton sont prélevés par sciage de manière à obtenir des surfaces découpées
perpendiculaires à la surface du béton. Une ligne, dite ligne de compactage, est tracée sur les
éprouvettes à une distance d de la surface (voir tableau ci‐dessous). La longueur de la ligne de
compactage dépend de la taille des granulats (D ). max
I8 om BAPTableau I
Longueur (Lc) de la ligne de
: Vérification de l’h
Distance d entre la ligne de
compactage et la surface (mm)
ogénéité en place du
Dimension minimale des granulats retenus pour le compactage
(mm)
.
Absence de ségrégation si le nombre de granulats
sur la ligne de compactage ≥
Dmax
compactage (mm)
10 600 Lc≤ 0 ≤ 80 5 5 1 012 600 L 800 ≤ ≤c 6 6 9 16 600≤ L 800 c ≤ 8 8 7 20 600 L 800 ≤ ≤c 10 10 5 22 750 Lc 1000 ≤ ≤ 10 11 5 31 900≤ Lc ≤1200 10 16 5
4. ESSAIS MECANIQUES
4.1. ESSAI DE COMPRESSION SIMPLE
Cet essai consiste à mesurer avec précision la force appliquée sur une éprouvette 16 x 32 cm
ainsi que son raccourcissement (NF P18‐407). On peut à partir de là, calculer la contrainte
maximale que peut supporter le BAP ‘’la résistance à la compression’’ et son module d’Young.
La machine utilisée est de type SCHENCK à asservissement hydraulique de capacité 300 tonnes.
Les essais sont réalisés à vitesse de contrainte imposée de 0,05MPa/s (Figure II‐16).
48
Micro ordinateur Piston
Commandes de
mouvements de
la traverse
Traverse mobile
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
49
Le module d’élasticité a été mesuré en utilisant un extensomètre constitué par une couronne
équipée de trois capteurs (Figure II‐17).
Figure II16: Machine de compression « SCHENCK ».
d’e
m
5. METHODE ADOPTEE POUR LA FORMULATION DES BAP
La littérature regorge de méthodes de composition de BAP. Cependant on remarque l’absence
d’une démarche unifiée et d’un consensus général concernant une méthode de formulation
reposant sur des concepts et des fondements théoriques comme cela est le cas pour les bétons
classiques.
La méthode que nous proposons dans ce travail est basée sur la norme Européen (EN 206‐1),
sur la méthode chinoise et sur l’optimisation du squelette granulaire. Notre souhait est de
proposer une méthode robuste qui s’appuie sur les caractéristiques physico‐chimiques des
constituants et sur le cahier des charges en termes notamment de classe de consistance et de
classe d’exposition.
Le béton autoplaçant témoin doit satisfaire à des exigences xposition de type XF2 et de
consistance de type SF1/SF2 avec un étalement de . ±= = 20650moyenD SF m
5.1. DOSAGE EN LIANT : NF EN 2061
Figure II17: Appareillage pour le module d'Young.
Extensomètre
onne » « Cour
Capteur
Eprouvette
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
50
es
Le BAP à formuler est utilisé pour réalisé des ouvrages exposés aux effets du Gel/Dégel modéré
ou faible « XF2 ».
La norme (NF EN 206‐1) précise que pour un environnement type XF2 le dosage minimal en
ciment t de Cmin=300 Kg/m3. Compte tenu de la taille maxi des granulats utilisés
( max 10iD mm= ) une correction est amenée à ce dosage qui devient Cmin=298 kg/m3.
Pour s’assurer une marge de sécurité et compte tenu des résultats de la littérature on a imposé
un dosage C=350kg/m3. Ce dosage est fort pour un environnement de type XF2 mais permet de
répondre à toutes les classes d’exposition hors XA3, de souligner le point de saturation en
adjuvant et d’assurer des résistances au jeune âge permettant un décoffrage rapide. Il est à noter
que cette marge de sécurité dépend, généralement, du cahier des charges du client (résistance
aux jeunes âges, classe d’exposition…), des matériaux qu’il utilise (fines, régularité, absorption
d’eau…) et des outils de production (qualité du malaxage, régularité des performances
mesurées…).
Pour assurer une bonne maniabilité tout en limitant les risques de ségrégation et de ressuage
les BAP des fillers calcaires ont été introduits dans la formulation. La Norme (NF EN 206‐1)
pondre aux conditions suivantes : impose une quantité de liant qui doit ré
(Eq. II‐7) 30,25 116 /FF kg
F C= ⇒ = m
+
(Eq. II‐8) 3 0,25 466 /equ equLiant C k F avec k Liant kg m= + × = ⇒ =
(Eq. II‐9) max
0,55equ
eff i
L
E
⎛ ⎞=⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠
5.2. D OSAGE EN EAU
Pour déterminer le dosage en eau et le dosage minimal en superplastifiant, on s’est basé sur les
essais effectués sur la pâte issue du BAP dosée comme il suit : 3 3350 / 116 /C kg m et F kg m= =
Les essais au mini cône et au cône de Marsh ont été réalisés en faisant varier le dosage en eau et
celui du superplastifiant (voir chapitre III).
5.3. DOSAGE EN GRANULATS
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Le dosage des granulats est basé sur l’optimisation de la compacité du squelette granulaire
(graviers + sable). Le modèle d’empilement compressible [SED 99] a été utilisé. C’est un modèle
analytique, permettant un calcul théorique de la compacité d’un mélange granulaire à partir des
caractéristiques des constituants (les compacités propres des granulats constituant le squelette
du béton), des proportions du mélange et d’une grandeur qualifiant l’intensité du compactage.
EXPERIMENTATION
Les essais relatés dans cette partie ont pour but de réaliser un certain nombre de mélanges
granulaires afin de pouvoir calibrer les coefficients d’interactions, puis de collecter des mesures
de compacité de mélanges multimodaux, choisis dans les grains types de mélanges considères
comme conduisant aux compacités les plus élevées.
Des mélanges binaires de gravillon de classe 4/10 et de sable de classe 0/4 ont été considérés.
Le tableau II‐9 donne les propriétés de ces matériaux :
: Propriétés physiques ts utilTableau II9 des granula
Sable 0/4
isés.
Gravillon 4/10 Paramètres
Masse volumique apparente (en Kg/m3) 1,6 1,33
Masse volumique absolue (en Kg/m3) 2,6 2,5
Compacité 0,71 0,57
L’analyse granulométrique par tamisage révèle que la granulométrie des gravillons est serrée.
En revanche elle est plus étendue pour le sable qui contient peu de fines (0.25% de particules de
taille <63 mμ ). Par ailleurs, on remarque que le sable utilisé est moyennement fin puisqu’il est
composé de 26% de particules de tailles < 0,315 mm (module 26), de 50% de particules de
tailles comprises entre 0,315 mm et 1,25 mm.
RESULTATS
Un sable 0‐4 et un gravillon de 4‐10, sont considérés. Pour calculer la compacité expérimentale
du mélange binaire on est amené en général à séparer le sable en trois classes distinctes
(fragmentation du sable) S1, S2 et S3 et le gravillon en deux classes G1 et G2.
51
Compacité du Sable 04
La compacité des sables est mesurée sur un échantillon de 3Kg. Le matériau est déposé dans un
cylindre de dimensions 16×32cm fixé sur une table vibrante. On travaille en deux modes : sans
vibration et avec vibration.
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Dans le cas de sans vibration, l’échantillon est au repos, par contre dans le cas avec vibration
l’échantillon est fermé par un piston exerçant une pression 10KPa. Cet échantillon est soumis
une vibration de 150Hz pendant une minute. La compacité est alors donnée par la valeur
ssion : moyenne (sur la moyenne de cinq valeurs) par l’expre
(Eq. II‐10) 3SC =
S Vρ ×
Où Sρ est la masse volumique du sable en Kg/m3 et V est le volume final de l’échantillon en m3.
Les valeurs de la compacité expérimentale du sable fragmenté sont présentées dans le tableau
II‐10.
Tableau II10 : Compacité expérimentale du sable (av sans vibr ). ec et
Sans
vib ati n
ation
Avec
vib ati n r o r o
Matériau ρ kg/m3) dmin (mm) dmax (mm) Cexp Cexp PF
S1
1989
0
0,315
0,635 0,737 1,16
0,639 0,757 1,18
0,645 0,767 1,18
S2
1888
0,315
1,25
0,564 0,728 1,29
0,581 0,747 1,28
0,599 0,767 1,28
S3
1695
1,25
4
0,558 0,625 1,12
0,564 0,639 1,13
0,575 0,653 1,13
Compacité des Gravillons 4 10
La mesure de la compacité expérimentale des gravillons s’effectue comme pour les sables, mais
sur un échantillon de 7,5Kg. La compacité expérimentale des gravillons est présentée par la
formule suivante :
(Eq. II‐11) 7,5G
52
G VρC =
×
Où Gρ est la masse volumique du gravillon en Kg/m3 et V est le volume final de l’échantillon en
m3.
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Les valeurs de la compacité expérimentale du gravillon fragmenté sont présentées dans le
tableau II‐11.
Tableau II11: Compacité expérimentale du gravillon ( et sans vi n). Avec
Sans
vib ati n
bratio
Avec
vib ti n r o ra o
Matériau ρ kg/m3) dmin (mm) dmax (mm) Cexp Cexp PF
G1 654 4 6,3
0,591 0,647 1,09
0,598 0,653 1,09
0,600 0,664 1,10
G2 635 6,3 10
0,564 0,631 1,11
0,569 0,636 1,11
0,573 0,639 1,11
Les tableaux II‐12 et II‐13 récapitulent tous les résultats obtenus en utilisant le modèle de
l’empilement compressible ‘MEC’ et le modèle des suspensions solides ‘MSS’. Il faut noter, que
pour le modèle d’empilement compressible, on a utilisé un indice de compactage K=4,1 dans le
as sans vibration et K =9 dans le cas avec vibration. c
eau II12: Récapitulatif de la compacité du mélange binaire (MEC). Tabl
Mélange
binaire
53
G 1/S1 G 1/S2 G1/S3 G 2/S1 G2/S2 G2/S3
Sans vibration
C exp 0,66 0,66 0 ,649 0,69 0,667 0 ,662
Cth 0 ,76 0,87 0 ,90 0,75 0,8 5 3 0,85
G/S 1 1 1 1 1 1
th
th
CCC exp− 0,13 0,24 0,27 0,08 0,20 0,22
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Avec vibration
C exp 0,76 0,75 0,71 0 ,795 0,765 0,76
Cth 0 ,85 0,91 0 ,95 0,85 0,8 5 8 0,93
G/S 1 1 1 1 1 1
th
th
CCC exp− 0,10 0,17 0,25 0,06 0 ,135 0 ,182
P Fexp 1,15 1,13 1,09 1,15 1,14 1,14
PFth 1,11 1,04 1,05 1,13 1,06 1,09
eau II capit latif de la c m acité d m l nge b (MSS). Tabl
Mélange
binaire
13: Ré
G
u
G
o p u é a
G
inaire
1/S1 1/S2 G1/S3 2/S1 G2/S2 G 2/S3
Sans vibration
C exp 0,68 0,66 0 ,655 0,66 0 ,657 0,66
Cth 0 ,85 0 ,83 0 ,82 0,8 8 1 0,81 0 ,80
G/S 1,2 1,2 1,5 1 1 1
th
th
CCC exp− 0,2 0,2 0,2 0,19 0,18 0 ,175
Avec vibration
C exp 0,77 0 ,759 0,74 0,79 0,76 0,75
Cth 0 ,87 0 ,88 0 ,86 0,83 0 ,82 0,81
G/S 0,8 0,8 1,2 1 1 1
th
th
CCC exp− 0,11 0,13 0,14 0 ,048 0 ,073 0 ,074
P Fexp 1,13 1,15 1,13 1,19 1,15 1,13
PFth 1,02 1,06 1,04 1,01 1,01 1,01
D’après les résultats obtenus avec le modèle l’empilement compressible « MEC », on constate
que la compacité expérimentale (mesurée) augmente au fur et à mesure qu’on augmente le
pourcentage des petits granulats. Elle atteint l’optimum entre 40%‐50% tandis que, la compacité
théorique (calculée) atteint l’optimum à 40% des petits granulats. En effet, l’ajout des petites
particules fait augmenter la compacité ; plus on augmente le pourcentage des petites particules
plus les vides entre les grosses particules sont remplis conduisant à un matériau de plus en plus
compact.
On peut remarquer que, la compacité expérimentale (mesurée) est maximale pour un
pourcentage de petits (qui varie entre 40% et 55%), tandis que la compacité théorique
(Calculée en utilisant MSS) est maximale pour un pourcentage de petits qui est égal à 40%.
54
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
Ces résultats aussi bien théoriques qu’expérimentaux conduisent à la conclusion selon laquelle
un rapport 1GS
On remarque, également, que les valeurs de la compacité expérimentale et théorique calculées
par le modèle d’empilement compressible sont plus élevées que celles calculées par le modèle de
= doit être retenu pour tous les mélanges.
suspension solide.
On peut conclure que, le modèle d’empilement compressible présente des résultats plus
prometteurs, un rapport 1GS= conduit à des compacités maximales.
Utilisation du logiciel RenéLCPC pour le calcul de la compacité du mélange G+S
A fin de pouvoir utiliser de façon pratique le modèle de l’empilement compressible, il est apparu
nécessaire de l’intégrer dans un logiciel convivial sous une interface Windows. Ce logiciel est
x de René Féret concernant l’optimisation granulaire des bétons. RENE‐LCPC basé sur les travau
Ce model permet de calculer :
- ires. La compacité d’un mélange quelconque de constituants granula
- L’indice de compaction de toute suspension à porosité donnée.
o sus- La p rosité de toute pension à indice de compaction donnée.
Ces calculs sont effectués à partir des proportions massiques de chaque constituant et de
caractéristiques aisément accessible à l’expérience :
- La compacité de l’empilement de chaque constituant pris individuellement, et de la
référence correspondante ;
- tuant ; La masse volumique de chaque consti
- La granularité de chaque constituant.
Le logiciel a fait l’objet d’une validation dans le domaine du calcul de la compacité des mélanges
granulaires secs.
La courbe suivante présente la compacité de notre mélange granulaire (Sable0/4 – Gravillon
4/10) calculée par le logiciel RENE‐LCPC :
55
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
% Petits
Com
paci
té
Créelle
Cexp
Figure II18: Courbe représentant la compacité calculée par le logiciel RENE‐LCPC.
Il apparaît qu’un rapport 1GS= (%S=50 et % G=50) conduit à une compacité réelle maximale de
0,887.
Les valeurs du Facteur de compactage ou le Packing Factor (qui représente le rapport entre la
masse volumique apparente de l’empilement granulaire compacté par vibration et la masse
volumique du squelette à l’état empilé sans compactage) ainsi que le rapport GS calculé, se sont
obtenues en utilisant invariablement le MEC ou le MSS (tableau II‐14).
Tableau II14: Récapitulatif des résultats du rapport GS.
Méthode d’essai Compacité maximale
du mélange « C »
Packing
factor Le rapport «
SG »
Modèle utilisé « MEC »
Essai expérimental 0,873 1,14 (%G=50,%S=50), G/S=1
René‐LCPC 0,887 1,12 (%G=50,%S=50), G/S=1
Modèle utilisé « MSS »
DREUX 0,832 1,20 (%G=56,%S=44), G/S=1,2
FAURY 0,788 1,26 (%G=48,%S=52), G/S=0,92
56
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
En comparant les rapports GS obtenus, on remarque que plus la compacité augmente plus on a
un rapport
57
GS qui est proche de 1 et qui vérifie, par conséquent, les recommandations de l’AFGC.
Pour l’optimisation du dosage des granulat des BAP de cette étude, on utilise le modèle de
l’empilement compressible qui conduit à
s
1GS= , avec une compacité maximale de γmax = 0,887.
Calcul du dosage en sable et en gravillon
A partir des résultats obtenus précédemment il apparaît que 1,12 1,26PF≤ ≤ . Une valeur
moyenne de PF=1,18 a été adoptée dans ce travail. Ce résultat est conforme aux travaux de Su et
al. [SU 01], qui montrent que cette valeur conduit à un BAP qui allie rhéologie et tenue
mécanique.
Ainsi pour le calcul des dosages en gravillons et sables : 50%
1 50%
GGet PF
SS
=⎧= ⇒ =⎨
=⎩1,18 .
Le dosage en sable est tel que 3/944 mkgMGSPFM SSS =⇒××= ρ
Le dosage en granulats est tel que 3/789)1( mkgMGSPFM GGG =⇒−××= ρ
5.4. APPORTER LES CORRECTIONS EVENTUELLES SUR 1M3 DE B ON
Après l’estimation du dosage en eau « E » et en superplastifiant « SP », il faut apporter des
corrections sur 1m3 du volume de béton :
ET
(Eq. II‐12) adjG S C EauF AT
irMM M M MM M
G S c F adj Eau Air
Vρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ
On ne tiendra pas compte dans ce calcul volumique de l'air occlus (en principe, de 1 à 3% pour le
= + + + + + +
béton autoplaçant, dans notre cas l’air occlus est approximativement égale à 1,7).
Notre contrainte fut de mettre au point la formulation pour atteindre les recommandations sur
les propriétés d’étalement (entre 65±2cm) et donc l’obtention d’un béton aux qualités requises à
son utilisation, la correction de la formulation a porté sur la modification de la teneur en
superplastifiant. Sont des produits chimiques incorporés au béton frais en faibles quantités (en
général moins de 3% du poids de ciment selon le fabriquant) afin d’en améliorer certaines
propriétés. Leur efficacité est liée à l’homogénéité de leur répartition dans la masse du béton.
Ils jouent un double rôle, ils permettent d’une part, d’obtenir des bétons frais à consistance
parfaitement liquide, donc très maniables, par défloculation des grains de ciment. A maniabilité
donnée, ils offrent, d’autre part, la possibilité de réduire la quantité d’eau nécessaire à la
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
fabrication et à la mise en place du béton. La résistance du béton durci peut ainsi notablement
augmentée.
Une variation du dosage en superplastifiant a peu d’influence sur la viscosité mais un surdosage
peut entraîner des problèmes de ségrégation et de ressuage.
5.5. FABRICATION ET AJUSTEMENT DES DOSAGES POUR SATISFAIRE LES PROPRIETES RECOMMANDEES D’UN BAP A L’ETAT FRAIS
Les méthodes de formulation proposées dans la littérature sont basées sur les constats suivants :
- Le formulateur devra donc chercher à en diminuer le volume de gravier tout en gardant
à l’esprit qu’un minimum de gravier est nécessaire pour minimiser la demande en pâte, à
étalement constant. Afin d’obtenir une ouvrabilité suffisante, la pâte doit être
suffisamment fluide. Cette fluidité peut être obtenue en jouant sur le rapport eau sur
liant ou sur le dosage en superplastifiant.
- Une augmentation de la teneur en eau conduit à une chute de la résistance mécanique
qui peut être incompatible avec le cahier des charges mais diminue également la
viscosité de la pâte. Ceci augmente les risques de ségrégation des gravillons et donc
blocage. Au contraire une variation du dosage en superplastifiant a peu d’influence sur la
viscosité mais un surdosage peut entraîner des problèmes de ressuage.
- Enfin, le formulateur doit établir un équilibre entre le rapport eau sur liant et le dosage
en superplastifiant pour avoir une pâte fluide mais qui reste suffisamment visqueuse et
homogène. Il peut également utiliser un agent de viscosité pour limiter les problèmes de
ressuage et de ségrégation.
Pour un béton autoplaçant, il est nécessaire de garder un dosage en eau faible, ainsi que les
êmes quantités de ciment et de filler. m
5.6. COMPOSITION DU BAP
La quantité des différents constituants du mélange doit être calculée en volume, de la même
manière que pour un béton vibré. On calcule ainsi le volume relatif qu'occupe chaque
constituant dans un mètre cube (1000 l) de béton autoplaçant. Cette part s'obtient en divisant la
constituants par sa masse volumique. masse de chacun des
(Eq. II‐13) ( ) ( ) ( / )
Masse kgVolume l
masse volumique kg l=
58
Chapitre II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
59
La mise au point d’une formule de BAP est beaucoup plus complexe, parce que, d’abord, les
constituants sont au nombre minimal de six, contre quatre dans le cas des bétons ordinaires.
