2009CERG0458

ECOLEDOCTORALESC ENCESETINGENIERIEI

THESE

PourobtenirlegradedeDocteurdUniversit

Spcialit: GnieCivil

AbdellahELHILALI

ETUDEEXPERIMENTALEDELARHEOLOGIEETDUCOMPORTEMENTDESBETONSAUTOPLAANTS(BAP):

INFLUENCEDESFINESCALCAIRESETDESFIBRESVEGETALES

Soutenuele17Dcembre2009

Devantlejurycomposde:

Mme.CARESabine,ChercheurHDR U ni it, RNavier,U vers ParisEst2, alle Kepler, 77420 Champs sur MarneMme. DJELALDANTEC Chafika, Professeur des Universits,Laboratoire d'ArtoisMcan

Rapporteur

ique Thermique et Instrumentation IUT1230 Rue de l'universit,62408BthuneMme. GHORBEL Elhem, Professeur des Universits, DpartementGnieCivil5MailGa e,9

Rapporteur

yLussac,NeuvillesurOis 5031CergyPontoiseCedexM GONNONPascal, Ingn l

Directeurdethse

. ieur OMYA SAS 5 Rue de 'Aiguillon, ZILyonM. KHELIDJ Abdelh

Examinateur

afid, Professeur des Universits, DpartementGnieCivil58rueMichelAnge,Heinlex,44600SaintNazaireM.PERRINBernard,ProfesseurdesUniversits,DpartementGnieCivil129BAv.deRangueil,BP67701,31077Toulousecedex04

Examinateur

Examinateur

Laboratoire A4114

deMcaniqueetMatriauxduGnieCivilL2MGCE5MailGayLussac,NeuvilleSurOise95031CergyPontoiseCedex

REMERCIEMENTS

Ce travail a t men sous la direction de Mme. Elhem GHORBEL, Professeur lInstitut

UniversitairedeTechnologiedelUniversitdeCergyPontoise,etdirecteurdemathse,jetiens

luiexprimertoutemareconnaissance,tantpoursesconseils,sonintrtetsonaidequellema

accordedurantcescinqannesdethse.

MesremerciementsvontparticulirementM.PascalGONNON,IngnieurOMYA,pouravoir

suivilvolutiondemestravauxderechercheetpouravoiracceptdeparticipermonjuryde

thse.

Jetiensremercier,PhilipeFrancisco,ResponsableduPleChimieCERIBDivisionMatriaux,

de mavoir accueilli au sein du CERIB lors de diffrentes campagnes dessais et de mavoir

ltprodigusesconseilslorsdelexploitationdesrsu ats.

Je remercie chaleureusement Valrie MINOT, Pascal MANCEAU, pour leurs aides et

collaborations,sansvous,pasdedispositifexprimental !Sansoublier,AnneliseCOUSTUREet

LilianCRISTOFOL.

Cesquatreannesdethseonttparticulirementagrablesetcenestpassanstristessequil

mefautlesfinaliser.Jexprimeicitoutemasympathietouslesdoctorantsettoutlepersonnel

administratif du laboratoirequi apumassisterdurant cesquatre annes et avec lesquels jai

passdexcellentsmomentsaussibiendanslecadreprofessionnel.

Jetiensremerciermafamille,monfrre,messursetmesamispourleursencouragements,

mafemmepoursonsoutien.Jepenseplusparticulirementmesparents,pourleursoutienet

euraffectionpermanente,quimontpermisdenarriverl.l

Jetiensenfinremerciertouteslespersonnesquejaipuctoyeraucoursdemathseetcelles

quiontpermissonbondroulement.

Je ddie ce mmoire aux personnes que jai les plus

chers au monde, mes parents, sans eux je ne serai

pas l ."

Auteur : Abdellah EL HILALI

Titre: Etude exprimentale de la rhologie et du comportement des btons autoplaants

(BAP):Influencedesfinescalcairesetdesfibresvgtales.

Directeurdethse:Mme.Elh eurlUniversitdeCergyPontoiseemGHORBEL,Profess

bre2009DateetLieudesoutenance:le17Dcem

2MGCIUPGnieCiviletInfrastructuresL

illesurOise5,rueGayLussacNeuv

95031CergyPontoise

Rsum:

Les diffrentes proprits des btons autoplaants (BAP) (fluidit, viscosit, rsistance la

sgrgation,aptitudeauremplissageetc)rendent leur formulationrelativementcomplique.

