Béton autoplaçant concept et formulation

Cours béton autoplaçant concept et formulation, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Ouvrabilité des bétons autoplaçants

Un béton est qualifié d’autoplaçant s’il satisfait les propriétés précitées, en trouvant le bon compromis entre des caractéristiques presque contradictoires (fluidité et résistance à la ségrégation). Pour résumer, nous présentons dans le tableau 1.1, les propriétés des BAP, les moyens pour les caractériser et les actions entreprises pour leur mise en œuvre.
Tableau 1.1 : Propriétés d’ouvrabilité des BAP et les moyens de mise en œuvre [BAR, 05].

Caractérisation des BAP

A l’état frais

Parmi les essais préconisés pour valider une formule de BAP, on regroupera ceux qui sont disponibles dans notre laboratoire (EOLE) dans le tableau 1.2 avec leurs valeurs cibles recommandées par l’AFGC :
Tableau 1.2 : Essais & valeurs cibles caractérisant le BAP à l’état frais.

A l’état durci

Dans cette partie, on fera une comparaison des propriétés à l’état durci entre les bétons autoplaçants et les bétons ordinaires, en recueillant les résultats d’études effectuées à l’échelle nationale et internationale.

Propriétés mécaniques

Résistance à la compression

La résistance à la compression est l’une des plus importantes propriétés du béton durci. Comparativement aux bétons ordinaires, les bétons autoplaçants suivent les mêmes évolutions de résistances à la compression [KLA, 02]; d’ailleurs, jusqu’à l’âge de 28 jours, il n’y a pas de différence significative entre les résistances atteintes par les deux bétons confectionnés à l’aide de mêmes compositions, sauf pour le cas où le béton autoplaçant est préparé avec le même rapport E/C que le béton vibré, dans ce cas, la résistance du BAP est meilleure [KLA, 02].
La figure 1.2 montre, qu’un béton autoplaçant confectionné avec les fillers calcaires développerait de meilleures résistances à la compression par rapport aux autres additions minérales.
Figure 1.2 : Développement des résistances à la compression en fonction du temps [KLA, 02].
En n’utilisant que des fillers calcaires, la figure 1.3 montre que jusqu’à l’âge de 28 jours, les résistances à la compression des bétons autoplaçants seraient inversement proportionnelles aux taux de substitutions du ciment par ces additions [HAD, 04].
Figure 1.3 : Résistances en compression [HAD, 04].
Dans une autre étude réalisée, à partir de nos propres matériaux, Taleb a montré qu’une réduction du rapport E/C de 0,50 à 0,47 pour un BAP, avec un taux de 20% de fillers et qui a d’ailleurs répondu aux critères de l’AFGC, permet d’améliorer la résistance de 18% [TAL, 09].
La même étude a aussi montré que la décroissance de résistance en fonction des fillers est toujours linéaire, cependant la tangente de la droite à tendance à diminuer en réduisant le rapport E/L (figure 1.4).

Module d’élasticité

Le module d’élasticité du béton dépend des modules de Young des différents composants et de leurs pourcentages en volume. [KLA, 02] a démontré que le module d’élasticité des BAP peut être jusqu’à 20% inférieur par rapport au béton conventionnel ayant la même résistance en compression et fabriqué par les mêmes granulats (figure 1.5).
Pineaud [PIN, 07] observe des valeurs de déformations à la rupture très proches pour les BAP et les BO. Parallèlement au volume de pâte, il est observé une diminution du module avec l’augmentation du rapport E/L (Résultat en accord avec la diminution de la résistance en compression et la diminution de la compacité de la matrice) [PIN, 07].

Résistance à la traction

La résistance d’un béton à la traction est conditionnée par de nombreux paramètres. Par exemple, la quantité de fines ou bien le volume de sable peuvent influencer cette résistance [KON, 01]. En effet l’augmentation de la quantité de sable et / ou du volume de fines, entraine une élévation de la résistance en traction.
On peut noter que la microstructure de la pâte cimentaire et la porosité de l’auréole de transition sont fréquemment utilisées dans la littérature pour expliquer les variations ou les résultats de résistance à la traction obtenus. Pour certains auteurs [KLU, 03 ; KON, 01], la porosité de l’auréole de transition des BAP est inférieure à celle des BO. Donc, la résistance en traction des BAP est supérieure à celle des BO (de l’ordre de 10%). Ces résultats sont repris par Pineaud [PIN, 07]. Il suggère que la qualité de l’interface pâte-granulats est meilleure dans les BAP et la faible proportion de granulats diminue le risque de propagation des premières fissures.

Déformations et fluage

Les bétons autoplaçants subissent des déformations différées sous charge plus importantes que celles des bétons ordinaires vibrés dans la même gamme de résistance [ASS, O5].
Les travaux de [BEN, 09], ont montré que l’augmentation du volume de pâte, entraînée par l’ajout de fillers, conduit à des déformations différées plus importantes pour les BAP en les comparants avec le BO. Cela peut être expliqué selon l’auteur par la présence d’additions minérales dans les BAP qui lui offre des pores plus fins que ceux des bétons vibrés. En effet, la pression capillaire étant inversement proportionnelle aux rayons des pores, celle-ci est d’autant plus forte dans les BAP, ce qui engendrerait un fluage plus important dans ces bétons, par comparaison aux bétons vibrés correspondants (Figure 1.6).

Retrait

Pour une même classe de résistance, le coefficient de dilatation thermique au jeune âge (0-24 heures) est équivalent pour les bétons autoplaçants et les bétons ordinaires [ASS, O5].
Le retrait au jeune âge en dessiccation des bétons autoplaçants est supérieur à celui des bétons ordinaires (en particulier pour les faibles gammes de résistance).
[BEN, 09], a montré que le retrait total du BAP est plus élevé que celui du béton traditionnel d’égale résistance. L’ordre de grandeur de cette déformation est aux alentours de 450 μm/m (Figure 1.7).

Propriétés physico-chimiques des BAP

Dans le domaine physico-chimique, les résultats des essais expérimentaux (perméabilité à l’oxygène, diffusion des ions chlores, absorption d’eau, carbonatation accélérée et lessivage au nitrate d’ammonium) ont été comparés en fonction de la résistance mécanique pour les deux types de béton (BAP et BO), [ASS, O5].
La perméabilité à l’oxygène des bétons autoplaçants est inférieure à celle des bétons ordinaires vibrés pour une gamme de résistance donnée.
Il n’y a pas de différence significative entre les BAP et les BO en termes de diffusion des ions chlores et d’absorption d’eau par capillarité. A résistance équivalente, le taux de carbonatation et la cinétique de lessivage au nitrate d’ammonium des deux types de béton restent comparables. Ces propriétés évoluent avec la résistance en compression de manière identique pour les bétons autoplaçants et les bétons ordinaires.
Dans un travail réalisé au sein de notre laboratoire par Touil [TOU, 09], une comparaison a été faite entre un BO et un BAP sur l’évaluation du coefficient de diffusion, il a trouvé que le flux des ions chlorure d’un BAP est plus grand de l’ordre de 9 % par rapport a celui d’un BO.

Constituants et leur influence dans la formulation des BAP

Toute formulation passe par la compréhension de l’influence de chaque constituant sur les propriétés d’écoulement du béton. Le rôle d’un constituant dépend essentiellement de son état (fluide & solide) et de sa nature minéralogique, chimique, et morphologique. Ainsi, nous allons décrire les caractéristiques des différents constituants entrant dans la composition du béton autoplaçant (granulats, ciment, additions minérales, adjuvants et eau), et les paramètres influents.