Ensuite, le cahier des charges d’un BAP comporte plus clauses, en particulier à l’état frais ; il faut
réaliser, en plus de l’essai au cône, l’essai à la boite en L et l’essai de stabilité au tamis. Enfin, et
surtout, les propriétés des BAP sont contradictoires ; un béton riche d’une pâte fluide est très
sensible à la ségrégation. Donc le tableau II‐15 présente la composition de notre BAP.
15: Composition du Tableau II BAP utilisée.
Poids sec en Kg/m3 Constituants
Ci I ment CEM 350
Sable 0/4 944
Gravillon 4/10 789
Fillers calcaires 116
Superplastifiant % au poids de liant
G/S 1
La proc à suivre pour mettre en place un BAP est décrite comme suivant : édure
Sable
n Gravillo
t Cimen
Filler
Malaxage à sec à 2min.
Eau + superplastifiant
Malaxage de tout à 4min.
Le temps total de malaxage est de 6 min.
3ème Chapitre:
INFLUENCE DES FINES CALCAIRES SUR LA RHEOLOGIE
ET LES CARACTERISTIQUES DES BAP
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
61
1. CARACTERISTIQUES DE LA PATE A L’ETAT FRAIS
Les bétons autoplaçants sont caractérisés par leur fluidité élevée. Cette caractéristique est
affectée par l'addition des fillers, pouzzolaniques ou non pouzzolaniques, au ciment de Portland.
Parmi les fillers non pouzzolaniques, les fines calcaires sont les plus fréquemment utilisées dans
des mélanges de BAP [BIL 99(a)]. Différents auteurs ont établi que, les fines calcaires augmentent
la stabilité et l’ouvrabilité des BAP frais [NEH et al. 00(b)], [GHE et al. 02], [ESP 08(b)], [YE 07] et
[NAN et SAN 09]. Par ailleurs, certains auteurs [ESCA 88], [BUI et al. 99(b)], [GRA et al. 99], [PER
01(b)], [ZHU et al. 03(a)] ont montré que, la finesse des fillers calcaires affecte peu la demande en
superplastifiant et mène de manière significative à une augmentation de la résistance à la
compression particulièrement aux jeunes âges par comparaison à un béton vibré avec les
mêmes rapports Eau/liant.
On propose dans ce travail, d’étudier l'influence des fillers calcaires sur les propriétés des bétons
autoplaçants à l’état frais. Les fillers étudiés (BETOCARB®P2) notés respectivement "MFS",
"MFO" et "LFE" se différencient par leur surface de Blaine "B" tout en ayant une composition
chimique comparable.
L’objectif vise à étudier l'effet de la finesse des fillers sur la demande en eau et en
superplastifiant ainsi sur les propriétés du BAP à l’état frais et au jeune âge.
Les poudres sont constituées de 350 kg/m3 de ciment et 116 Kg/m3 de filler conformément à la
norme (NF EN 206‐1) et en tenant compte des conditions d’exposition du BAP et de la taille
maximale des granulats (voir chapitre II).
1.1. DETERMINATION DU DOSAGE OPTIMAL EN EAU
Il serait vain de vouloir comprendre le comportement du béton sans connaître celui de la pâte
qui le compose. L’objectif de cette partie, est d’étudier le comportement rhéologique de la pâte
issue du BAP afin de déterminer :
‐ Le dosage optimal en eau destinée pour la formulation de notre BAP.
‐ Le dosage optimal en superplastifiant utilisé dans la formulation de notre BAP.
Dans ce contexte, on a effectué une série d’essais sur la pâte (ciment+filler): Essai de Vicat, essai
de mini cône et essai de cône de Marsh.
ESSAIS AU MINI CONE (NF EN 1961)
Une série d'essais a été effectuée en utilisant le mini cône pour caractériser la rhéologie de la
pâte du ciment seule et avec des additions calcaires (Figure III‐1).
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
62
40mm
Figure III1: Dimen ne.
La grandeur mesurée est l’étalement décrit par
sions du mini cô
+= 1 2
2moyen . Plusieurs compositions ont été
testées en faisant varier le volume d’eau E . L’étalement relatif,
80mm
70mm
DD
D
V( )
( )⎛ ⎞
Γ = −⎜⎜⎝
2
1moyen
o
D mm
D mm⎟⎟⎠
, a été
reporté en fonction du rapport E
P
VV
( Figures III‐2a et III‐2b).
On remarque l’existence d’une relation linéaire affine entre Γ et E
P
VV
pour chaque poudre et
pour les mélanges ciment+filler décrit par l’équation :
(Eq.III-1) β α= +Γ×EP P
P
VV
0.000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00
Γ=(Dmoy/d0)²-1
VEe
ff/V P
CEM
MFSMFO
LFE
�
Figure III2a: Evolution de l’étalement relative en fonction de (VE/VP) pour le ciment et les
fillers.
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00Γ=(Dmoy/d0)²-1
VEef
f/VP
CEM+MFS
CEM+MFO
CEM+LFE
Figure III2b: Evolution de l’étalement relative en fonction de (VE/VP) pour ciment+ fillers.
Où β p renseigne sur le dosage minimal en eau nécessaire pour fluidifier la poudre alors que αP
est un coefficient qui mesure la capacité de la poudre à s’étaler en augmentant le dosage en eau.
Les résultats obtenus dans ce travail sont cohérents avec ceux de Domone et al. [DOM 97(b)] et
ceux de Brouwers et al. [BRO 05].
Les valeurs de αp et de βp sont reportées dans le tableau III‐1a. On remarque que la demande en
eau de la poudre dépend de deux paramètre : sa composition chimique et de sa finesse. Ainsi le
ciment et le filler calcaire de type « LFE » ont une surface de Blaine quasi identique mais la
demande minimale en eau nécessaire pour fluidifier la poudre est plus importante pour le
ciment qui consomme une partie de cette eau en réactions chimiques.
Les fillers calcaires ont une composition chimique presque identique mais des surfaces de Blaine
différentes. Ainsi il apparaît que plus les particules sont fines moins la demande en eau
nécessaire pour son écoulement est importante.
63
Tableau I tats obt nus sur la pâte ure. II 1a: Résul e p
Sb (m²/kg)
Le mélanges de p res (ciment+fill ont été également testée les valeuroud ers) s et s de αP et de pβ
sont reportés dans le tableau III‐1b. On observe le même type de comportement : en augmentant
Pâ e te pur αP βp P
Cβ+
=1xp
1e
CEM 395 0,057 0,92 0,520
LFE 409 0,045 0,57 0,636
MFO 457 0,053 0,56 0,641
MFS 552 0,066 0,47 0,680
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
la finesse du mélange on diminue le dosage en eau minimal nécessaire pour remplir les vides et
conduire à l’écoulement de la pâte.
64
Tableau I tats obt nus sur les pâte mixtes. II1b: Résul e s
Pâte mixte Sb (m²/kg)
• Mesure de la compacité
La compacité de la pâte est calculée sur la base des travaux d’Okamura et al. [OKA 95(b)]. Elle
dépend de la valeur de pβ (Eq. III‐2).
(Eq.III‐2) β
=exp1+1 P
On remarque que la finesse joue un rôle sur la compacité de la pâte pure ou mixte. La pâte
caractérisée par une faible valeur de βp (c’est à dire une demande moins élevée de l’eau pour
remplir les vides) est plus compacte.
C
• Coefficient de déformation
Brouwers et Radix [BRO 05] ont montré que plus la surface interne est grande, plus le coefficient
de déformation est grand (plus la quantité d’eau demandée pour atteindre un étalement relatif
donné est importante). Ils ont établi une relation entre le coefficient de déformation Pα et la
surface de Blaine de chaque poudre (ciment, fillers) : BS
(Eq.III‐3) soit P B P P PS Sα δ ρ α δ= × × × =
Où PS désigne la surface spécifique de la poudre considérée et Pρ est sa masse volumique.
Cette évolution est confirmée en reportant les valeurs obtenues dans le cadre de ce travail sur
un graphe (Figure III‐3). Les résultats sont explicités dans le Tableau III‐2a et Tableau III‐2b.
αP βp P
Cβ+
=1xp
1e
75%CEM+25%LFE 398,5 0,060 0,76 0,568
75%CEM+25%MFO 410,5 0,050 0,75 0,571
75%CEM+25%MFS 434,25 0,055 0,71 0,584
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
65
Ta
Poudre
bleau III rs expérimentales de [BRO 05].
P
2a: Valeu
SB (m²/kg) ρ (Kg/m3) αp P
B PS α
δ =×ρ
CEM III 470 2950 0,062 4,47E‐08
Limes wder tone po 460 2740 0,045 3,57E‐08
Fly ash 390 2250 0,039 4,44E‐08
Portla wder nd po 376 2400 0,061 5,15E‐08
GGBS 420 2900 0,046 3,77E‐08
u III2 m s btenues dans ce travail. Tablea b: Valeurs expéri
SB (m²/kg)
entale o
Poudre Pρ (Kg/m3) αp P
B PS α
δ =×ρ
CEM ,5 I 52 395 3110 0,057 4,64E‐08
LFE 409 2710 0,045 4,06E‐08
MFO 457 2700 0,053 4,29E‐08
MFS 552 2720 0,066 4,39E‐08
Le tracé des données obtenues et celles relevées dans la littérature (Figure III‐3) confirme
l’évolution linéaire entre le coefficient de déformation et face spécifique des poudres. La
valeur de δ est évaluée à partir de neuf poudres 84 10δ
la sur−= × . Domone et Wen [DOM 97(b)]
montre que ce dernier paramètre est directement lié à la viscosité plastique de la pâte.
0,030
0,035
0,040
0,045
0,050
0,055
0,060
0,065
0,070
500000 700000 900000 1100000 1300000 1500000 17000003
αp
Blaine*ρ(m²/m )
Y=4.10-8XR²=0,6278
♦[DOM 97]
♦ Nos points expérimentaux
Figure III3: Relation entre le coefficient de déformation des pâtes et la surface spécifique de
Blaine par unité de volume.
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
ESSAI AU CONE DE MARSH (NF P 18 358)
Des essais au cône de Marsh ont été effectués sur les différentes pâtes en faisant varier le
dosage en eau. On montre que :
‐ L’écoulement de la pâte se fait à partir d’un rapport Eeff/L minimal noté (Eeff/L)0 (Figure III‐
4a). Ainsi, l'augmentation de la teneur en eau induit une augmentation de la fluidité de la
pâte qui se traduit par une diminution des temps d’écoulement « tv. ». On note, également
que si le dosage en eau minimal nécessaire à l’écoulement dépend de la composition
himique de la poudre le temps d’écoulement est plus sensible à sa finesse (Tableau III‐3a). c
Tableau III3a: inimaux e E 0 obtenu i de côn de (pâte pure). Dosages m
Pâ re
n ( eff/L)
(
s par l’essa
SB(m²/Kg)
e Marsh
tvma ec) Eeff/L)0 x (ste pu
CEM 0,400 395 47
MFS 1,200 552 46
MFO 1,200 457 48
LFE 1,200 409 50
14,00
19,00
24,00
29,00
34,00
39,00
44,00
49,00
54,00
0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000
Eeff/L
66
t v (s
)
CEM
MFS
MFO
LFE
(Eef f /C)0(Eef f /L)0
Figure III4a: Résultats de cône de Marsh obtenus sur la pâte pure.
- La quantité minimale d’eau nécessaire à l’écoulement des poudres fabriquées à partir de
fillers calcaires et de ciment est égale à 0,3 et ne dépend pas de la finesse du mélange.
Cependant le temps d’écoulement est d’autant plus élevé que la surface de Blaine de la
poudre est élevée ce qui se traduit par une viscosité plus importante.
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
67
Tableau III3b: Dosages minimaux de /L enus pa l cône de ar te mixte). E obt
(E
r ’essai de
Sb( )
M sh (pâ
tvma ec) Pâte mixte eff/L)0 m²/Kg x (s
75%MFS+25%CEM 0,300 398,5 48
75% MFO+25%CEM 0,300 410,5 50
75%LFE+25%CEM 0,300 434,25 52
14,00
19,00
24,00
29,00
34,00
39,00
44,00
49,00
54,00
0,200 0,250 0,300 0,350 0,400 0,450 0,500 0,550 0,600
Eeff/L
t v (s
)
CEM+MFSCEM+MFOCEM+LFECEM
(Eef f /L)0 (Eef f /C)0
Figure III4b: Résultats de cône de Marsh obtenus sur la pâte mixte.
CONCLUSION
Différents essais ont été conduits sur le liant (Ciment + Filler) afin de déterminer le dosage en
eau. Il en ressort que le rapport massique min imal
EL
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
exigé est :
osagTableau III4 : D
Ciment rs MFS
e minimal en eau.
Ciment +Fillers MFO T i ype d’essa +Fille Ciment rs LFE +Fille
Mini‐cône 0 ,267 0 ,270 0 ,293
Cône de Marsh 0,3 0,3 0,3
Au vu de ses résultats le dosage e st déterminé en imposant un rapport n eau e 0,35effE
L= ce qui
conduit à un dosage en eau : . 3164 /E kg= m
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
1.2. DETERMINATION DU DOSAGE DE SATURATION EN SUPERPLASTIFIANT
La recherche du dosage en superplastifiant a été réalisée en effectuant des essais sur les pâtes de
composition:
3 3 3350 / , 116 / , 164 / 0,35effEC kg m F kg m E kg m et
L= = = =
MINI CONE (NF EN196 1)
Les résultats issus des essais effectués sur les pâtes en faisant varier le dosage en
superplastifiant révèlent l’existence d’un dosage de saturation, opSP , dosage au dessus duquel
l’étalement ne varie plus quand on augmente le dosage en superplastifiant (Figure III‐5a). Cette
obse
tendance a été rvée sur les pâtes pures et les pâtes composées de ciment et de fillers.
Les valeurs de et des étalements correspondants sont représentées dans le Tableau III‐5. opSP
10
15
20
25
30
35
40
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40SP (%)
Dm
oy (c
m)
MFS+CEMMFO+CEM
LFE+CEM
(SP)op
Dmoy,max
Figure III5a: Evolution d’étalement de la pâte mixte en fonction de SP.
On remarque que la demande en SP est légèrement plus importante quand on augmente la
finesse des particules. La nature chimique des particules ne semble pas jouer un rôle
prédominent. Le rôle majeur du superplastifiant consiste donc à défloculer les grains de la
oudre au contact de l’eau. p
68
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
Tableau II Points de sa ti b âte testé au cône. tura on de SP o
(SP )
tenus sur p
SB(m²/Kg)
e mini
Dma )
69
I5a:
Pâte )op (% x (mm
CEM 0,79 395 348
MFS 0,85 552 361
MFO 0,82 457 362
LFE 0,81 409 358
75%CEM+25%MFS 1,02 4 34,25 378
75%CEM+25%MFO 0,78 410,5 362
75%CEM+25%LFE 0,90 398,5 364
CONE DE MARSH (NF P 18 358)
Les résultats obtenus à partir des essais de cône de Marsh sur pâtes, prouvent qu'en augmentant
le dosage en SP le temps d'écoulement augmente pour atteindre une valeur de saturation,
opSP qui correspond à un temps d’écoulement, max ivt (tableau III‐5b). Les valeurs du dosage de
saturation du super plastifiant obtenues au cône de Marsh sont très proches de celles obtenues
par l’essai de mini cône. Le dosage de saturation ne semble pas dépendre de la composition
chimique de la poudre mais plus de sa finesse. L’introduction de fillers calcaires très fins
augmente la viscosité de la pâte mais cet effet est contrebalancé par l’introduction du super
plastifiant qui augmente sa fluidité conduisant à une pâte moins épaisse.
Tableau III5b: de saturation d obtenus par l’essai de cône de sur pâtes.
S
Points
Pâ re
e SP
)
Marsh
ec) op (% i (sSB(m²/Kg) te pu P
maxvt
CEM 0,78 395 13
MFS 0,68 552 13
MFO 0,82 457 18
LFE 0,78 409 21
75%CEM+25%MFS 1,04 4 34,25 14,5
75%C EM+25%MFO 0,81 410,5 16,5
75%CEM+25%LFE 0,85 398,5 17,5
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
70
12
17
22
27
32
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
t v
37
42
47
52
1,00 1,20 1,40
SP (%)
(s)
CEM+MFSCEM+MFOCEM+LFE
(SP)op
tv,max
Figure III5b: Evolution du temps d’écoulement sur la pâte mixte en fonction du SP.
CONCLUSION
Les essais de cône de Marsh et de mini cône ont permis sur pâtes de fixer le dosage à saturation
du superplastifiant peut être utilisée pour la formulation du BAP. Les pâtes doivent être
suffisamment visqueuses afin de soutenir les granulats et pour assurer la fluidité du BAP. Le
dosage optimal en superplastifiant pour chaque pâte est résumé au tableau III‐6. Nous
rappelons qu’ils sont o nus pour la c de l âte suivante : bte omposition a p
3 3350 / , 116 / , 164 /C kg m F kg m E kg= = =
Table sage à s asti
3 0,35effEm et
L=
au III6 : Do
T i
aturation en superpl
Ciment rs MFS
fiant (%)
Ciment +Fillers MFO ype d’essa +Fille Ciment rs LFE +Fille
Mini‐cône 1,02 0,78 0,90
Cône de Marsh 1,04 0,80 0,85
1.3. ETUDE DE LA CONSISTANCE DE LA PATE EN UTILISANT L’AIGUILLE VICAT
Actuellement, l’essai de Vicat représente l’essai standard du suivi de la prise. L’aiguille de Vicat
est utilisée pour la mesure de la consistance d’une pâte de ciment. La méthode telle qu’elle est
utilisée habituellement (NF EN 196‐3) consiste à mesurer l’enfoncement d’une aiguille dans une
pâte constituée d’une masse constante et d’une quantité d’eau variable. La teneur en eau donnée
par la méthode est celle conduisant, à l’issue de l’essai, à une distance de (6±1) mm entre
l’aiguille et la plaque de base (figure III‐6). Dans notre étude on fait varier la quantité d’eau et
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
donc le rapport Eau/liant en masse. On considère que la valeur optimale du rapport EL est
atteinte pour un enfoncement de 20mm [HAD 07].
On rappelle que, le ciment utilisé est de type CPA‐CEM I 52,5, sa surface de Blaine est égale à
395m²/Kg. Les fillers utilisés sont des fillers calcaires (MFS, MFO et LFE ), leurs surfaces de
Blaine sont respectivement 409m²/Kg, 457m²/Kg et 552 m²/Kg.
La figure III‐6 représente l’évolution de l’enfoncement de l’aiguille en fonction du dosage en eau.
Cette méthode nous permet de fixer ou déterminer le dosage global en eau. Les résultats
obtenus sur les différentes pâtes testées montrent que le rapport en masse eau‐liant compris
entre 0,30 et 0,32.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
100 110 120 130 140 150 160 170 180
CEM
CEM+LFE
CEM+MFO
Hau
teur
(mm
)
CEM+MFS
71
Eau (l)
Figure III6: Evolution de la distance entre l’aiguille et la plaque en fonction de la quantité d’eau.
• Mesure de la Compacité
La compacité de la pâte est calculée en fonction de la quantité d’eau qui conduit à cet état
d’enfoncement (20mm):
(Eq.III‐4) ρ
=⎛ ⎞+ ⎜ ⎟⎝ ⎠
exp1
1 poudre
CEL
Poudreρ : densité de la poudre et EL⎜ ⎟
⎝ ⎠rapport en masse de l’eau sur liant.
Les résultats obtenus sont résumés dans Le tableau III‐7. On remarque que l’introduction de
fillers calcaires diminue la compacité de la poudre et augmente la demande en eau minimale et
eci de façon d’autant plus importante que la finesse des fillers est élevée.
⎛ ⎞
c
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
Tablea ts de la co ité de chaqueu III7 : Résulta
Blaine (m²/Kg)
mpac pâte.
Compacité P âte mixte E/L
CEM 52,5 395 0,304 0,514
75%CEM+25%LFE 398,5 0,313 0,454
75%CEM+25%MFO 410,5 0,319 0,450
75%CEM+25%MFS 434,25 0,322 0,447
A partir de ses résultats, il apparaît que pour avoir une pâte homogène le rapport EL doit
satisfaire la condition suivante : ≥0,32E . L
• Mesure des temps de prise et détermination du dosage optimal en eau
Pour étudier l’influence de la finesse, sur le temps de prise de la pâte, une série d’essais a été
effectuée sur la pâte mixte (ciment+filler).
2
3
4
5
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
E/L
Déb
ut d
e pr
ise
(h)
CEMCEM+LFECEM+MFOCEM+MFS
2
3
4
5
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
E/L
Déb
ut d
e pr
ise
(h)
CEMCEM+LFECEM+MFOCEM+MFS
2
3
4
5
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
E/L
Déb
ut d
e pr
ise
(h)
CEMCEM+LFECEM+MFOCEM+MFS
2
3
4
5
0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
E/L
Déb
ut d
e pr
ise
(h)
CEMCEM+LFECEM+MFOCEM+MFS
Figure III7a: Evolution de début de prise en fonction de E/L pour chaque filler.
72
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
6
7
8
9
10
0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
E/L
CEMCEM+LFECEM+MFOCEM+MFS
Fin
de p
rise
(h)
Figure III7b: Evolution de fin de prise en fonction de E/L pour chaque filler.
On note que, l'introduction des fillers (MFS, MFO et LFE) dans le ciment, affecte le temps de
prise (début et la fin) (Figure III‐7a et III‐7b).
En augmentant la teneur en eau le temps de prise augmente [AND et al. 03]. Cette constatation
est d’autant plus remarquable que la finesse des les fillers additionnés est élevée. On remarque,
également, que la finesse ne joue plu cun rôle sur le temps de début de prise qui atteint un
seuil et stabilise pour un rapport
s au
≥0,35EL
.
Tableau ultats de l’ III8a: Rés
E
essai de Vicat.
Blaine /Kg) /L=0,351 (m² Débu (h) t de prise Fin h) de prise (
CEM 52.5 395 4h28mn 7h25 mn
75%CEM+25%LFE 398,5 4h32 mn 8h40 mn
75%CEM+25%MFO 410,5 4h37 mn 8h36 mn
75%CEM+25%MFS 434,25 4h45 mn 9h32 mn
On supposera par la suite que le dosage en eau optimal déterminé à travers l’essai Vicat réalisé
sur pâte est :
=0,35EL
ce qui conduit à un dosage en eau : =164 E litr
73
es
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
74
sitio
• Mesure des temps de prise et détermination du dosage en superplastifiant
Pour étudier l’influence de l’introduction du superplastifiant sur le temps de prise de la pâte, des
essais ont été réalisés sur les pâtes de compo n :
= = =3 3 3350 / , 116 / 164 /C kg m F kg m et E m
Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau III‐2b. On remarque que, l’introduction du
superplastifiant engendre une augmentation des temps de prise. Il apparaît que le
superplastifiant ne joue pas uniquement le rôle d’un défloculant des grains de ciment mais
également de retardateur de prise. Ce résultat n’est pas étonnant puisque le rôle du
superplastifiant est de casser les agglomérats formés par la poudre afin de rendre l’eau piégée
entre les grains disponible et améliorer par conséquent l'ouvrabilité du mélange.
Tableau ultats de l’i erpIII8b: Rés nfluence de sup
Blain Kg)
lastifiant.
Débu (h) E/L=0,35 e (m²/ t de prise Fin de prise (h)
CEM+LFE+1%SP 398,5 4h91 mn 9h16 mn
CEM+MFO+1%SP 410,5 5h08 mn 9h60 mn
CEM+MFS+1%SP 434,25 5h25 mn 10h16 mn
1.4. SYNTHESE ET DISCUSSION
Les résultats de la caractérisation rhéologique de la pâte, ont montré que :
Les résultats au cône de Marsh au mini cône effectués sur la pâte, ont pour objectif de
déterminer le dosage en eau (Eeff/L) et en superplastifiant (SP) nécessaires pour la
formulation du BAP. Ils ont conduits à des résultats similaires.
La finesse joue un rôle important sur le temps de prise de la pâte (essai de Vicat), la pâte
fabriquée avec des fillers caractérisés par une surface de Blaine la plus élevée présente
des temps de prise longs. L’introduction du superplastifiant amplifie ce constat : début
de prise plus long. Ceci nous ramène à supposer que le superplastifiant utilisé joue le
rôle de retardateur de prise. Cela est très important, car c’est un indicateur pour la
résistance mécanique au jeune âge et un paramètre significatif pour le dégagement de la
chaleur d’hydratation.
La finesse influe de manière significative sur la quantité d’eau nécessaire pour remplir
les vides dans la pâte.
Le dosage en superplastifiant de saturation est beaucoup plus affecté par la finesse des
particules des poudres que par leur composition chimique. Pour les fines calcaires
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
utilisés, une augmentation de la surface de Blaine conduit à une diminution du dosage en
superplastifiant répondant à la maniabilité du BAP.
75
e et J‐Ring) SP 0
s sont c
2. CARACTERISATION DES BAP A L’ETAT FRAIS
Après avoir caractérisé la pâte et déterminé les dosages optimaux en eau et en superplastifiant,
on propose d’étudier l’influence de la finesse des fillers calcaires sur le comportement
rhéologique du BAP, son ouvrabilité (Slump Flow), sa stabilité (stabilité au Tamis) et sa
résistance à la ségrégation (L‐Boît [E 8(b)] et [NAN et SAN 09]. Toutes les
formulation aractérisées par 1 0,3effEGet
S L= = 5 lles n
. E so t composées comme il suit :
3 3 3 3 3350 / , 116 / , 164 / , 783 / 939 /C kg m F kg m E kg m G kg m et S kg m= = = = =
15 compositions différentes ont été élaborées en changeant le dosage en superplastifiant ‘’SP’’
de telle sorte à satisfaire la conditio n de consistance suivante :
Etalement =Dmoy= 65±2cm
Les dosages de superplastifiant ont été choisis de part et d’autre des dosages de saturation
obtenus sur pâtes :
Tableau ge à sa sti P té III9 : Dosa
Poudre
turation en superpla
Ciment +Fillers MFS
fiant (%) pour les BA
Ciment +Fillers MFO
moins.
Ciment +Fillers FL E
) 1,04op poudreSP = ( ) 0,8op poudre
SP = ) 0,9op poudreSP = ( (
Dosage en SP(%) 0,7 1,4BAPSP≤ ≤ 0,7 BAPSP 1≤ ≤ 0,7 BAPSP≤ ≤0,9
Le tableau III‐10 récapitule les résultats des différents essais de caractérisation des trois types
de BAP. Chaque essai rhéologique a été répété au moins trois fois pour une composition donnée.
Les valeurs reportées dans le tableau constituent une moyenne.
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
Résultats de slump Résultats de L‐box Résultats de J‐ring Résultats du tamis
BAP Hext (cm)
Hint‐Hext (cm)
D moy
(cm) H /H1 Hint
(cm) Masse de la pâte (kg)
BAP testé Sp(%) D1 (cm) D2 (cm) Dmoy (cm) H1(cm) H2(cm) 2
(%) π (%)
BAP_MFS
0,70 1 54 55 54,50 13 7 53 5,30 1,60 3,70 50,5 0,122 2,542 0,90 2 59 60 59,50 12,4 7,5 60 5,00 2,30 2,70 56 0,163 3,396 1,10 3 61 62 61,50 12 8 66 4,60 2,70 1,90 55 0,272 5,667 1,20 4 64 65 64,50 11,8 8,2 69 4,80 2,50 2,30 55 0,272 5,667 1,40 5 72 73 72,50 10 9,5 95 3,80 1,70 2,10 59,5 0,325 6,771 1,35 6 66 67 66,50 10 8,8 88 4,20 2,50 1,70 64,5 0,349 7,271
BAP_MFO
0,90 7 72 73 72,50 10 9,5 95 5,20 3,00 2,20 66 0,399 8,302 0,80 8 66 67 66,50 10,2 8,8 86 5,00 2,20 2,80 63,5 0,230 4,792 0,70 9 62 63 62,50 11 7,5 68 5,20 1,80 3,40 59 0,168 3,500 1,00 10 74 71 72,50 11,5 12,4 92 3,70 2,20 1,50 64 0,271 5,646
BAP témoins
Tableau III10 : Résultats récapitulati caractérisati fs des différents essais de ons des trois BAP.
BAP_LFE
1,00 11 67 68 67,50 12,5 9 72 5,40 3,20 2,20 60,5 0,250 5,208 1,20 12 74 75 74,50 9 8,5 94 4,20 2,30 1,90 66 0,384 8,000 1,05 13 65 66,5 65,75 10,5 9 85 4,60 2,80 1,80 62,5 0,321 6,688 1,15 14 71 72 71,50 10,5 9,6 91 4,00 2,00 2,00 64 0,362 7,542 0,9 15 57 58 57,50 15,5 8,2 53 5,20 3,00 3,40 55 0,200 4,167
76
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
77
2D c±
dosa
2.1. OUVRABILITE DES BAP
DETERMINATION DU DOSAGE EN SUPERPLASTIFIANT POUR SATISFAIRE 65n m=
Pour le "BAP_MFS" les principaux résultats montrent un mauvais écoulement du BAP à
travers le ferraillage avec blocage pour SP=0,7% et une ségrégation pour SP=0,9%. Par ailleurs,
la fluidité devient très importante et une ségrégation statique apparaît pour SP=1,4%. Par
conséquent 0,9%<SP<1,4% est une gamme satisfaisante du ge en SP. Le dosage permettant
de satisfaire la condition de consistance imposée est :
moye
1,35%SP = .
BAP_MFS
50
55
60
65
70
75
80
0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50SP (%)
Slum
p Fl
ow (c
m)
0
20
40
60
80
100
120
H2/
H1(
%)
Dmoy(cm)
L-BOX:H2/H1(%)
Figure III8a: Résultats de Slump Flow et L‐Box “BAP_MFS’’.
Pour "BAP_MFO" les résultats obtenus à travers les essais de L‐Box et d’étalement indiquent
que l’ouvrabilité du BAP, sa résistance à la ségrégation dynamique et sa mobilité en milieu
confin nt en accord avec les recommandations de l’AFGC [AFGC 00(a), AFGC 08(c)] pour
(la figure III‐8b).
é so
0,8%SP =
BAP_MFO
50
55
60
65
70
75
80
0,50 0,6
Slum
p Fl
ow (c
m)
0
20
40
60
80
100
120
H2/
H1(
%)
Dmoy(cm)
L-BOX:H2/H1(%)
0 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10SP (%)
Figure III8b: Résultats de Slump Flow et L‐Box “BAP_MFO’’.
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
‐78‐
uvrab
Pour "BAP_LFE" un dosage en superplastifiant tel que SP<0,9% est à l’origine d’une mauvaise
mobilité du béton à travers le ferraillage (figure III‐8c). D'autre part, quand SP>1,15% la fluidité
devient très importante et une ségrégation statique est détectée. Par conséquent, un dosage en
superplastifiant tel que 0,9%<SP<1,15% conduit à des résultats satisfaisants en termes de
mobilité du béton en milieu confiné et d’o ilité. Le dosage permettant de satisfaire la
condition de consistance imposée est : 1,05%SP = .
BAP_LFE
50
55
60
65
70
75
80
0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30
Slum
p Fl
ow (c
m)
0
20
40
60
80
100
120
H2/
H1(
%)
Dmoy(cm)
L-BOX:H2/H1(%)
SP (%)
Figure III8c: Résultats de Slump Flow et L‐Box “BAP_LFE’’.
MAINTIEN DE L’OUVRABILITE
Le protocole consiste à mesurer l’étalement après des temps de repos variant de 6mn à 60mn
des BAP formulés avec les dosages en SP définis à travers les essais d'étalement et du L‐Box.
Pendant le repos, le BAP est sujet à deux phénomènes. Le premier est de structuration induit par
la thixotropie, phénomène réversible dès lors qu’on applique au matériau des contraintes qui
provoquent la déstructuration de l’état de floculation acquis au repos. Le deuxième phénomène
est le vieillissement, phénomène irréversible du à des réactions physico‐chimiques entraînant
l’augmentation de la viscosité. Toutou et al. [TOU 05] ont montré que l’essai d’étalement ne
permet pas de séparer les deux effets souvent présents dans les BAP.
a g eNous avons reporté dans l Fi ure III‐9 l’évolution de l’étalement d s trois types de BAP.
On remarque une perte de l’étalement pour les trois BAP. La cinétique de diminution de
l’étalement est plus prononcée pour le BAP formulé avec des fillers ayant une surface de Blaine
"SB" faible. On remarque, également, que BAP_LFE (additionné avec les fillers les moins fins)
perd son caractère auto‐plaçant après un temps de maintien inférieur à 30mn contrairement aux
deux autres BAP. De même, il apparaît que la perte d’étalement des BAP‐MFS et BAP‐MFO est
sensiblement la même après des temps de repos courts mais que la cinétique est différente. On
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
constate que BAP‐MFS se fige moins rapidement que les deux autres formulations de BAP : sa
structuration (floculation) est plus lente.
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
6
BAP_MFS BAP_MFO BAP_LFES
lum
p (c
m)
15 30 45 60Temps (mn)
Figure III9 : Evolution de Slump Flow en fonction du temps.
OUVRABILITE EN MILIEU CONFINE
La tendance d’un BAP au phénomène de blocage se mesure à sa capacité à s’écouler à partir d’un
cône disposé au centre d’un anneau contenant des barres d'armature (Figure III‐10a). On
mesure généralement l’étalement et la différence de hauteur int extH H− . Il n’existe pas de
spécifications claires concernant cet essai selon l’EFNARC [EFN 05] ou l’AFGC [AFGC 08(c)].
Cependant, est généralement admis que pour satisfaire le risque de non blocage, il faut que
int 20extH H m− ≤ . Certain auteurs [WUS 03] estiment que le risque de non blocage n’est
satisfait que si
il
s m
int 15extH H mm− ≤
Figure III10a : Essai de J‐Ring pour mesurer le risque de blocage.
‐79‐
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
Les résultats obtenus à partir des essais J‐Ring, indiquent que le risque de blocage des BAP
mesuré à travers int extH H HΔ = − diminue en augmentant le dosage du superplastifiant (Figure
III‐10b). Le risque de blocage est estimé à travers un paramètre β définit comme suit [WUS 03] :
(Eq.III‐5)
2
4cône
D
HV
π
β = Δ
Le risque de non blocage en utilisa mme critère int 20extH H H mmΔ = − ≤ est obtenu pour un
dosage en superplastifiant 0,9%SP . Ce critère semble assez sévère et conduit à des
formulations fortement dosées en superplastifiant.
nt co
Figure III10b : Résultats de J‐RING en fonction du dosage du ‘’SP’’.
Selon l’ASTM C1621 le risque de blocage est estimé à travers la différence entre les étalements
us au cobten ône, cônemoyenD , et au J‐Ring,
J RingmoyenD−
.
Ainsi un BAP ne présente pas des isques de blocage si − .
o
r mm25cône J Ringmoyen moyenD D
−≤
L’écoulement est partiellement bl qué si 25 50cône J Ringmoyen moyenmm D D mm
−−≺ ≺ .
Nanthagopalan et Santhanam [NA 09] remarquent une absence totale de blocage Nlorsque10 50
cône J Ringmoyen moyenmm D D mm−
−≺ ≺ .
La figure III‐11 illustre la corrélation entre l’étalement obtenu au cône d’Abrams et celui obtenu
par l’essai de J‐Ring pour les 15 compositions. Les résultats montrent que pour les BAP formulés
avec un dosage en SP permettant de satisfaire la condition de
‐80‐
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
‐81‐
mmconsistance . Il faut noter qu’aucun blocage n’a été observé au cours
des essais.
30cône J Ringmoyen moyenD D
−− ≤
Figu ‘ et re III11 : Corrélation entre l’étalement ‘slump flow
l’écoulement dans milieu confiné ’J‐Ring’
2.2. FLUIDITE DES BAP
Cette dernière caractéristique est plus généralement étudiée au moyen de l’essai au V‐funnel
[EFNARC 02] et [NAN 09] (cf. figure III‐12).
Les résultats d V‐Funnel montrent que, toutes les formulations vérifient les recommandations
puisque 12vt s≤ (Tableau III‐11). Ce dispositif permet en effet de mesurer la vitesse
d’écoulement d’un échantillon de 12l de béton passant à travers une ouverture étroite. Plus le
temps d’écoulement est court, plus la fluidité du béton est importante. Les temps d’écoulement
au V‐Funnel dépendent également du type d’application.
e
Figure III12 : (a) Essai d’étalement au cône d’Abrams et (b) Essai de V‐funnel.
(a) (b)
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
Les résultats du temps écoulé pour obtenir un étalement de 500 mm (T500) en fonction du
dosage optimal en SP montrent que, l’évolution du T500 est linéaire avec le dosage SP. Le temps
écoulé à 500mm (T500) varie d’un BAP à un autre, l’introduction de superplastifiant affecte le
T500, il est signifié que la fluidité est meilleure (la viscosité est faible) quand T500 est faible.
L’essai d’étalement au cône d’Abrams est simple à réaliser. On mesure le temps écoulé pour
obtenir un étalement de 500mm (T500) (figure III‐13), ce qui fournit une indication sur le
caractère visqueux du matériau.
BAP‐témoin Filler MFS MFO LFEDosage en SP (%) 1,35 0,8 1,05
‐82‐
( )v s 11 10 11 t
( )500T s 4,08 4,14 4,23
Figure III : Dimensions de la tablette d’étalement indiquant l’étalement
Les BAP testés sont ceux qui satisfont la condition de consistance imposée « ±= 20650SF mm ».
Les valeurs de T500 obtenues sont conformes aux spécificités les plus courantes d’un BAP à l’état
frais [EFN 05]. En effet on remarque que 5002 5T
13 de 5 mm. 00
≤ ≤ . On propose de calculer à travers cet essai
la viscosité plastique et le seuil de cisaillement des trois BAP [KUR 94(a)] en utilisant les
quations (Eq. III‐6) : é
8 810 1025 3 25 3ρ ρτ
π τ π× × × ×
= = × ⇒ = ×× × × × × ×
BAP cône BAP cônemoyen o
o m
g V g VSF DD oyen
(Eq. III‐6) 3 3
5002 2BAP SF SF⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
Le tableau III‐11
40 10 25 100,0545 1 1 Tη ρ⎛ ⎞ ⎛ ⎞× ×
= × − × − ×
récapitule les résultats obtenus sur les trois BAP témoins.
Tab III11 : R sultats de la viscosité me ur le émoins.leau
BAP
é
(k )
surée po
T )
s trois BAP t
V‐fun l (s)
η ρbéton Dmo m) (mg/m3 y 500 (s ne P (Pa.s) τ (Pa) 0
2374 660 4,04 11 275,47 1BAP_MFS
13,772374 670 4,08 12 261,95 96,792375 670 4,12 10 264,63 96,83
BAP_MFO 2371 660 4,17 10 278,87 108,542372 656 4,15 11 279,33 110,282370 670 4,19 10 281,78 110,19
BAP_LFE 2368 650 4,23 11 305,81 130,422369 660 4,25 12 289,18 113,532368 665 4,22 11 278,48 105,01
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
‐83‐
On remarque que le seuil de cisaillement, oτ , est presque le même pour les trois BAP. La finesse
des fillers BETOCARB®P2 ne joue pas un rôle significatif sur oτ . L’effet des fillers sur le seuil de
cisaillement est contrebalancé par celui du superplastifiant : les fillers augmentent la compacité
du squelette granulaire entraînant une augmentation du seuil de cisaillement alors que le
superplastifiant est un défloculant permettant une meilleure lubrification des surfaces solides
conduisant à une baisse des frottements intergranulaires et par conséquent celle de oτ .
La viscosité des BAP frais diminue légèrement en augmentant la finesse des additions calcaires.
Ainsi diminuer la taille des fillers BETOCARB® P2 réduit peu le seuil de cisaillement des BAP et
augmente sa fluidité contrairement aux résultats obtenus par Billberg [BIL 01(b)].
2.3. STABILITE DES DIFFERENTES COMPOSITIONS DE BAP
Les résultats issus des essais de stabilité au tamis montrent que toutes les compositions testées
ont une stabilité satisfaisante (0%<π<15%). La figure III‐14 ne met en exergue aucune
corrélation entre la surface de Blaine et la stabilité des BAP. Cette stabilité diminue en
augmentant le dosage en SP.
Figure III14 : Evolution de la laitance en fonction du dosage du’’SP’’
2.4. CONCLUSIO
L’effet de la surface de Blaine des fillers calcaires BETOCARB®P2 sur les caractéristiques
rhéologiques des BAP a été appréhendé. Quinze compositions de BAP ont été testées en utilisant
les essais de référence. Elles différent uniquement par leur dosage en superplastifiant. Les
résultats obtenus conduisent aux constations suivantes :
N
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
• Le dosage optimum du BAP qui satisfait les exigences de consistance imposées : 265moyenEtalement D cm±= = dépend de la finesse des fillers mais également de la nature
de la roche m position chi ère et de sa com
de Fillers
mique.
Type MFS MFO LFE Roche mère M earbr Ca elcair Ca e lcairCaCO3 (%) 99,2 98,5 98,5
Surface de Blaine (m²/Kg) 552 457 409
• Les dosages déterminés sur pâte ont permis de mieux cerner la plage du dosage su SP pour la formulation des BAP témoins.
Ciment +Fillers MFS
Dosage en SP(%)
Ciment +Fillers MFO Ciment +Fillers LFE
( ) 1,04op poudreSP = ( ) 0,8op poudre
SP = ( ) 0,9op poudreSP =
( ) 1,35op bétonSP = ( ) 0,8op béton
SP = ( ) 1,05op bétonSP =
• La surface de Blaine affecte le maintient de l’ouvrabilité des BAP. La cinétique de diminution de l’étalement est plus prononcée pour le BAP formulé avec des fillers ayant une surface de Blaine "SB" faible. L’origine des fillers ( nature de la roche mère) ne semble pas intervenir. On remarque, également, que BAP_LFE (additionné avec les fillers les moins fins) perd son caractère auto‐plaçant après un temps de maintien inférieur à 30mn contrairement aux deux autres BAP.
• La viscosité des BAP frais diminue légèrement en augmentant la finesse les additions calcaire. Ainsi diminuer la taille des fillers BETOCARB®P2 réduit peu le seuil de cisaillement des BAP
• Tous les BAP testés présentent une bonne. L'augmentation du dosage en superplastifiant BAP diminue la stabilité du
• Le critère de blocage int 20extH H H mmΔ = − ≤ est sévère et conduit à des formulations fortement dosées en superplastifiant alors qu’aucun blocage n’a été o ervé au cours des essais. Le risque de blocage estimé à travers
bsm30
cône J Ringmoyen moyenD D m−
− ≤ semble plus
réaliste.
‐84‐
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
‐85‐
12 mpa m: Résultats co ratifs du co port rhéologiq
Essais rhéologique
ement ue des trois BAP témoins. Tableau III
s
BAP témoin Slump Flow V‐funnel J‐Ring L‐Box Stab is ilité au tam
Très bonne
fluidité
Bonne
viscosité
Bonne
mobilité
Très Bon BAP_LFE
écoulement
Excellente
stabilité
BAP_MFO Bonne
viscosité
Bonne
mobilité
Bon
écoulement Bo é nne stabilitBo é nne Fluidit
BAP_MFS fluidité viscosité mobilité écoulement stabilité
Excellente Très bonne Très bonne Excellent Excellente
Les trois compositions de BAP témoin répondant à toutes les exigences de l'AFGC [AFGC 00(a)] et
aux exigences d xposition et de consistance sont u cahier de charge en termes de classe d’e
récapitulées dans le t bleau III‐13.
Composition et dosage des témoins
a
Tableau III13 : trois BAP
BAP_MFS
.
BAP_MFO BAP_LFE
Do esage théoriqu
Ciment (kg/m3)
Filler (kg/m3)
G
Sable 0/4 (kg/m3)
ravillon kg/m3)
Eau effi g/m3)
4/10 (
cace (k
350
116
939
783
164
1,35
350
116
940
7
1
84
64
0,8
350
116
939
782
164
1,05 SP (%)
Propriétés rhéologiques
V‐funn
moyenF D=S (mm)
)
el (s)
mintH H− ext (m
2 1H H (%)
π (%)
Air occlus (%)
Densité théorique
Densité expérimentale
6 65
11
17
88
7,27
1,6
2,369
2,374
6 65
10
28
86
4,79
1,6
2,366
2,371
6 57
11
17
85
6,68
1,65
2,366
2,368
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
‐86‐
P TEMOINS A L’ETAT DURCI
saturation sont d’autant plus faibles que la surface de Blaine
du filler est élevée (figure III‐15).
3. CARACTERISATION DES BA
3.1. CARACTERISTIQUES PHYSIQUES
MESURE DE LA POROSITE ACCESSIBLE A L’EAU DES BETONS
La cinétique d’absorption d’eau pour les BAP témoins a été suivie en fonction du temps Avant
immersion dans l'eau tous les échantillons ont été séchés à 80°C. Les courbes de prise de poids
révèlent que la cinétique de diffusion est Fickienne. Il apparaît que le coefficient de diffusion
« D » et la masse d’eau absorbée à
00 50 100 150
Sqrt(temps) (sec)
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
(Mt-M
o)/M
o (%
)
BAP_MFSBAP_MFOBAP_LFE
Figure III15 :
Ces résultats coCourbe d’absorption d’eau des trois BAP.
nt que, l’ajo ers calcai face de B
sité (Tab ).
nfirme ut des fill
de ro
: at
res de sur
le 4
oro ou
laine élevée
s B
augmente la
compacité d riment
III14 s de la p r les troi
B B B
u béton au dét sa po
R t
A S
au III‐1
AP_MFO
ésul sité p AP. Tableau
Type P_MF A EP_LF
Porosité (%) 10,15 10,27 10,81
Blai g) ne (m²/K 552 457 409
SP (%) 1,35 0,8 1,05
MESURE DE LA PERMEABILITE AUX GAZ DU BETON DURCI
Le perméamétre à charge constante permet par application d’une pression de gaz constante à
l’entrée d’un échantillon de mesurer le débit de gaz en sortie d’échantillon. On peut ainsi calculer
sa perméabilité au gaz lorsque le débit de gaz en sortie se trouve en régime permanent [ASS
07(b)] et [YE 07].
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
BAP_MFS
BAP_MFO
BAP_LFE
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
10.81 10.27 10.15Porosité (%)
Perm
éabi
lité
(x10
-16 ) m
²
Figure III16 : Evolution de la perméabilité en onction de la porosité.
La mesure seule de la perméabilité n’est pas suffisante pour différencier les BAP, il faut
absolument accompagner cet essai d’une mesure de la porosité [AFREM 97] afin de calculer le
f
taux de saturation en eau et la prise en masse (figure III‐16).
On montre dans ce travail que les BAP additionnés de fillers BETOCARB®P2 présentent de
perméabilités d’autant plus faibles que leur surface de Blaine est élevée.
MESURE DE LA CARBONATATION ACCELEREE
L’objectif de cet essai est de caractériser le comportement d’échantillons de béton vis‐à‐vis de la
de la diffusion du CO2 dans les BAP témoins. L’essai consiste à suivre l’évolution de l’épaisseur
et de la perte de masse des BAP témoins conservés dans une atmosphère riche en dioxyde de
carbone. La carbonatation du béton réduit le pH de la solution interstitielle de la pâte de ciment
ce qui provoque la dépassivation et la corrosion des armatures en acier.
Les observations des échantillons carbonatés (7x7x28) révèlent que la profondeur de la
carbonatation est faible et est inférieure à 4,5 mm à 28 jours (figures III‐17a et 17b). En effet la
teinte rosée observée apparaît pour un pH supérieur à 9,5 [AFREM 97]. Or, il y a risque de
dépassivation des aciers à partir de pH 11,4 [PAR 87].
La profondeur de pénétration du béton additionné avec les fillers BETOCARB® P2 de surface de
Blaine la plus élevée est la plus faible.
‐87‐
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
Figure III17a : Observation de la carbonatation à 28 jours des trois BAP témoins.
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0 1 2 3 4 5 6
‐88‐
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
0 5 10 15 20 25 30
Age (jours)
Pro
fond
eur
(mm
)
BAP_MFSBAP_MFOBAP_LFE
Δm
/m0
BAP_LFEBAP_MFOBAP_MFS
Figure III17b : Hauteur de la carbonatation.
Racine (Age (jours))
Figure III17c : Perte de la masse.
La perte de masse due à la dégradation des BAP témoins par diffusion de CO2 est plus
importante pour les BAP additionnés avec des fillers BETOCARB®P2 ayant une surface de
Blaine la moins élevée. La cinétique est également plus rapide (figure III‐17c).
MESURE DE LA SEGREGATION
Méthode de [BUI et al. 02(c)]
On rappelle que d’après Bui et al. [BUI 02(c)] pour qu’il n’y ait pas risque de ségrégation statique
si X‐Y= ±15%X où X est le nombre de granulats moyen des trois premières couches et Y sur les
4 dernières couches. Les résultats obtenus après avoir scié plusieurs éprouvette de BAP suivant
le sens du coulage et observé la répartition des granulats sur la hauteur de l’éprouvette est
ésumé dans le tableau III‐15. r
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
Tab 5 : Mesure de la ségrégation des trois Bleau III1
BAP_MFS
AP témoins.
BAP_ LFE BAP_ LFO
92,0=YX 94,0=
YX 98,0=
YX
%1=−X
YX %8=−X
YX %6=−X
YX
Donc les résultats montrent qu’on n’a pas de ségrégation particulière sur les trois BAP témoins.
Ces photographies illustrent bien le fait que les trois BAP témoins présentés ici ne sont pas
sujets à la ségrégation statique. Les granulats sont en effet régulièrement répartis sur toute la
hauteur des échantillons sciés.
Méthode de [AFGC 08]
On rappelle que, la méthode est inspirée de celle décrite dans le manuscrit de thèse de [SED 99].
Des échantillons de béton sont prélevés par carottage ou sciage, une ligne, dite ligne de
e a .compactage, est tracée sur les éprouvettes à une distance, d, d la surface (voir table u III‐16)
L’absence de ségrégation est considérée comme vérifiée quand il existe sur la ligne de
compactage au moins N granulats, de dimension supérieure ou égale à une valeur critique
fonction de (Dmax).
Tableau III16 : Vérification de l’homogénéité en place des B . AP témoins
Dimension
minimale des
granulats retenus
pour le
compact e (mm)
Absence de
ségrégation si le
nombre de
granulats sur la
ligne de
compactage est≥à
Longueur (Lc) de la
ligne de compactage
(mm)
Distance d entre la
ligne de compactage
et la surface (mm)
Dmax
ag
600≤Lc≤800 5 5 10 10
‐89‐
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
N= 10
N= 11 N= 10
Donc les résultats montrent qu’on n’a pas de ségrégation particulière sur les trois BAP.
3.2. CARACTERISTIQUES MECANIQUES
RESISTANCE A LA COMPRESSION UNIAXIALE
Des essais mécaniques, ont été effectués en compression uniaxiale sur des éprouvettes de
16x32cm à différents âges : 12h, 18h, 1jour, 3jours, 7jours, 14jours, 21jours, 28jours et à 5mois.
Ces essais ont permis de calculer le module élastique, la résistance maximale et de suivre leur
évolution en fonction de l’âge du BAP. Tous les essais ont été réalisés sur une presse à
asservissement hydraulique de type SHENCK avec un pilotage en contrainte de 0,05MPa/s.
Au jeune âge la résistance à la compression est d’autant plus importante (21MPa à 24h) que la
surface de Blaine des additions calcaires est élevée.
La résistance à la compression s’est stabilisée entre 21 et 28 jours à 60 MPa puis a atteint 80MPa
à 5 mois indiquant que les réactions qui accompagnement le durcissement ne sont pas
achevées.
Les valeurs de résistance à la compression à 28 jours indiquent que les BAP témoins sont de
hautes performances. Cette performance est d’autant plus élevée que la finesse des fillers est
levée. é
‐90‐
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
12 16 18 24 72 168 336 504 672 3600
Age (Heures)
BAP_MFS BAP_MFO BAP_LFE
σc (
MP
a)
Figure III18 : Evolution de la Résistance à la compression simple.
L’évolution de la contrainte de compression au cours du temps est décrite par l’équation :
(Eq.III‐7) [ ]( ) ( )C MPa Ln t hσ α β= × +
Où "Ln" désigne le logarithme naturel, et "t", l'âge du BAP, α et β sont les paramètres matériels
fortement liés à la finesse des fillers. Leurs valeurs sont trouvées en utilisant la régression
linéaire au moindre carrée (Tableau III‐17). Il faut noter que, ,c O t
σ ≥ ∀ . Afin de satisfaire cette
condition on définit un temps ot en dessous duquel le BAP n’a pas de résistance mécanique.
Tableau III17 : Paramètres matériels obtenus en utilisant la régression linéaire de l’évolution
de la résistance à la compression.
α β ( )ot h
BAP‐MFS 1 3,22 ‐24,78 6,52
BAP‐MFO 13 ‐25,76 7,25
BAP‐LFE
‐91‐
12,51 ‐25,12 7,44
Ces résultats suggèrent que l’acquisition des résistances à la compression est d’autant plus
rapide que les fillers BETOCARB®P2 additionnés aux BAP ont une surface de Blaine élevée.
Le module d’élasticité « Module d’Young » a été mesuré pendant les essais de compression et les
valeurs obtenues en testant les trois BAP‐témoins sont reportées en fonction de la contrainte à
la compression sur la figure III‐19.
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
y = 5.0437xR2 = 0.9019
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Figure III19: Evolution du module d’élasticité en fonction de la résistance à la compression
simple
L’évolution de en fonction de jE jcσ où désigne l’âge du BAP est décrite par l’équation : j
(Eq. III‐8) c
Il faut noter que la relation obtenue est proche de celles trouvées par [ASS 04(a)] (
E σ04,5=
cE σ64,4= )
et [ACI 92] ( cE σ73,4= ).
3. 3. RELATION ENTRE LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES ET
L’HYDRATATION DES BAP
HYDRATATION DES BAP TEMOINS
Tous les essais de mesure de la chaleur d’hydratation ont été réalisés dans une salle climatique à
une température constante égale à 19°C.
L’évolution de la température du béton au cours du processus d’hydratation est décrite par la
figure III‐18a. Une augmentation de la température de 50°C est atteinte au bout de 24 heures
suivie d’une diminution pour atteindre 19°C au bout de 192 heures. La cinétique de cette
évolution dépend de la finesse des fillers BETOCARB® P2. Elle est d’autant plus élevée que la
surface de Blaine des fillers est faible.
‐92‐
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
0
10
20
30
40
50
60
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336
Age (heures)
BAP_MFSBAP_MFO
BAP_LFETe
mpé
ratu
re (°
C)
Figure III20a : Evolution de la température des trois fillers à 14 jours (Ta=19°C).
La figure III‐18b représente les courbes décrivant l’évolution des quantités de chaleur dégagées
lors de l’hydratation des BAP en calorimétrie semi‐adiabatique en fonction du temps.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336
BAP_MFS
Cha
leur
d'h
ydra
tatio
n (J
/g)
BAP_MFOBAP_LFE
Age (heures)
Figure III20b : Evolution de la chaleur d’hydratation ‘q’ des trois fillers à 14 jours (Ta=19°C).
‐93‐
Les résultats montrent que plus de 80% du processus d’hydratation est atteint au bout de 48h.
Ceci est du à une réactivité plus grande du C3A et du C3S en présence des fines calcaires,
phénomène constaté par d’autres auteurs [ESC 88]. La finesse des fines calcaires affecte la
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
chaleur d’hydratation. Elle est beaucoup plus importante au jeune âge. Plus la surface de Blaine
augmente moins la chaleur d’hydratation est élevée pour une durée donnée.
RELATION ENTRE LA RESISTANCE DE COMPRESSION ET LE DEGRE D’HYDRATATION
L’avancement de la réaction d’hydratation est défini par le degré d’hydratation α:
(Eq. III‐9) masse de ciment hydraté à l'instant t masse de ciment totale
En théorie, le degré d’hydratation α varie entre 0 et 1. Dans la pratique, la valeur finale de cette
α =
grandeur n’atteint jamais 1, l’hydratation du ciment restant incomplète.
Plusieurs techniques permettent la détermination de la quantité de ciment hydraté. On peut
notamment citer la microscopie optique ou électronique, la diffractométrie des rayons X la
dégagée lors de l’hydratation. résonance magnétique nucléaire ou encore la mesure de la chaleur
Dans ce dernier cas le degré d’hydratation est défini comme il suit:
(Eq. III‐10) ( )
thertotQ
Où Q(t) est la chaleur dégagée par l’hydratation à l’instant t et est la chaleur qui correspond
Q tα =
totQ
à l’hydratation totale.
Un autre moyen de quantifier l’avancement de la réaction d’hydratation des bétons consiste à
suivre l’évolution de sa résistance à la compression. Dans ce cas le degré d’hydratation est défini
comme il suit :
(Eq. III‐11) ( )( )28
cmeca
c
t
jours
σα
σ=
‐94‐
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 25 50 75 100 125 150 175
Age(heures)
α(t)
BAP_MFS
BAP_MFO
BAP_LFE
Figure III21 : Evolution du degré d’hydratation des trois BAP à 7 jours.
Sur la figure III‐21 nous avons reporté l’évolution therα au cours tu temps. Les résultats montrent
que, l’évolution du degré d’hydratation est plus rapide pour les BAP additionnées avec des fillers
de surface de Blaine moins élevée.
A 1 jour le degré d’hydratation thermique dépasse 74% alors que les résistances mécaniques
n’atteignent pas 38% de leur résistance à la compression maximale (Figure III‐22).
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800
αméc
BAP_MFSBAP_MFOBAP_LFE
Age (heures) Figure III22 : Evolution du degré mécanique en fonction de l’âge du BAP.
‐95‐
Il est important de noter que le degré d’hydratation estimé par l’évolution des résistances
mécaniques est notablement plus faible que celui estimé à travers l’évolution de la chaleur
d’hydratation dégagée. Cette différence est d’autant plus marquée que la surface de Blaine des
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
fillers est faible. Elle devient négligeable à partir de 7 jours pour les trois BAP témoins (Figure
II‐23). I
Figure III23 : Corrélation entre le degré d’hydratation mécanique et thermique.
3.4. SYNTHESE ET DISCUSSION
Les résultats obtenus sur le BAP à l’état durci montrent que :
• La finesse influe sur les propriétés physiques du BAP comme cela a été montré à partir ades essais de perméabilité, de porosité, de carbonat tion et de ségrégation.
• Les résultats issus des essais mécaniques mettent en exergue le rôle de la finesse des calcaires sur l’acquisition des résistances mécaniques notamment au jeune age. L’addition de fillers de surface de Blaine élevée conduit à des BAP de résistance à la compression et de rigidité plus élevée.
• erf rmanL’ajout des fillers de type BETOCARB®P2 conduit à des BAP de hautes p ces.
• Le degré d’hydratation des BAP est d’autant plus élevée au jeune âge ( ) que la finesse des fillers additionnés au BAP est élevée.
o
s7t jour≺
‐96‐
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
4. B ILAN
Dans cette étude, l’effet de la surface de Blaine des fillers dans le comportement du BAP a été
étudié. L’ensemble des résultats obtenus dans cette partie, révèlent que :
La finesse joue un rôle important sur le temps de prise de la pâte (essai de Vicat), la pâte fabriquée par les fines qui contiennent la surface de Blaine la plus élevée présente des temps de prise longs. L’introduction du superplastifiant amplifie ce constat : début de prise plus long. Ceci nous ramène à supposer que le superplastifiant utilisé joue le rôle de retardateur de prise. Cela est très important, car c’est un indicateur pour la résistance mécanique au jeune âge et un paramètre significatif pour le dégagement de la chaleur
‐97‐
ats s
d’hydratation.
Les résultats au cône de Marsh, au mini cône et à l’aiguille Vicat effectués sur la pâte, ont pour objectif de déterminer le dosage en eau (Eeff/L) et en superplastifiant (SP) nécessaires pour la formulation du BAP. Ils ont conduits à des résult imilaires : Par
ailleurs les essais réalisés avec l’aiguille Vicat montre que pour 0,35EL≥ Au vu de ses
résultats le dosage en eau est d rm né en imposant un rapport éte i 0,35effE
L= ce qui
conduit à un dosage en eau : 3164 /E kg m= .
Les essais de cône de Marsh et de mini cône sur pâtes ont permis de fixer le dosage à saturation du superplastifiant qui peut être utilisée pour la formulation du BAP. Les pâtes doivent être visqueuses afin de soutenir les granulats et pour assurer la fluidité du BAP
La finesse influe de manière significative sur la quantité d’eau nécessaire pour remplir les vides dans la pâte.
Le dosage en superplastifiant de saturation est beaucoup plus affecté par la finesse des particules des poudres que par leur composition chimique. Pour les fines calcaires utilisés, une augmentation de la surface de Blaine conduit à une diminution du dosage en superplastifiant répondant à la maniabilité du BAP.
La surface de Blaine affecte le maintient de l’ouvrabilité des BAP. La cinétique de diminution de l’étalement est plus prononcée pour le BAP formulé avec des fillers ayant une surface de Blaine "SB" faible. La nature de la roche mère des fillers ne semble pas intervenir. On remarque, également, que BAP_LFE (additionné avec les fillers les moins fins) perd son caractère auto‐plaçant après un temps de maintien inférieur à 30mn contrairement aux deux autres BAP.
La viscosité des BAP frais diminue légèrement en augmentant la finesse les additions calcaires. Ainsi diminuer la taille des fillers BETOCARB®P2 réduit peu le seuil de cisaillement des BAP
Tous les BAP testés présentent une bonne stabilité. L'augmentation du dosage en superplastifiant diminue la stabilité du BAP
Chapitre III : Influence des fines calcaires sur la rhéologie et les caractéristiques des BAP
Le critère de blocage int 20extH H H mmΔ = − ≤ est sévère et conduit à des formulations fortement dosées en superplastifiant alors qu’aucun blocage n’a été observé au cours des essais. Le risque de blocage estimé à travers 30
cône J Ringm
−moyen moyenD D m− ≤ semble plus
réaliste.
La finesse influe sur les propriétés physiques du BAP.
Le degré d’hydratation est d’autant plus élevée au jeune âge ( 7t jours≺ ) que la finesse des fillers additionnés au BAP est élevée.
Les résultats issus des essais mécaniques mettent en exergue le rôle de la finesse des calcaires sur l’acquisition des résistances mécaniques notamment au jeune âge. L’addition de fillers de surface de Blaine élevée conduit à des BAP de résistance à la compression et de rigidité plus élevée.
L’ajout des fillers de type BETOCARB®P2 conduit à des BAP de hautes performances.
‐98‐
4ème Chapitre:
INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES
PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
1. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
Les fibres introduites dans la composition des bétons sont d’origine synthétique (matières
plastiques), minérale (verre) ou métallique. Les fibres sont classées selon leur forme (droite,
ondulée, aiguille, …etc.), leurs dimensions (macro ou microfibres) et leurs propriétés
mécaniques (Figure IV‐1).
‐99‐
Fibres métalliques : BEKAERT‐Dramix: RC‐65/50‐BN.
Bobine de fibres de carbone
Fibres de verre
Fibres de polypropylène
Figure IV1 : Différents types de fibres.
L’ajout des fibres dans les bétons permet de leur conférer une meilleure résistance à la
propagation des fissures, des résistances mécaniques plus élevées [ROSS et al. 88], [TORR 07].
Les fibres métalliques
Les fibres métalliques ont été les premières à être utilisées [GRU 04] et [BAR et al. 07]. Ce sont
des fibres dont la densité est plus élevée que celle des bétons, ce qui conduit à une
augmentation considérable du poids de la poutre. Elles peuvent avoir plusieurs formes et
conduisent à des bétons de hautes résistances mécaniques (flexion et compression) et à la
fissuration [GRAN et al. 05] et [BAR et al. 07].
Les fibres de carbone
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
‐100‐
Il existe plusieurs familles de fibres de carbone, qui se distinguent par leurs origines et leurs
caractéristiques [MEN 82]. Ces fibres sont à hautes performances. Les propriétés de ces fibres
sont exceptionnelles [SCHE et al. 09], ce qui justifie leurs applications dans des industries de
pointe, comme l’aérospatiale. Pour des raisons de prix, leur utilisation dans les matériaux de
construction n’est pas envisageable.
Les fibres de verre
Les fibres de verre, par leurs qualités mécaniques et leur coût modéré, ont été les premières
fibres artificielles utilisées dans les matériaux de construction. Cependant, les applications sont
limitées en raison de leur faible résistance chimique aux alcalins [AMB 87].
Des compositions de verre modifié par des ajouts importants de zircone et d’oxyde de titane
permettent d’obtenir des fibres résistant à la corrosion alcaline [MAJ 85(d)]. Mais la durabilité
des matériaux constitués avec un ciment portland ordinaire n’est pas satisfaisante [MAJ 79(b)].
Les applications de ces fibres se limitent au renforcement de matrice rendues peu agressives,
soit par leur composition comme les ciments alumineux [MAJ 81(c)], soit par l’incorporation
d’ajouts consommant la chaux libérée au cours de l’hydratation, et piégeant les alcalins [SCHE
09].
Les fibres synthétiques
De très nombreuses fibres organiques de synthèse ont été testées quant à leur capacité à
renforcer le ciment. Une première sélection concerne l’apport de ces fibres en matière de
durabilité quand elles sont introduites dans le milieu cimentaire. Les fibres de polypropylène
sont les plus utilisées, sous forme de filets, grâce à un nouveau procédé de fabrication [VIT 86].
L’idée d’employer ces fibres, peu résistantes et très ductiles (ductilité de près de 40%, soit cent
fois plus que le ciment), est tout à fait nouvelle et résulte des travaux [HAN 78]. Les qualités
indiscutables du composite obtenu, ont remis en cause les hypothèses selon lesquelles un bon
renforcement du ciment ne peut être obtenu qu’avec des fibres de haut module.
Les fibres végétales
Les fibres végétales sont des matériaux de type organique, elles sont apparues sur le marché du
Génie Civil il y a une dizaine d’année seulement [SAV 99]. Avant, on les utilisait comme isolant
thermique et acoustique. Progressivement, on les a introduites dans les bétons vibrés pour
améliorer leur résistance à la fissuration due au retrait plastique et pour améliorer leur
résistance à la compression, leur ténacité, … [GHA 05] et [TOL 05]. Les fibres végétales sont
aujourd’hui très utilisées par la filière textile et automobile. Cependant on note que malgré les
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
‐101‐
avantages économiques et écologiques qu’elles présentent, leur introduction dans le bâtiment
demeure timide notamment en France contrairement à d’autres pays comme le Japon et le
Canada. Parmi les fibres végétales les plus utilisées on cite le chanvre, la paille, le sisal, le coco,
le jonc de mer, le lin, le bambou, …
Elles sont constituées principalement de cellulose de structure creuse et ayant un caractère très
hydrophile. Les fibres végétales absorbent l’eau et la rejettent comme une éponge. Cette
propriété est très importante en raison du procédé du mode de fabrication des bétons [COU 78].
Conclusion
Le tableau IV‐1 regroupe les propriétés et les caractéristiques mécaniques des fibres citées
dans la littérature.
Tableau IV1 : Récapitulatif des propriétés des fibres.
Fibre Densité ( g/cm3)
Résistance à la traction (MPa)
Module de Young (GPa)
Coton 1,5‐1,6 290‐600 5, 5‐12,6
Lin 1,5 345‐10 35 2 7,6
Ch e anvr 1,5 175 34
Coco 1,2 175 4 ‐ 6
E‐verre 2 ,54 1700‐3 0 50 70 Verre R (filaments
diamètre 3 à 30microns) 2,5 4400 86
Carbon e (selon les fibres) 1,4 à 1,8 2000 000 à 7 200 j 600 usqu’àPolypropylène « Chryso :
Fibrin » 0,91 34 1 400
Mélange P pylène et olyproPolyéthylène « STRUX» 0 ,92 540 9,5
Acier 7,5 300 à 1800 210
On remarque que, les fibres végétales ont l’avantage de posséder une faible densité comme les
fibres à base de polypropylène mais celles‐ci n’ont pas une résistance à la traction aussi élevée
que les fibres en acier, en carbone ou bien en verre. Toutes les fibres végétales ont une
résistance à la traction équivalente à celle des fibres synthétiques. Les fibres de verre E et les
fibres de carbone sont très utilisées pour leurs rigidités élevées, leurs propriétés isolantes et
leur faible coefficient de dilatation.
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
‐102‐
1.1. LES AVANTAGES DES FIBRES COURTES
Le béton subit des fissurations dont les causes sont diverses : retrait, réactions chimiques,
contraintes mécaniques ou environnementales, … Pour lutter contre ces fissurations, on a
tendance à augmenter la section des aciers d’armatures. L’adhérence entre l’acier et le béton
empêche alors les fissures de se propager car l’acier ne souffre pas du phénomène de retrait.
La présence de fibres courtes et discontinues dans le béton modifie son comportement interne.
En effet, elles ont l'avantage de se mélanger et de se disperser dans le béton de façon uniforme.
Lorsqu’une fissure apparaît, les fibres empêchent la fissure de se propager par un effet de
couture. Chaque fibre qui est, alors, soumise à un effort de traction entre les deux bords de la
fissure. Cet effort de traction est, ensuite, reporté sur les parois du béton en adhérence avec la
fibre. Ce phénomène s’effectue dès l’amorçage de la fissure, augmentant ainsi la résistance à la
fissuration (ténacité) du béton.
Ces fibres améliorent, également, la résistance à la flexion des bétons. Cependant cette
t es fibres. amélioration est fonction des caractéristiques géométriques e mécaniques d
L’un des principaux avantages des fibres synthétiques et végétales par rapport aux fibres
métalliques ou aux armatures réside dans leur faible densité à l’origine de l’allégement des
bétons. De surcroît, elles permettent d’avoir une bonne mise en œuvre du fait de la rapidité de
mélange et de la facilité du malaxage. Elles ne sont pas sujettes aux problèmes de corrosion
contrairement aux fibres métalliques (y compris certaines fibres métalliques traitées avec du
chrome ou du nickel). Elles permettent ainsi une meilleure durabilité du béton tout en ayant des
propriétés mécaniques comparables aux bétons armés ou renforcés par des fibres métalliques
courtes.
1.2. L ES INCONVENIENTS DES FIBRES
Le dosage et le coût des fibres varient d’un type de fibre à l’autre, c’est pourquoi, il n’est pas
possible de dire qu’en général, il est avantageux ou désavantageux d’utiliser des fibres plutôt que
des armatures ou bien même que d’autres fibres.
Le coût peut être un frein quant à leur utilisation (Tableau IV‐2). Ce paramètre dépend de la
nature, de la géométrie, des propriétés mécaniques de la fibre et de son dosage.. Ainsi,
l’incorporation de fibres métalliques dont la densité est de 7,5 doit respecter des dosages
traditionnels de l'ordre de 20kg/m3 à 60 kg/m³ alors que pour des fibres synthétiques (du type
STRUX) le dosage varie de 2,3 kg/m3 à 6,9 kg/m3 et celui des fibres synthétiques de type
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
« FIBRIN » est de l’ordre de 600 g à 900g/m3. Les fibres métalliques alourdissent beaucoup plus
les structures en béton.
Tablea 2 : Comparat ûts des fibres étales. u IV if des co vég
Jute Banane Lin Sisal Coco
0.18€ le kg 0.40€ le kg 1.30€ le kg 0.21€ le kg 0.17€ le kg
Nous voyons à travers ce tableau que la fibre de verre est plus chère que les fibres végétales à
l’exception du lin. Les fibres les moins chères sont la fibre de coco et la fibre de jute.
1.3. L ’ ES PRINCIPAUX DOMAINES D APPLICATION
Les fibres sont utilisées dans beaucoup de domaines, en particulier dans le textile et l'industrie
automobile. Leur introduction dans le bâtiment et les travaux publics est récente comparée aux
autres secteurs industriels. Le tableau IV‐3 regroupe les principales applications des bétons
fibrés dans le secteur du BTP.
Tableau IV3 : Principales applications.
Principales applications Intérêt de l’adjonction de fibres dans le béton
Canalisation et coques minces faiblement
sollicitées
‐ Amélioration de la réssitance aux jeunes âges
‐ Modification des variations dimensionnelles, lutte
contre les fissurations
Panneaux de revêtement de façade
‐ Augmentation de la résistance aux chocs
‐ Augmentation de la résistance à l’usure
‐ Augmentation de la durabilité de revêtement
‐ Diminution de 40% de l’ouverture de fissures Dallages de faible épaisseur, chaussées en
béton, dallages manufacturés et tout
c l x
‐ Augmentation de la rigidité après fissuration
ment ‐ Augmentation de la résistance au cisaille
‐ Augmentation de la résistance à l’usure élément stru tura soumis à la fle ion
Réparation des revêtements routiers, ‐ Amélioration de la résistance aux chocs
‐ Amélioration de la déformabilité tablier de ponts
Elément structural soumis à la
compression (poteau, pieu, …etc.)
‐ Amélioration de la charge ultime
‐ Pas de rupture catastrophique
Stabilisation des parois rocheuse, les talus,
les tunnels, les galeries souterraines.
‐ Evite le travail de fixation du grillage
‐103‐
ordinairement employé.
‐ Diminution du coût de réparation de stabilisation
des parois et des talus
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
‐104‐
1.4. SYNTHESE ET DISCUSSION
Les innovations constructives, qui font souvent appel à des nouveaux matériaux, ont rendu les
ciments renforcés par des fibres courtes et discontinues répandue. La possibilité d'améliorer la
résistance à la traction et au choc permet d'envisager une réduction du poids et de l'épaisseur
des éléments, et devrait aussi réduire les dommages attribuables au transport et à la
manutention.
Les fibres végétales ne peuvent dans l’avenir que se développer sur le marché du BTP vu la faible
masse volumique de ces fibres pouvant conduire à des bétons allégés, leur ductilité et leur
résilience pouvant freiner la propagation des fissures et améliorer la tenue aux températures
élevées. Peu de travaux ont été réalisés sur ce type de ces fibres cependant il ne fait aucun doute
qu’elles peuvent concurrencer les fibres synthétiques qui découlent de processus non
respectueux de l’environnement.
2. OPTIMISATION EXPERIMENTALE DE LA PATE RENFORCEE
Dans cette partie, on s’intéresse à étudier l’influence de l’introduction des fibres végétales sur
l’ouvrabilité du BAP‐MFS afin d’établir les avantages et les inconvénients de la valorisation des
déchets en carton dans les BAP‐MFS. Le choix de ce type de BAP est guidé par ses bonnes
performances mécaniques.
2.1. P F V ROPRIETES DES IBRES EGETALES
Quatre types de fibres végétales obtenues à partir du recyclage des papiers, notées
respectivement FbA, FbB, FbC et FbD, ont été introduites dans les formulations de référence de
la pâte. Leurs différentes propriétés géométriques et leur teneur en cellulose sont présentés
dans le tableau IV‐4.
Tableau
Cellulose (%)
IV riété ques d ibres. 4 : Prop
L
s Physi
d (µm)
es F
Fibre (µm) L/d Densité (Kg/m3)
FbA 80 1100 45 24.4 30
FbB 50 1000 45 22.2 70
FbC 90 250 35 7.1 135
FbD 90 150 35 4.3 165
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
‐105‐
iqu p et
2.2. DETERMINATION DE LA MASSE EAU ABSORBEE PAR LES FIBRES
Pour déterminer la masse d’eau absorbée par les fibres à saturation, des essais au mini‐cône ont
été réalisés sur la pâte. Toutes les pâtes ont été mélangées à vitesse moyenne pendant 95
secondes selon la norme (NF EN 196‐3). La méthodologie de la détermination de la masse d’eau
absorbée à saturation consiste à :
a. Fabr er la âte mesurer le ( )moyenD
3 3 3
réf. La composition de la pâte est :
C . = =350 / , 116 / 164kg m F kg m et E = /m
b. Rajouter une quantité de fibres ( )%fV par volume du ciment.
c. Relever la quantité d’eau E qui conduit à l’obtention de t ( )moyenDréf
d. La quantité d’eau absorbé saturation par la fibre à saturation pour ce dosage en fibre
est alors,
e à
( ) = −164g EFbsat tE k .
e. Refaire les étapes de a jusqu’à c en changeant ( )%fV
Cette méthodologie a été adoptée pour les quatre types de fibres. Les résultats obtenus sont
décrits par la figure IV‐2.
y = 6,7801xR2 = 0,939
y = 4,0098xR2 = 0,9662
y = 3,1478xR2 = 0,871
y = 2,594xR2 = 0,9645
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4 5 6
Mas
se d
'eau
abs
orbé
e (g
r)
FbA
FbB
FbC
FbD
Masse des fibres (gr)
Figure IV2: Masse d’eau absorbée à saturation des fibres.
Les caractéristiques des fibres obtenues par la voie du recyclage du papier sont regroupées dans
le tableau IV‐5.
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
Plusieurs remarques découlent de leur analyse :
• La fibre ‘FbA’ est la plus hydrophobe.
• Pour des caractéristiques géométriques équivalentes, les fibres avec des teneurs en celluloses plus élevées sont plus hydrophobes. Cette tendance n’est plus vérifiée si les
caractéristiques géométriques évoluent (l’élongation L varie). d
• En augmentant leur élongation tout en maintenant constante leur composition chimique similaire (% cellulose), les fibres absorbent moins d’eau.
• Quelque soit la composition chimique des fibres utilisées on observe un caractère d’autant plus hydrophobe que la masse volumique est faible et que l’élongation est importante (Figure IV‐3).
Tabl Résultats de la urati masse d’eau à sat
Masse volumique
(Kg/m3)
on des fibres.
Eau à ation
eau IV5 :
Cellulose saturF ibre L/d
( %) (%)
FbA 80 24,4 30 670
FbB 50 2 2,2 70 400
FbC 90 7,1 135 314
FbD 90 4,3 165
‐106‐
259
Figure IV3 : Evolution de la masse absorbée en fonction des
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
caractéritiques des fibres
De ces essais, on déduit que le dosage en eau totale efficace pour la formulation du BAP‐MFS
fibré est exprimé par l’équation (Eq. IV‐1) :
(Eq. IV‐1) tot eff satFbE E E= +
On souhaite déterminer à partir des essais sur pâte renforcée le dosa en eau et de le
comparer à celui obtenu pour la formulation des bétons témoins ( 164
ge effE
effE = ).
2.3. DETERMINATION DU RAPPORT (EEFF/L)MINI
• Mini cône ( NF EN 1961)
Pour trouver le dosage en eau efficace optimal destiné à la formulation du BAP‐MFS fibré, on a
eneffectué une compagne d’essais sur les pâtes r forcées en utilisant l’essai de mini cône.
Les dosages des quatre fibres testées sont calculés par rapport au volume de liant définit
comme il suit : L C soit 350g de ciment et 116g de filler. Ils sont résumés dans le tableau
IV‐6.
F= +
Tableau IV6: Dosage des quatre fibres par rapport au volume du liant.
( )%fibreV 1% 1 1% 21% 50% 1 00%
MFbA (g) 0,046 0,5 1 2,33 4,66
‐107‐
MFbB (g) 0,108 1,2 2,33 5,43 10,87
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
MFbC(g) 0,209 2,33 4,66 10,48 20,97
MFbD (g) 0,256 2,33 4,66 25,63 12,81
Les figures IV‐4 et IV‐5 montrent l’évolution des rapports effE⎛ ⎞
‐108‐
L⎜ ⎟⎝ ⎠
et totEL⎜ ⎟
⎝ ⎠en masse en fonction
du dosage de fibres. La teneur en eau minimale nécessaire pour remplir les vides et pour initier
l’écoulement des pâtes renforcées augmente en introduisant les fibres et en augmentant leur
dosage.
⎛ ⎞
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0 1 2 3 4 5 6 7
Γ=(Dmoy/D0)²-1
Eeff
/L
0%1%11%21%50%100%
eff/L en fonction de l’étalement relatif pour différents Figure IV4 : Evolution du rapport E
dosages de la fibre A.
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0 1 2 3 4 5 6 7
Γ=(Dmoy/D0)²-1
Etot
/L0%1%11%21%50%100%
tot/L en fonction de l’étalement relatif pour différents Figure IV5 : Evolution du rapport E
dosages de la fibre A.
Le tableau IV‐7 récapitule les dosages minimaux en eau effE
L
Tableau Résultats des dosages minimaux en eau pour la pâte renforcée.
pour chaque fibre.
IV7:
0% (%bre )fiV 1% 11% 21% 50% 100%
FbA
0,267
0,267 0,406 0,403 0,402 0,399
FbB 0,320 0,393 0,392 0,381 0,358
FbC 0,377 0,394 0,358 0,386 0,382
FbD 0,372 0,403 0,377 0,395 30 0,4
On remarque que, l’introduction des fibres a engendré une augmentation du rapport effE
L ce qui
se traduit par l’augmentation des vide ans les particules solides constituant la pâte renforcée.
Une valeur minimale de
s d
min
0,L
⎛ ⎞
⎝ ⎠ est nécessaire pour remplir les vides dans la pâte
renforcée. L’écoulement est assuré, quand
3effE≅⎜ ⎟
min
eff effE E
L L
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
.
‐109‐
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
La grandeur mesurée est l’étalement décrit par += 1 2
2moyen
D DD . Plusieurs compositions ont été
testées en faisant varier le volume d’eau . L’étalement relatif, ( )
( )⎛ ⎞
‐110‐
EV = −⎜⎜⎝
2
1moyen
o
D mm
D mmΓ ⎟⎟
⎠, a été
reporté en fonction du rapport ( Figures III‐6a et III‐6b). E
P
VV
Mesure de la compacité de la pâte renforcée Comme pour la pâte non renforcée [voir chapitre III], tous les mélanges ont montré une
évolution linéaire entre l'étalement relatif, ( )
( )⎛ ⎞
Γ = ⎜⎜⎝
2
1moyen
o
D mm
D mm−⎟⎟
⎠, et le rapport effE
P
V
V.
Ainsi on obtient :
(Eq.IV‐2) effE
P P
V
PVβ α= +Γ× avec exp
11 P
C =+
Les valeurs expérimentales de
β
Pβ et de Pα sont indiquées dans le tableau IV‐8.
0.50
0.70
0.90
1.10
1.30
1.50
1.70
0 1 2 3 4 5 6 7
Γ=(Dmoy/D0)²-1
Vtot
/VL
0%1%11%21%50%100%
Figure IV6a : Evolution du rapport VEtot/VL en
différents dosages de la fibre A.
fonction de l’étalement relatif pour
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
La compacité de la pâte renforcée est exprimée par l’équation Eq. IV.2 [BRO et RAD 05]. Les
résultats obten e dus sont prés ntés ans le tableau IV‐8.
Tableau IV8: Mesure de βp et αp en fonction de l’eau efficace.
( )%fibreV 0 % 1 % 11% 21%
Paramètres αp βp Cexp αp βp Cexp αp βp Cexp αp βp Cexp
FbA
‐111‐
0,071 0,80 0,555
0,067 1,17 0,460 0,060 1,21 0,452 0,068 1,20 0,454
FbB 0,113 0,96 0,510 0,066 1,18 0,458 0,082 1,17 0,460
FbC 0,084 1,13 0,469 0,075 1,18 0,458 0,089 1,07 0,483
FbD 0,085 1,11 0,473 0,054 1,20 0,454 0,086 1,13 0,469
L’introduction des fibres végétales dans la pâte (ciment+filler) conduit à :
♦ Une augmentation de βp : La quantité d’eau minimale nécessaire pour remplir les vides de la
pâte renforcée augmente. La compacité de la pâte renforcée diminue (Figure IV‐6b). Aucune
corrélation entre ces évolutions et les caractéristiques physiques et géométriques des fibres
additionnées n’a pu être établie.
♦ Une augmentation de αp . Ainsi la quantité d’eau demandée pour atteindre un étalement relatif
donné est plus importante.
0.400
0.420
0.440
0.460
0.480
0.500
0.520
0.540
0.560
0.580
0% 1% 11% 21% 50% 100%
Dosage de fibre %
Com
paci
té
FbA
FbB
FbCFbD
Figure IV6b: Evolution de compacité en fonction du dosage de la fibre (en variant l’eau
efficace).
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
• Cône de Marsh (NF P 18 358)
Pour étudier la fluidité de la pâte renforcée en fonction du temps, on s’est basé sur l’essai de
cône de Marsh. Nous avons imposé des dosages en ciment et en fillers calcaires fixe et nous
avons fait varier le dosage en eau efficace pour chaque quantité de fibre introduite en fraction
volumique par rapport au liant.
(Eq.IV‐3) tot Fbeff eff sat effE E E et E= + variable
La figure IV‐7 représente l’évolution du temps d’écoulement en fonction du rapport eff effE E
L C F=
+
en masse.
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0.28 0.32 0.36 0.40 0.45 0.49 0.53
Eeff/L
t v (s
ec)
1% de FbA11% de FbA21% de FbA50% de FbA100% de FbA0% de FbA
Figure IV7 : Evolution du temps d’écoulemen
t en fonction du dosage en Eeff/L pour
différents dosages de la fibre A.
min⎝ ⎠est le rapport minimal en masse, au‐delà duquel la pâte renforcée commence à
s’écouler à travers le cône de Marsh (Figure IV‐7). Le rapport
effE
L
⎞⎟
⎛⎜
minL
⎜ ⎟⎝ ⎠
correspond à un dosage
en eau minimal permettant à ce qu’un litre de pâte s’écoule à travers le cône. En dessous de ce
osage un blocage apparaît empêchant l’écoulement d’une partie ou de la totalité de la pâte.
‐112‐
effE⎛ ⎞
d
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
Tableau IV9: Dosages minimaux en eau min
effE
L
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
pour la pâte renforcée.
( )%fV 0% 1% 11% 21% 50% 100%
FbA
0,3
0,429 0,429 0,429 0,440 0,451
FbB 0,365 0,418 0,429 0,429 0,440
FbC 0,408 0,418 0,429 0,429 0,429
FbD 0,408 0,418 0,440 0,440 0,451
En traçant l’évolution du temps d’écoulement en fonction de
‐113‐
( )%fV pour 0,429eff
L= , on
remarque que les fibres jouent un rôle épaississant. La pâte devient d’autant plus visqueuse que
( )%fV est élevé. Ce phénomène est d’autant plus marqué que le pourcentage de cellulose que
contient la fibre est important pour des caractéristiques géométriques équivalentes.
E
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0% 1% 11% 21%
Dosage en fibre (%)
t v (s
ec) FbA
FbB
FbC
E/L=0,429
Figure IV8 : Evolution de la fluidité de la pâte renforcée pour un dosage de E/L fixé.
2.4. S E YNTHESE T DISCUSSION
Les résultats obtenus ont révélé que la fibre de type FbA absorbe le plus d’eau. Pour des
caractéristiques géométriques équivalentes, les fibres avec des teneurs en celluloses plus
élevées sont plus hydrophobes. Cette tendance n’est plus vérifiée si les caractéristiques
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
géométriques évoluent (l’élongation Ld varie). Par ailleurs, il apparaît qu’en augmentant
l’élongation de ces fibres végétales tout en maintenant constante leur composition chimique
similaire (% cellulose), elles absorbent moins d’eau.
Ceci a conduit à une augmentation du rapport effE
L dans la pâte traduisant une augmentation
des vides d s les particules solides constituant la pâte renforcée. Une valeur minimale de an
min⎝ ⎠
En augmentant le pourcentage de cellulose dans les fibres ayant des caractéristiques
géométriques similaires la fluidité de la pâte diminue et elle devient plus épaisse.
0,3effE
L≅
⎛ ⎞⎜ ⎟ est nécessaire pour remplir les vides dans la pâte et enclencher son étalement.
3. INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES DU BAP A L’ETAT FRAIS
3.1. DEMARCHE ET AJUSTEMENT DE LA FORMULATION
La quantité des différents constituants du mélange doit être calculée en volume. On calcule ainsi
le volume relatif qu'occupe chaque constituant dans un mètre cube de béton autoplaçant. Cette
part s'obtient en divisant la masse de chacun des constituants par sa masse volumique.
(Eq. IV‐4) 31adjG S C Fb EauFT
G S c F adj Fb Eauρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ
On doit en tenir compte pour le calcul de l'eau efficace totale de la quantité d’eau absorbée par
les fibres. Ainsi
MM M M M MM= + + + + + + =V m
toteff eff satFbE E E= + avec 0,35effE
L= . La composition des BAP‐MFS fibrés est la
suivante :
3 3 3350 / , 116 / , 164 / toteff eff satFbC kg m F kg m E kg m et E E E= = = = + avec 0,35effE
=L
Trois dosages de fibre A ont été introduits 0%, 15% et 20%
‐114‐
1fV = . Les dosages des fibres sont
calculés par rapport au volume du liant ( L C F= + ). Les corrections sur le dosage en eau ont été
faites pour tenir compte de la taille et de l'humidité des granulats ainsi de l’eau contenue dans le
superplastifiant.
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
On ne tiendra pas compte dans ce calcul de l'air occlus (en principe, de 1 à 3% pour le béton
autoplaçant, dans notre cas l’air occlus est approximativement égal à 1,7%). La formulation et le
choix des constituants d'un BAP résultent des mêmes exigences sur béton frais et sur béton
‐115‐
sat
durci.
Pour étudier l'influence des fibres végétales sur l’ouvrabilité (Slump flow), la stabilité et la
s frésistance à la ségrégation du BAP_MFS fibrés, 10 composition différentes ont été e fectuées.
Les plages de dosage en superplastifiant pour le BAP_MFS fibrés, représentent les dosages
nécessaires pour isfaire la condition de consistance en matière d’étalement :
.265 cmmoyenEtalement D ±= =
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
116
Tableau IV10 : Résultats récapitulatifs des différents essais de caractérisation des BAP fibrés ‘FbA’.
Résultats de slump Résultats de L‐Box Résultats de J‐RING Résultats de stabilité
Eau (L)
Fibre (%)
Sp (%)
BAP testé
T 500
(s) D1
(cm) D2
(cm) D moy
(cm) H 1 (cm)
H2 (cm)
H /H1 2
(%) t v
(min) H int
(cm) H ext
(cm) Hint‐Hext
(cm) D moy
(cm) π(%)
184.00 10.00 1.35 1 7 71 72 71.5 12 10.5 87.5 1.45 1.5 0.8 0.7 69.5 5.645 184.00 10.00 1.15 2 6 68 66.5 67.25 15 11 73 1.3 2.5 1.2 1.3 62.5 3.812 184.00 10.00 1.20 3 7 69 70 69.5 12 10 83 1.26 1.5 1 0.5 67.5 6.770 194.00 15.00 1.15 5 11 61.5 64 62.75 19 11.5 60 1.41 3.2 1.5 1.7 56.5 1.729 194.00 15.00 1.20 6 9 64 66 65 16 10.5 65 1.36 3 1.8 1.2 59 3.645 194.00 15.00 1.25 7 7 69 67 68 13.5 10 74 1.34 2.5 1 1.5 64.5 4.687 204.00 20.00 1.25 8 6 65 64 64.5 17.5 11 62 1.31 3.4 1.7 1.7 59 1.958 204.00 20.00 1.35 9 7 66 65 65.5 15 11 73 1.38 3 1.5 1.5 62 3.354 204.00 20.00 1.40 10 6 68 66 67 14.5 12 82 1.34 2.8 1.5 1.3 64 3.583
BAP fibrés témoins
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
117
3.2. OUVRABILITE DES BAPMFS FIBRES
Le dosage en superplastifiant qui permet de satisfaire la condition de consistance imposée
( 265 cmmoyenEtalement D ±= = ) a été déterminé en effectuant des essais au cône d’Abrams sur les
22 compositions de BAP‐MFS fibrés (Figure IV‐9).
50
55
60
65
70
75
80
0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50%SP
BAP_0%FbABAP_10%FbABAP_15%FbABAP_20%FbA
Etal
emen
t (cm
)
Figure IV9 : Courbe d’étalement de BAP‐MFS additionnés de FbA.
Les dosages optimaux obtenus pour cha s le tableau IV‐11. que composition sont résumés dan
Tab os dleau IV11 : D
BAP bA
ages optimaux
BAP_ FbA
e BAP fibrés.
BAP_ FbA Dosage _0% F 10% 15% BAP_ FbA20%
(Sp)optimal 1, 35 1,15 1,25 1,40
toteff eff satFbE E E= + 164 184 194 204
toteffE
L 0,35 0,39 0,41 0,43
effE
L 0,35 0,35 0,35 0,35
L’évolution du maintien de l’ou abilité des BAP‐MFS non fibrés et BAP‐MFS fibrés répondant à
l’exigence = = est représentée dans la figure IV‐10.
vr2cm±65moyenEtalement D
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
6061626364656667686970
0.0% 10.0% 15.0% 20.0%
% Volumique en Fibre (FbA)
Slu
mp
(cm
)6 mn 15 mn 30 mn 45 mn 60 mn
Figure IV10: Evolution de slump en fonction du temps.
On observe une diminution de la stabilité de l’ouvrabilité du BAP qui diminue au cours du
temps, cette diminution devient importante quand la teneur des fibres augmente.
On remarque une perte de l’étalement conséquente cons ive à l’introduction des fibres. La
perte de l’ouvrabilité est la plus importante pour fV
écut
10%= . La cinétique de diminution de
rononcée our s. l’étalement est plus p p le BAP‐MFS fibré
Le temps T500 a été mesuré et les caractéristiques rhéologiques des BAP‐MFS fibrés ont été
calculées (tableau IV‐12). L’analyse des résultats révèle que l’introduction de la fibre FbA est à
l’origine de l’augmentation de la viscosité du BAP et d’une légère diminution du seuil de
cisaillement. Son rôle res dsemble à celui d’un agent e viscosité.
Tab 12: R vis a c saleau IV ésultats de la
BAP
cosité ‘μP’ et l
BAP_ FbA
ontrainte de ci
BAP_ FbA
illement ‘τ0’.
BAP_ FbA Dosage _0% FbA 10% 15% 20%
T500 (s) 4,08 6,67 7,67 6,33
‐118‐
ηP ( Pa.s) 267,3 365,4 3 81,5 310
τ0 (Pa) 148,2 131,4 126 115,8
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
3.3. OUVRABILITE DES BAPMFS FIBRES EN MILIEU CONFINE
La figure IV‐10 montre l’évolution du taux de remplissage ‘H2/H1’ en fonction du dosage en
superplastifiant pour différents dosages de fibre.
Les résultats de L‐box montrent que les fibres affectent le dosage en superplastifiant et surtout
l’écoulement du BAP‐MFS. Les BAP‐MFS fabriqués par des teneurs élevées de fibres présentent
une mobilité moyennement bonne en milieu confiné.
40
50
60
70
80
90
100
0,70 0,90 1,10 1,30 1,50 SP (%)
H 2/H
1(%)
BAP_0%FbA
BAP_10%FbA
BAP_15%FbA
BAP_20%FbA
Figure IV : Résultats de L‐Box pour différents dosages de fibre.
Les résultats obtenus à partir de l’essai de J‐Rin indiquent que tous les BAP‐MFS fibrés
vérifient les recommandations ( ) est que l’introduction de la FbA
diminue le risque de blocage du BAP‐MFS estimé à travers l’indice
11
g,
int 20extH H H mmΔ = − ≤
2
HV
β 4cône
Dπ
Δ . =
‐119‐
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
0
1
2
3
4
0,70 0,90 1,10 1,30 1,50%SP
H int
-Hex
t (cm
)
BAP_0%FbA
BAP_10%FbA
BAP_15%FbA
BAP_20%FbA
Figure IV12 : Résultats de J‐Ring pour différents dosages de fibre.
3.4. STABILITE DES BAPMFS FIBRES
Les résultats issus des essais de stabilité au tamis montrent que toutes les compositions testées
ont une stabilité satisfaisante (0%<π<15%). La figure IV‐13 n'indique aucune influence des
fibres sur la stabilité du BAP.
0
2
4
6
8
0,70 0,90 1,10 1,30 1,50%SP
π(%
)
BAP_0%FbA
BAP_10%FbA
BAP_15%FbA
BAP_20%FbA
Figure IV13: Evolution de la laitance en fonction du dosage en superplastifiant.
‐120‐
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
‐121‐
3.5. CONCLUSIONS
D’après les résultats, on conclut que, l’introduction de la fibre FbA augmente la viscosité du
béton et favorise son étalement. La stabilité ainsi que l’étalement du BPA‐MFS sont améliorées
avec l’ajout de la fibre FbA. Sa masse volumique diminue de façon significative.
Le tableau IV‐13 récapitule les résultats expérimentaux des BAP témoins fabriqués par la fibre
FbA.
Tableau IV13 : Co r A s mposition et p
BAP_0%FbA
opriétés des B
BAP_10%FbA
P‐MFS témoin
BAP_15%FbA
fibrés.
BAP_20%FbABAP
Dosage
Ciment (kg/m3)
Fillers (kg/m3)
Fibres (kg/m3)
Sable (kg/m3)
Gravillon (kg/m3)
Eau eff g/m3) icace (k
SP (%)
350
116
0%
939
784
164
1,35
350
116
10%
802
669
184
1,15
350
116
15%
611
731
194
1,25
350
116
20%
552
660
204
1,40
Propriét at fraisés à l’ét
SF (cm)
T500 (s)
V‐fun en l (s)
Hin ≤ ) t‐Hext 5 (cm
H2/ ) H1 (%
π ( %)
Air occlus (%)
Densité théorique
Densité expérimentale
66 ,5
4
11
1,7
88
7 ,27
1,6
2,369
2,374
67 ,2
6
12
1,3
73
3 ,82
1,7
2,092
2,108
6 7,6
7
11
1,5
74
4 ,68
1,7
1,996
1,982
6 7
6
10
1,3
82
3,59
1,75
1,845
1,894
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
‐122‐
4. INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES DU BAP A L’ETAT DURCI
4.1. RESULTATS OBTENUS SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES DU BAP FIBRE
Porosité accessible à l’eau des bétons
La porosité du BAP‐MFS a été étudiée en testant trois dosages volumiques de fibres. Les
résultats obtenus sont récapitulés dans le tableau IV‐14.
Tableau IV Résultats é du ére fibre.14: de la porosit
BAP bA
BAP pour diff
BAP_ FbA
nts dosages de
BAP_15%FbA
BAP_20%FbA BAP _0%F 10%
Porosité (%) 1 0,15 14,3 15 16
SP (%) 1,35 1,25 1,35 1,40
Ces résultats montrent que l’introduction des fibres végétales augmente la porosité dans le BAP
(tableau IV‐14). Cette augmentation de la porosité est d’autant plus importante quand la teneur
de fibre augmente. Cela signifie que la compacité diminue (ce qui corrèle avec les résultats de la
pâte renforcée).
La rméabilit aux gaz pe é
La figure IV‐14 représente les résultats de l’évolution de la perméabilité du BAP‐MFS en
fonction de la porosité pour différents dosages volumiques de fibre.
La perméabilité du BAP‐MFS augmente en introduisant les fibres végétales. Cette diminution
devient importante quand le dosage des fibres est élevé ce qui conduit à un BAP‐MFS moins
compact (la porosité et la perméabilité sont plus élevées, ce qui corrèle avec les résultats de la
compacité obtenus sur la pâte renforcée).
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
BAP_0%FbA
BAP_10%FbA
BAP_15%FbA
0
1
2
3
4
5
6
7
8
10.15 14.3 15Porosité (%)
Per
méa
bilit
é (x
10-1
6 ) m²
du BAP en fonction de la porosité pour Figure IV14 : Evolution de la perméabilité
différents dosages de fibre.
Mesure de Ségrégation
L’introduction des fibres végétales sur la ségrégation statique du BAP‐MFS a été étudiée. On
utilise la même procédure adoptée pour caractériser la ségrégation statique dans le BAP‐MFS
non fibré.
la
Figure 15: Observation d la ségrégation des BAP‐MFS témoins fibrés.
Donc les résultats montrent qu’on n’a pas de ségrégation particulière sur les trois BAP‐MFS
fibrés. L’introduction des fibres végétales dans le BAP‐MFS n’influent pas sur la ségrégation
tatique.
‐123‐
IV e
s
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
4.2. RESULTATS OBTENUS SUR LES PROPRIETES MECANIQUES DU BAP FIBRE
Résistance à la compression uniaxiale
La résistance à la compression du BAP‐MFS fibré est mesurée au cours du temps sur des
éprouvettes 16×32cm. La figure IV‐16 montre l’évolution de la résistance à la compression en
fonction de l’âge du BAP pour différents dosages de fibre FbA.
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
0.0% 10.0% 15.0% 20.0%
% Volumique en Fibre (FbA)
σ c (M
Pa)
1 Jour 3 Jours 7 Jours 14 Jours 28 jours
Figure IV16 : Evolution de la résistance de compression en fonction de l’âge du BAP‐MFS.
L’introduction de la fibre végétale FbA dans le BAP‐MFS n’améliore pas la résistance à la
compression, ni au jeune âge ni au moyen âge. On note une diminution significative des
résistances à la compression. Ceci peut s’expliquer partiellement par les valeurs du rapport
toteffE
L qui augmente et atteint des valeurs élevées et par la diminution sensible du dosage en
granulats.
La résistance à la compression du BAP‐MFS fibré est systém quement plus faible que celle du
BAP non fibré, la différence atteint plus que 50% pour
ati
20%fV = .
‐124‐
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
Module d’élasticité
Le module d’élasticité est également déterminé lors des essais de compression réalisés sur des
éprouvettes 16×32cm en utilisant un extensomètre équipé de trois capteurs de déplacement
LVDT. Le module, noté, Ej, est déduit de la pente contrainte‐déformation en pré‐pic.
La figure IV‐17 représente l’évolution du module d’élasticité en fonction de l’âge du BAP‐MFS
pour différents dosages de fibre FbA.
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
0.0% 10.0% 15.0% 20.0%
% Volumique en Fibre (FbA)
E (G
Pa)
1 Jour 3 Jours 7 Jours 14 Jours 28 jours
Figure IV17: Evolution du module d’élasticité en fonction de l’âge du BAP‐MFS.
Bien que le module diminue avec le dosage en FbA et ceci de façon plus significative au jeune
âge, on remarque une baisse moins importante que celle observée pour les résistances à la
compression. A 28 jours un dosage volumique de 20% de FbA n’engendre qu’une baisse de
rigidité de 75% alors que celle relative à la résistance à la compression est 50%.
Les observations de faciès de ruptures des deux BAP‐MFS fibré et non fibré réalisées sur
éprouvettes sollicitées en compression à 28 jours montrent une bonne répartition des fibres
végétales dans la matrice du BAP‐MFS, mais la présence de vides plus importante dans le BAP‐
MFS fibré expliquant en partie la baisse du module et celle de la résistance à la compression
(figure IV‐17)
‐125‐
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
(a) (b)
Figure IV18: Quelques observati MEB FS non fibré et (b) BAP‐MFS fibré ons au ) BAP‐M : (a
avec 10%fV = de FbA.
La figure IV‐19 représente l’évolution du module d’élasticité en fonction de la résistance à la
compression du BAP non fibré et fibré avec 10% de FbA du 1jour jusqu’au 28jours.
y = 5.0437xR2 = 0.9019
60 BAP non fibréBAP fibré (FbA)
y = 4.6258xR2 = 0.6672
0
10
20
30
40
50
0 2 4 6 8 10
Figure IV19: Relation entre le module d’élasticité et la résistance à la compression
comparant le BAP fibré et non fibré.
L’évolution du module d’élasticité du BAP‐MFS fibré en fonction de la contrainte à la
compression suit une loi de type :
‐126‐
(Eq. IV‐5) 4,62 cE σ=
Pour le BAP non fibré nous avons montré que le comportement est bien décrit par l’équation :
(Eq. IV‐6) cE σ04,5=
Ces deux équations sont très proches et on montre que l’équation Eq. IV‐7 permet de décrire le
comportement du BPA‐MFS fibré et non fibré :
Chapitre IV : INFLUENCE DES FIBES VEGETALES SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
(Eq. IV‐7) 4,79 cE σ=
éq
Cette uation concorde avec celle trouvée par [ASS 04(a)] ( 4,64 cE σ= ) et [ACI92]
( 4,73 cE σ= ).
5. BILAN
Dans cette étude les résultats rhéologiques obtenus sur la pâte et le BAP fibré, ont révélés que :
Les essais de mini cône et de cône de Marsh, nous ont permis de déterminer le dosage minimal du rapport Eeff/L et le dosage optimal en superplastifiant de la pâte fibrée.
L’introduction des fibres végétales dans la pâte, conduit à une augmentation de la demande en eau, le rapport Eeff/L augmente en augmentant le dosage des fibres. Cependant, la compacité de la pâte diminue systématiquement vue les vides crées par ces fibres.
La demande en superplastifiant augmente, la détermination du dosage optimal en superplastifiant est difficile : Les essais de mini cône et de cône de Marsh nous ont aidé à
ldéterminer e dosage minimal en superplastifiant de la pâte fibrée.
L'évolution de l’ouvrabilité du BAP au cours du temps diminue, particulièrement aux environnements confinés.
Les essais de la stabilité au tamis prouvent que toutes les formulations sont stables. Cependant, il s'avère que l'augmentation de la teneur de fibres mène à un BAP stable.
Des corrélations, entre les résultats obtenus des essais réalisés sur la pâte en utilisant le mini cône et le cône de Marsh et les résultats des essais réalisés sur le BAP fibré et non fibré sont établies.
D’autre part, les résultats des propriétés physiques et mécaniques obtenus sur le BAP fibré, ont
montrés que :
Les fibres végétales affectent la porosité et la perméabilité du BAP, en augmentant le dosage des fibres le BAP devient moins compacte.
La mesure de la ségrégation statique dans le BAP fibré révèle qu’il n’y a pas d’influence des fibres végétales.
La résistance mécanique du BAP fibré diminue significativement. Cette diminution est imputée à un rapport Eeff/L plus élevé.
‐127‐
129
CONCLUSIONS GENERALES & PERSPECTIVES
CONCLUSIONS GENERALES
130
ble des résultats obtenus dans cette partie, révèlent que :
La finesse joue un rôle important sur le temps de prise de la pâte (essai de Vicat). La pâte
fabriquée en utilisant des fillers calcaires caractérisés par la surface de Blaine la plus
élevée présente des temps de prise longs. L’introduction du superplastifiant amplifie ce
Les bétons autoplaçants (BAP) constituent une nouvelle avancée pour la construction en béton
et ils offrent en cela des avantages aussi bien d’ordre économique, technique que sociaux.
L’absence de vibration qui caractérise leur mise en place permet en effet de réduire le coût, de
construire des éléments à géométrie complexe ou fortement ferraillés et également de
constituer une véritable alternative aux bétons traditionnels. Cependant, leur formulation et le
contrôle de leurs propriétés lors de la mise en oeuvre nécessitent une attention particulière, les
BAP demeurent en dessous de l’utilisation qui pourrait en être faite en raison de questions sans
réponses posées par de nombreux industriels et maîtres d’ouvrage. Certaines des inconnues qui
les concernent nécessitent donc d’apporter des résultats de recherches probantes, notamment
en terme de rhéologie, de durabilité..
Ce travail, qui s'est déroulé sur une période de quatre ans, a pour objectifs, de donner une
méthodologie pour optimiser la formulation des BAP. Le premier objectif était d’évaluer les
conséquences potentielles à la présence des fines calcaires dans les compositions de BAP sur
leurs comportements rhéologique et mécanique. Le deuxième objectif était de chercher à étudier
l’intérêt et l’influence des fibres végétales sur les propriétés des BAP à l’état frais et durci.
Pour répondre à ces objectifs, nous avons commencé par à mettre en place une méthodologie
pour la formulation d’un BAP témoin en se basant sur une approche double : expérimentale et
théorique. L’optimisation du squelette granulaire a été obtenue en se basant sur le modèle des
suspensions solides dans une première approche puis sur le modèle d’empilement compressible.
Les modèles de rhéologie présentés dans ce mémoire s'appuient tous sur un modèle de
compacité. On a ensuite introduit le modèle ainsi complété dans le logiciel RENE‐LCPC, qui a été
diffusé dans le réseau des Laboratoires des Ponts et Chaussées, et a été utilisé à l'occasion de
nombreuses études de formulation de bétons de tous types. Pour le dosage des constituants du
BAP, on s’est fixé un coefficient de compacité qui traduit le rapport du volume des granulats par
rapport à celui de la pâte. Ainsi en augmentant ce coefficient on diminue le volume de la pâte au
détriment de celui des granulats.
BAP non fibré
L’ensem
CONCLUSIONS GENERALES
constat : début de prise plus long. Ceci nous ramène à supposer que le superplastifiant
utilisé joue le rôle de retardateur de prise. Cela est très important, car c’est un indicateur
pour la résistance mécanique au jeune âge et un paramètre significatif pour le
‐131‐
tats
dégagement de la chaleur d’hydratation.
Les résultats au cône de Marsh, au mini cône et à l’aiguille Vicat effectués sur la pâte, ont
pour objectif de déterminer le dosage en eau (Eeff/L) et en superplastifiant (SP)
nécessaires pour la formulation du BAP. Ils ont conduits à des résul similaires : Par
ailleurs les essais réalisés avec l’aiguille Vicat montre que pour 0,35EL≥ . Au vu de ses
résultats le dosage en eau est d rm né en imposant un rapport éte i 0,35effE
L= ce qui
conduit à un dosage en eau : . 3164 /E kg= m
Les essais de cône de Marsh et de mini cône ont permit sur pâtes de fixer le dosage à
saturation du superplastifiant peut être utilisée pour la formulation du BAP. Les pâtes
doivent être visqueuses à soutenir les granulats et pour assurer la fluidité du BAP.
La finesse influe de manière significative sur la quantité d’eau nécessaire pour remplir
les vides dans la pâte.
Le dosage en superplastifiant de saturation est beaucoup plus affecté par la finesse des
particules des poudres que par leur composition chimique. Pour les fines calcaires
utilisés, une augmentation de la surface de Blaine conduit à une diminution du dosage en
superplastifiant répondant à la maniabilité du BAP.
Le dosage optimum du BAP dépend de la finesse des fillers mais également de la nature
de la roche mère et de sa composition chimique.
La surface de Blaine affecte le maintient de l’ouvrabilité des BAP. La cinétique de
diminution de l’étalement est plus prononcée pour le BAP formulé avec des fillers ayant
une surface de Blaine "SB" faible. La composition chimique des fillers ne semble pas
intervenir. On remarque, également, que BAP_LFE (additionné avec les fillers les moins
fins) perd son caractère auto‐plaçant après un temps de maintien inférieur à 30mn
contrairement aux deux autres BAP.
La viscosité des BAP frais diminue légèrement en augmentant la finesse les additions
calcaire. Ainsi diminuer la taille des fillers BETOCARB®P2 réduit peu le seuil de
cisaillement des BAP.
CONCLUSIONS GENERALES
132
A
bs
m
Tous les BAP testés présentent une bonne stabilité. L'augmentation du dosage en
e la stabilité du B P. superplastifiant diminu
Le critère de blocage int 20extH H H mmΔ = − ≤ est sévère et conduit à des formulations
fortement dosées en superplastifiant alors qu’aucun blocage n’a été o ervé au cours des
essais. Le risque de blocage estimé à travers 30cône J Ringmoyen moyenD D m
−− ≤ semble plus
réaliste.
En ce qui concerne, l’influence de la finesse des fillers sur les propriétés des BAP à l’état durci,
les résultats ont conduits à :
La finesse influe sur les propriétés physiques du BAP. Les essais de perméabilité, de
porosité, de carbonatation et de ségrégation.
Le degré d’hydratation est d’autant plus élevée au jeune âge ( ) que la finesse
e
7t jour≺ s
des fillers additionnés au BAP st élevée.
Les résultats issus des essais mécaniques mettent en exergue le rôle de la finesse des
calcaires sur l’acquisition des résistances mécaniques notamment au jeune âge.
Notre travail a ainsi donné certaines réponses aux questions qui se posaient au départ sur les
BAP. Cependant, les hypothèses choisies au début du travail nous ont conduits à prouver que
l’addition de fillers de surface de Blaine élevée conduit à des BAP de résistance à la compression
et de rigidité plus élevée.
P2 conduitL’ajout des fillers de type BETOCARB® à des BAP de hautes performances.
En ce qui concerne, l’utilisation d’un agent de viscosité, les pâtes doivent être visqueuses à
soutenir les granulats et pour assurer la fluidité du BAP, il aurait été préférable d’utiliser un
agent de viscosité pour avoir une bonne viscosité.
BAP fibré
Dans cette étude les résultats rhéologiques obtenus sur la pâte et le BAP fibrés, ont révélés que :
Les essais de mini cône et de cône de Marsh, nous ont permis de déterminer le dosage
minimal du rapport Eeff/L et le dosage optimal en superplastifiant de la pâte fibrée.
CONCLUSIONS GENERALES
133
L’introduction des fibres végétales dans la pâte, conduit à une augmentation de la
demande en eau, le rapport Eeff/L augmente en augmentant le dosage des fibres.
Cependant, la compacité de la pâte diminue systématiquement vue les vides crées par
ces fibres.
La demande en superplastifiant augmente, la détermination du dosage optimal en
superplastifiant est difficile : Les essais de mini cône et de cône de Marsh nous ont aidé à
ldéterminer e dosage minimal en superplastifiant de la pâte fibrée.
L'évolution de l’ouvrabilité du BAP au cours du temps diminue, particulièrement aux
environnements confinés.
Les essais de la stabilité au tamis prouvent que toutes les formulations sont stables.
Cependant, il s'avère que l'augmentation de la teneur de fibres mène à un BAP stable.
Des corrélations, entre les résultats obtenus des essais réalisés sur la pâte en utilisant le
mini cône et le cône de Marsh et les résultats des essais réalisés sur le BAP fibré et non
renforcé sont établies.
D’autre part, les résultats des propriétés physiques et mécaniques obtenus sur le BAP fibré, ont
montrés que :
Les fibres végétales affectent la porosité et la perméabilité du BAP, en augmentant le
dosage des fibres le BAP devient moins compacte.
La mesure de la ségrégation statique dans le BAP fibré révèle qu’il n’y a pas d’influence
des fibres végétales.
La résistance mécanique du BAP fibré diminue significativement car le rapport Eeff/L est
plus élevé que celui du BAP non fibré.
En ce qui concerne, à l’hypothèse de la valorisation des fibres courtes recyclées dans les BAP les
résultats nous conduit, en terme de la mise en œuvre, à une moyenne mis en en place de la
composition du BAP vu la difficulté à déterminer le dosage en saturation en superplastifiant et
en eau, et en terme de durabilité, nous emmène à des BAP moins compactes et moins résistants
écaniquement. m
PERSPECTIVES
134
De nouvelles études pourront faire suite à ce travail. Plusieurs perspectives d’études sont
envisageables :
La première concerne la méthode de formulation proposée doit être confrontée à des
expérimentations en vraie grandeur. Elle doit être également étendue aux bétons contenant des
agents de viscosité, qui sont, à présent, souvent employés. En envisageant de faire varier des
paramètres tels que le diamètre des granulats et d’estimer leur influence sur les propriétés
mécaniques et physico‐chimiques des BAP.
En ce qui concerne les propriétés nécessitant la continuité de recherches, on peut aussi citer la
viscosité de la pâte qui mérite être étudier d’une manière approfondie. En effet, des essais (mini
cône et cône de Marsh) ont montré que le comportement des pâtes contenant des fibres se
différenciait de celui des autres pâtes. L’étude de l’influence des fibres végétales doit être
poursuivie afin de comprendre le comportement de ces pâtes, le plus souvent utilisés
simultanément.
De plus, l’étude de certains mécanismes d’ordre physico‐chimiques doit être approfondie aussi
tels que la ségrégation statique, la durabilité : Retrait, porosité à mercure...
Les résultats des essais menés avec les fibres végétales bien que notre étude ait montré que la
prévision de la résistance à la compression au jeune âge du BAP, les méthodes proposées
nécessitent toujours quelques essais sur béton pour atteindre un niveau élevé de précision. La
méthode utilisée (rapport Eeff/L élevé), en particulier, présenté quelques faiblesses. Il serait
pertinent de réfléchir à modifier le mode opératoire en tenant compte de garder le même
rapport Eeff/L et augmenter la teneur du liant pour s’affranchir de cette faiblesse. De la même
façon, la considération de la valeur à 28 jours comme indicateur de la résistance à long terme
n’est peut‐être pas toujours le meilleur choix.
Enfin, des essais supplémentaires doivent être menés pour connaître au mieux la susceptibilité
des BAP à la fissuration. Ces essais doivent permettre par exemple de mesurer la ténacité et
l’énergie de rupture du BAP sous la flexion à trois points : Etude de la mécanique de la rupture
en effectuant des essais de flexion à trois points sur des éprouvettes préfissurées.
Une étude plus approfondie des caractéristiques microscopiques des BAP peut être envisageable
dans la mesure où des différences observées au niveau macroscopique sur certaines propriétés
matérielles le nécessitent.
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ANNEXES
ANNEXE A
146
ANNEXE A
Résultats expérimentaux :
Modèle de suspension solide
Modèle d’empilement compressible
ANNEXE A
MODELE DE SUSPENSION SOLIDE
• Mesures Théoriques
ité iq e est calculée en utilisant les deux équations suivantes : La compac théor u
avec : Cg=β1 et Cs=β2
(Gros dominants) C
21 1 yg −
g== γγ
γ1 : compacité virtuelle des gros dominants
ale des gros dominants Cg : compacité expériment
2 : proportion volumique y
(Petits dominants) )1(1 12
ss Cy −−
sC== γγ
γ2 : compacité virtuelle des petits dominants
le des petits dominants Cs : compacité expérimenta
1 : proportion volumique y
vec : y1 + y2 =1 a
Après le calcul de la compacité virtuelle γi , on déduit la compacité théorique Cth en utilisant le modèle de Mooney, sachant que ,
rη =1.36.105
( )⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
−= ∑
=
n
i
ith
ir
c
y1
*
115.2exp
γ
φη
Les courbes suivantes présentent les mesures obtenues de la compacité théorique, sans ibration et avec vibration : v
147
ANNEXE A
G1/S1 sans vibration
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
téc mesurée
c calculée
FigureA‐1
G1/S1 avec vibration+pression
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
c calculée
FigureA‐2
148
ANNEXE A
G1/S2 sans vibration
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
c calculée
FigureA‐3
G1/S2 avec vibration+pression
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
c calculée
FigureA‐4
149
ANNEXE A
G1/S3 sans vibration
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
téc mesurée
c calculée
FigureA‐5
G1/S3 avec vibration+pression
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
c calculée
FigureA‐6
150
ANNEXE A
G2/S1 sans vibration
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
téc mesurée
c calculée
FigureA‐7
G2/S1 avec vibration+pression
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
c calculée
FigureA‐8
151
ANNEXE A
G2/S2 sans vibration
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
téc mesurée
c calculée
FigureA‐9
G2/S2 avec vibration+pression
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
c caclculée
Figur A‐10 e
152
ANNEXE A
G2/S3 sans vibration
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
téc mesurée
c caclculée
FigureA‐11
G2/S3 avec vibration+pression
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
c calculée
Figur A‐12 e
153
ANNEXE A
MODELE D’EMPILMENT COMPRESSIBLE
G1/S1 sans vibration
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
Ccalculée
FigureA‐13
G1/S1 avec vibration+pression (K=9)
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
Ccalculée
Figur A‐14 e
154
ANNEXE A
G1/S2 sans vibration
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
Ccalculée
FigureA‐15
G1/S2 avec vibration+pression (K=9)
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
Ccalculée
Figur A‐16 e
155
ANNEXE A
G1/S3 sans vibration
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
Ccalculée
FigureA‐17
G1/S3 avec vibration+pression (K=9)
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
Ccalculée
Figur A‐18 e
156
ANNEXE A
G2/S1 sans vibration
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
téc mesurée
Ccalculée
FigureA‐19
G2/S1 avec vibration+pression (K=9)
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
Ccalculée
Figur A‐20 e
1
57
ANNEXE A
G2/S2 sans vibration
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
Ccalculée
FigureA‐21
G2/S2 avec vibration+pression (K=9)
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
Ccalculée
Figur A‐22 e
158
ANNEXE A
G2/S3 sans vibration
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
Ccalculée
FigureA‐23
G2/S3 avec vibration+pression (K=9)
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
proportions petits
com
paci
té
c mesurée
Ccalculée
Figur A‐24
159
e
ANNEXE A
• Cas de la compacité des mélanges multimodaux
On s’intéresse à étudier la compacité d’un mélange multimodale.
En effet, il y a trois méthodes pour déterminer les proportions optimales (pourcentage cumulé)
ans le but de calculer la compacité d’un mélange multimodale. d
a. Méthode de Furnas
Furnas ainsi beaucoup d’autres auteurs se sont intéressés aux granulométries continues qui
ermettent de calculer la proportion cumulée par l’équation suivante: p
dq
dDdXXp
−−
=)(
D : le diamètre maximal
d : le diamètre minimal
: la classe granulaire élémentaire d<x<D x
La proportion cumulée se calcule en suivant la procédure suivante :
( )∑=
−−−i
ii XPXP1
1)(%)(%100
Les études ont montré que la compacité est optimale entre 0,2<q<0,5, [LAR 86]. C’est La raison
n
pour laquelle, on a choisi ces quatre valeurs d’exposant q.
Le tableau suivant présente les différentes proportions cumulées des classes élémentaires des
sables et des gravillons en fonction des différentes valeurs de paramètre q.
Tableau A‐1: Différentes proportion des granulats en fo ion de q. s cumulées nct
%S2 %S3 %G1 %G2 G/S q %S1
0,2 19,30 25,76 27,84 12,80 14,30 0,37
160
0,3 15,60 23,70 29,55 14,25 16,90 0,45
0,4 1 2,30 21,60 23,60 22,81 19,70 0,73
0,5 9,60 19,40 30,63 17,71 22,66 0,67
Pour q=0.3 on a : ‐
ANNEXE A
Tableau A‐2: Récapitulatif de la compacité du mélange binaire (q=0,3).
Sans vibration
Avec vibration
%S1 %S2 %S3 %G1 %G2 Cexp Cth Cexp Cth
15,6 23,7 29,55 14,25 16,9 0,653 0,725 0,712 0,787
Le paramètre q représente le pourcentage des petits dans le mélange multimodal, il nous permet
de calculer en utilisant l’équation indiquée au‐dessus, les pourcentages cumulés des classes
élémentaires des sables et des gravillons. En connaissant, le diamètre maximal (D) et le diamètre
inimal (d) du mélange. m
b. Méthode de Dreux
Les granularités bi‐lineaires sont parmi les plus utilisées pour les formules de béton. Dreux a
préconisé un point de brisure d’abscisse D/2 et d’ordonnée Y.
2X = 5mm
Avec Dmax =10mm
D =
KDY −−= 50
K : terme correcteur)
(
vec : K= 6Mf ‐15 ( Mf : coefficient de finesse) a
On trouve : Y= 47%
rX et Y : coordonnées du point de b isure
La méthode de Dreux est basée sur la courbe granulométrique, après le calcul du point de
brisure et tracée de la courbe de référence, par projection on mesure les différents
pourcentages des ables et des gravillons. Le tableau suivant présente les pourcentages des
ables et des gravillons mesurés d’après la courbe granulométrique : s
161
ANNEXE A
Tableau A‐3: Récapitulatif de la compacité du mélange binaire (Dreux).
162
Sans vibration
Avec vibration
% S1 % S2 % S3 % G1 % G2 Cexp Cth Cexp Cth
16 16 12 20 36 0,773 0,776 0,832 0,825
D’après les mesures des pourcentages des sables et des gravillons, on peut déduire le rapport
/S=1,2 (qui proche de 1). G
c. Méthode de Faury
La méthode de Faury est basée sur la même démarche de Dreux, en préconisant un point de brisure d’abscisse D/2 et d’ordonnée Y et en utilisant des constantes bien définies A, B et R.
2X = 5mm
vec Dmax =10mm
D =
A
75.0175
−++=
DR
BDAY
A=28
Avec: B=1
R=32.5
On trouve : Y=55.3%
Après le calcul du point de brisure et tracée de la courbe de référence, par projection on mesure
les différents pourcentages des ables et des gravillons. Le tableau suivant présente les
pourcentages des sables et des gravillons mesurés d’après la courbe granulométrique :
ANNEXE A
Tableau A‐4: Récapitulatif de la compacité du mélange binaire (Faury).
163
Sans vibration
Avec vibration
% S1 % S2 % 3 S % G1 % G2 Cexp Cth Cexp Cth
19 28 5 16 32 0,72 0,77 0,788 0,833
D’après les mesures des pourcentages des sables et des gravillons, on peur déduire le rapport
G/S=0,92 (qui est proche de 1).
On peut conclure que, parmi les trois méthodes utilisées pour calculer les proportions cumulés.
Les méthodes de Dreux et Faury qui donnent des pourcentages proches de la réalité (G/S proche
de 1). En se basant sur les propriétés des matériaux ainsi sur l’analyse granulométrique.
La figure A‐25 représente l’évolution de la proportion cumulée P(x) en fonction du diamètre x.
Elle représente l’allure des différentes méthodes utilisées pour calculer les pourcentages
cumulés :
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10x
P(x) Dreux
Faury
q=0,2
q=0,3
Figure A‐25: Courbe granulaire des proportions optimales.
ANNEXE B
164
ANNEXE B
Fiches techniques des Matériaux utilisés
ANNEXE B
Ciment
165
ANNEXE B
Sable
166
ANNEXE B
Gravillon
167
ANNEXE B
Superplastifiant
168
ANNEXE B
169
ANNEXE C
170
ANNEXE C
Résultats expérimentaux de la rhéologie de la pâte non
renforcée
ANNEXE C
• Aiguille de vicat
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 100 200 300 400 500 600 700
Temps (min)
Enfo
ncem
ent (
mm
)E/L=0,364 , début de prise:4h35 - fin de prise:7h40E/L=0,351 , début de prise:4h28 - fin de prise:7h25E/L=0,321 , début de prise:4h - fin de prise:7h17E/L=0,3 , début de prise:3h30 - fin de prise:7h10E/L=0,287 , début de prise:3h10 - fin de prise:7hE/L=0,257 , débu de prise:3h - fin de prise:6h50E/L=0,236 , débu de prise:2h45 - fin de prise:6h41CEM 52,5
Figure C1: Evolution de l’enfoncement en fonction du temps pour la pâte pure.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 100 200 300 400 500 600 700
E/L=0,364 , début de prise:4h40 - fin de prise:9h10E/L=0,351 , début de prise:4h32 - fin de prise:8h40E/L=0,321 , début de prise:3h30 - fin de prise:7h55E/L=0,3 , début de prise3h10 - fin de prise:7h40E/L=0,278 , début de prise:3h - fin de prise:7h18
171
Temps (min)
Enf
once
men
t (m
m)
E/L=0,257 , début de prise:2h42 - fin de prise:7hE/L=0,236 , début de prise:2h25 - fin de prise:6h55
CEM+LFE
FigureC2: Evolution de l’enfoncement en fonction du temps pour la pâte pure.
ANNEXE C
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 100 200 300 400 500 600 700
E/L=0,364 , début de prise:4h55 - fin de prise:9,40E/L=0,351 , début de prise:4h45 - fin de prise:9h32E/L=0,321 , début de prise:4h25 - fin de prise:8h43E/L=0,3 , début de prise:4h10 - fin de prise:8h30E/L=0,287 , début de prise:4h - fin de prise:8h22
172
Temps (min)
Enfo
ncem
ent (
mm
)
E/L=0,257 , début de prise:3h30 - fin de prise:7h55E/L=0,236 , début de prise:3h18 - fin de prise:7h40
CEM+MFS
Figure C3: Evolution de l’enfoncement en fonction du temps pour la pâte pure.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 100 200 300 400 500 600 700
Prise_MF-O_avec Adj (1%) Prise_MF-S_avec Adj (1%) Prise_LF-E_avec Adj (1%)
Enfo
ncem
ent (
mm
)
Temps de prise (min)
Figure C4: Influence du superplastifiant sur l’évolution de l’enfoncement pour la pâte mixte.
ANNEXE C
• Essai de Cône de Marsh
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 50 100 150 200Temps (sec)
Volu
me
(L)
ciment + filler + 0,0% SP
ciment + filler + 0,4% SP
ciment + filler + 0,8% SP
ciment + filler + 1,2% SP
Figure C5a: Influence de Superplastifiant sur l’écoulement de la pâte avec Ø 1= 8mm.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 20 40 60 80 100 120 140Temps (sec)
Volu
me
(L)
ciment + filler + 0,0% SP
ciment + filler + 0,4% SP
ciment + filler + 0,8% SP
ciment + filler + 1,2% SP
173
Figure C5b: Influence de Superplastifiant sur l’écoulement de la pâte avec Ø 2=10mm.
ANNEXE D
174
ANNEXE D
Résultats expérimentaux de la rhéologie de la pâte renforcée
ANNEXE D
DETERMINATION DU RAPPORT (Eefftot/L)MIN • Essai de mini cône
tot Fbeff eff sat effE E E et E= + variable
FbB
y = 0,1137x + 0,9604R2 = 0,9693
y = 0,0665x + 1,1808R2 = 0,9816
y = 0,0826x + 1,1775R2 = 0,9044
y = 0,0935x + 1,1449R2 = 0,9787
y = 0,0788x + 1,0751R2 = 0,9486
y = 0,051x + 1,1748R2 = 0,9655
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,50
1,60
0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5
Γ=(Dmoy/D0)²-1
V Eef
f/VP
1% 11%
21% 43%
50% 100
Figure D1 : Evolution du rapport VEeff/ VP en volume en fonction de l’étalement relatif pour
différents pourcentages de FbB .
FbC
y = 0,0848x + 1,1327R2 = 0,9691
y = 0,075x + 1,184R2 = 0,964
y = 0,0894x + 1,0766R2 = 0,9543
y = 0,0393x + 1,1578R2 = 0,9265
y = 0,0476x + 1,147R2 = 0,9851
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,50
1,60
0 1 2 3 4 5 6
Γ=(Dmoy/D0)²-1
V Eef
f/VP
1% 11%
22% 50%
100
175
Figure D2 : Evolution du rapport VEeff/ VP en volume en fonction de l’étalement relatif pour
différents pourcentages de FbC .
ANNEXE D
FbD
176
y = 0,0857x + 1,1187R2 = 0,9422
y = 0,0546x + 1,2095R2 = 0,94
y = 0,0869x + 1,1318R2 = 0,9719
y = 0,0449x + 1,1863R2 = 0,9325
y = 0,0491x + 1,2709R2 = 0,9803
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,50
1,60
0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5
Γ=(Dmoy/D0)²-1
V Eef
f/VP
1% 9%
18% 50%
100
Figure D3 : Evolution du rapport VEeff/ VP en volume en fonction de l’étalement relatif pour
différents pourcentages de FbD .
Eeff (Variable)
0,400
0,420
0,440
0,460
0,480
0,500
0,520
0,540
0,560
0,580
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Dosage de fibre %
Com
paci
té
FbA
FbB
FbC
FbD
Figure D4 : Evolution de la compacité en fonction du dosage des fibres.
ANNEXE D
• Cône de Marsh variable e
tot Fbeff eff sat effE E E t E= +
177
Figure D5 : Evolution de l’écoulement en fonction du rapport Eeff/L pour différents dosages de
FbB.
FbB
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
0,20 0,24 0,28 0,32 0,37 0,41 0,45 0,49 0,53
Eeff/L
t v (s
ec)
1%11%21%43%50%100%0% fibre
1% : (Eeff/L)0=0,36511% : (Eeff/L)0=0,41821% : (Eeff/L)0=0,429 43% : (Eeff/L)0=0,42950% : (Eeff/L)0=0,429100% : (Eeff/L)0=0,4400%Fibre: (Eeff/L)0= 0,300
FbC
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0,20 0,24 0,28 0,32 0,37 0,41 0,45 0,49 0,53
Eeff/L
t v (s
ec)
1%11%22%50%100%0%fibre
1% : (Eeff/L)0=0,40811% : (Eeff/L)0=0,41822% : (Eeff/L)0=0,429 50% : (Eeff/L)0=0,429100% : (Eeff/L)0=0,4290%Fibre: (Eeff/L)0= 0,300
Figure D6 : Evolution de l’écoulement en fonction du rapport Eeff/L pour différents dosages de
ANNEXE D
FbC.
FbD
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0,20 0,24 0,28 0,32 0,37 0,41 0,45 0,49 0,53
Eeff/L
tv (s
ec)
1%9%18%50%100%0%fibre
1% : (Eeff/L)0=0,4089% : (Eeff/L)0=0,41818% : (Eeff/L)0=0,440 50% : (Eeff/L)0=0,440100% : (Eeff/L)0=0,4510%Fibre: (Eeff/L)0= 0,300
Figure D7 : Evolution de l’écoulement en fonction du rapport Eeff/L pour différents dosages de
FbD.
1
78
ANNEXE E
179
ANNEXE E
Résultats mécaniques du BAP
ANNEXE E
180
Tableau E1 : Résultats de la résistance à la compression des BAP témoins.
BAP_MFS 12h 16h 18h 1j 3j 7j 14j 21j 28j 150j
σ1
σ2
σ3
2.63
2.68
2.88
8.8
8.5
8.6
13.4
13.8
13.4
21.6
2 1.4
21
3 5.16
3 5.2
35
42.07
42.13
42.18
56.05
5 6.15
57.2
60.8
60.84
60.88
60.9
60.95
61.11
77.49
7 8.18
78.2
Moyenne 1.73 8.63 1 3.53 2 1.33 3 5.12 4 2.12 5 6.46 6 0.84 6 0.98 7 7.95
Ecart type 0.13 0.15 0.23 0.30 0.10 0.05 0.63 0.04 0.10 0.40
BAP_MFO 12h 16h 18h 1j 3j 7j 14j 21j 28j 150j
σ1
σ2
σ3
2.19
2.36
2.26
7.8
7.5
7.2
1 2.75
12.5
12.4
19.6
1 9.4
19
31.22
3 1.26
31.3
3 8.13
38.2
38.22
53.42
5 3.46
53.5
59.27
59.32
59.36
60.5
60.53
60.55
73.86
75.46
76.31
Moyenne 2.27 7.5 1 2.55 1 9.33 3 1.26 3 8.18 5 3.46 5 9.31 6 0.52 7 5.21
Ecart type 0.08 0.3 0.18 0.3 0.04 0.04 0.04 0.04 0.02 1.24
BAP_LFE 12h 16h 18h 1j 3j 7j 14j 21j 28j 150j
σ1
σ2
σ3
1.88
1.74
1.66
6.7
6.2
6.4
1 2.09
12.2
12.6
17.6
17.8
17.5
30.3
30.33
30.35
36.66
36.68
36.71
52.12
52.88
52.97
55.69
55.72
55.75
57.47
57.52
57.55
71.43
71.39
73.03
M e oyenn 1.76 6.43 1 2.29 1 7.63 3 0.32 3 6.68 5 2.65 5 5.72 5 7.51 7 1.95
Ecart
type
0.11 0.25 0.26 0.15 0.02 0.02 0.46 0.03 0.04 0.93
ANNEXE E
1
81
Tableau E2 : Résultats du module d’élasticité des BAP témoins.
BAP MFS _ 12h 16h 18h 1j 3j 7j 14j 21j 28j 150j
E1 E2 E3
1.18
1.08
1.13
6.1
5.8
5.6
9.8
9.6
9.4
15.2
15.6
15.4
25
25
25.4
32
32
34
34
35
35
36
37
40
37
38
41
4 8.4
49
49.15
Moyenne 1.13 5.83 9.6 1 5.4 2 5.13 3 2.66 3 4.66 3 7.66 3 8.66 48. 85
Ecart type 0.05 0.25 0.2 0.2 0.23 1.15 0.57 2.08 2.08 0.39
BAP_MFO 12h 16h 18h 1j 3j 7j 14j 21j 28j 150j
E1 E2 E3
1.83
1.77
1.65
6.4
6.5
6.3
10.4
1 0.6
10
17
17.3
17.2
27.6
2 7.2
27
33
34
34
34
36
37
38
40
41
39
41
41
51
51.3
51.5
Moyenne 1.75 6.4 1 0.33 1 7.16 2 7.26 3 3.66 3 5.66 3 9.66 4 0.33 5 1.26
Ecart type 0.09 0.10 0.30 0.15 0.30 0.57 1.52 1.52 1.15 0.25
BAP_LFE 12h 16h 18h 1j 3j 7j 14j 21j 28j 1 j 50
E1 E2 E3
1.98
2.11
2.22
7.2
7.6
7.8
11.8
11.5
11.7
19.8
19.5
1 9.21
30
29.8
29.6
34
35
37
36
36
38
40
40
41
41
41
43
53
53.5
53.2
M e oyenn 2.10 7.53 1 1.66 1 9.5 2 9.8 3 5.33 3 6.66 4 0.33 4 1.66 5 3.23
Ecart
type
0.12 0.30 0.15 0.3 0.2 1.52 1.15 0.57 1.15 0.25
ANNEXE E
182
Tableau E 3 : Résultats de la résistance à la compression du BAP fibré ’ FbA’.
10% 1j 3j 7j 14j 28j
σ1
σ2
σ3
15.26
14.26
15.07
12.22
12.21
11.35
34.16
3 3.22
33
37.7
3 2.7
35
42
4 4.45
41
Moyenne 1 4.86 1 1.92 3 3.46 3 5.13 4 2.48
Ecart type 0.53 0.49 0.61 2.5 1.77
15% 1j 3j 7j 14j 28j
σ1
σ2
σ3
2 2.5
19
21
15.4
13.5
11.5
30.33
30.21
29.29
3 7.18
32
37
3 3.18
29
29
Moyenne 2 0.83 1 3.46 2 9.94 3 5.39 3 0.39
Ecart type 1.75 1.95 0.56 2.94 2.41
20% 1j 3j 7j 14j 28j
σ1
σ2
σ3
12
1 1.24
11.4
10.2
9.29
9.17
20.51
20.32
18.14
2 9.5
30
25.36
30.38
29.92
29.48
Moyenne 1 1.54 9.53 1 9.65 2 8.28 2 9.92
Ecart type 0.4 0.56 1.31 2.54 0.45
ANNEXE E
183
Tableau E4 : Résultats du module d’élasticité du BAP fibré ‘FbA’.
10% 1j 3j 7j 14j 28j
E1 E2 E3
11.3
1 0.5
8.8
8.3
9.7
8.2
30.5
30.6
29.8
32.3
3 1.9
32
38.7
39.3
39.9
Moyenne 10.2 8.73 30.3 3 2.06 39.3
Ecart type 1.27 0.83 0.43 0.20 0.60
15% 1j 3j 7j 14j 28j
E1 E2 E3
19.01
1 8.08
18
13.1
11.2
11.1
23.1
26.9
26.1
26.1
31.5
31.7
29.5
27.2
25.1
Moyenne 1 8.36 11.8 25 6 .3 29.76 2 7.26
Ecart type 0.56 1.12 2 3 .17 2.2
20% 1j 3j 7j 14j 28j
E1 E2 E3
2.4
1.5
1.5
6.4
7 .1
7
19.9
18.1
20.5
26.4
25.2
32.5
28.5
2 7.3
27
Moyenne 1.8 6.83 19.5 2 8.03 27.6
Ecart type 0.51 0.37 1.24 3.91 0.79