Mmesidenombreusestudesontteffectuespourcomprendrelesprincipesquirgissentle

comportement de ces btons, aucune mthode pratique de formulation ne semble avoir t

tabliepartirdedonnesdebasesurlesmatriauxutilissetduncahierdeschargesprcis.

Cestdanscecontextequesesitueltudemenedanscetravail.Onsestattachtablirune

mthodedeformulationetcaractriserlematriaultatfraisetdurci.Cetravailaconsist

mettreenplaceunemthodologiepourlaformulationdunBAPensebasantsuruneapproche

double:exprimentaleet thorique(optimisationdusquelettegranulaire). Desessaisontt

raliss sur la pte issue du BAP pour dterminer le dosage de saturation en eau et en

superplastifiant: mini cne et cne de Marsh. Des essais empiriques ont t raliss sur

diffrentesformulationsdeBAPafindedfinirunBAPtmoinhauteperformancecaractrise

partalementde65cm(Slumpflow,Vfunnel,LBox,JRing,Stabilitautamis).Linfluencedes

fillerscalcairessurlescomportementsrhologiqueetmcaniqueduBAPtmoinltatfrais,au

jeunegeetltatdurciattudie.Lesfinestudis(BETOCARBP2)sediffrencientpar

leur surface de Blaine "B" et sont notes respectivement "MFS", "LFE" et "MFO". Toutes les

compositionsonttfabriquesavecuneteneureneaufixe(164L),unmmerapporteauliant

(E/L=0,35),unrapportG/S=1.

La finesse des fillers calcaires a peu d'effet sur la demande en superplastifiant et affecte de

manire significative la rsistance la compression particulirement aux jeunes ges par

comparaison un bton vibr avec les mmes rapports Eau/liant. Pour mieux apprhender

linfluence de la finesse des fillers sur les proprits des BAP des mesures de la chaleur

dhydratation,depermabilitloxygne,deporosit,desgrgationetdecarbonatation,ont

tralisssurlesBAPtmoins.

Cependant, une question reste souvent pose : le bton autoplaant renforc par des fibres

vgtalesestilaussirsistantquelebtonautoplaantnonfibr?Undesobjectifsdecetravail

derechercheatdedonneruner ponseclaireceproblme.

Pour cela, nous avons conduit, un programme exprimental pour tudier linfluence de

lintroductiondesfibresvgtalesbasedecellulosesurlespropritsduBAP.Quatretypesde

fibres vgtales ont t tests, notes FbA, FbB, FbC, FbD. Elles se diffrencient par leurs

caractristiques gomtriques et le taux de cellulose quelles contiennent. Lintroduction des

fibres vgtales affecte la demande en eau de la pte et la demande en superplastifiant. Les

rsultats des essais exprimentaux mens sur ces formulations ont montr quil y avait une

influencesignificativedecetypedefibressurlespropritsmcaniquesetphysiquesdesBAP.

Lensembledecestravauxconstitueunensemblecohrentdoutilsdaide la formulationdes

BAP,destinlingnieurdeformulation.

MotsCls:Btonsautoplaants(BAP),fillerscalcaires,fibresvgtales,rhologie,compression

uniaxia lle,moduled asticit.

Title: Experimental study of the rheological and mechanical behaviour of selfcompacting

concrete(SCC):Influenceofcalcareousfillersandvegetablefibres.

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

calcareousfillershavebeenintroducedintotheSCCpaste,respectivelynoted"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

Theresultsdemonstratedthat increasingthecalcareous fillers finenessamplifiedthedemand

forsuperplasticizeraswellasincreaseditscompactnessandfluidity.Furthermore,ithasbeen

shown that the fillerswith high SB improved SCC durability relative to gas (CO2) and liquid

diffusion;theconcretecompressivestrengthwasimprovedmainlyatearlycuringages.Also,the

relationshipbetweentheelasticmodulusandtheSCCcompressivestrengthswasindependent

of the fineness of the fillers and was very close to that recommended by ACI31889

( 4,73 CE f= ).

Is vegetablefiber reinforced SCCmechanical strength as resistant as unreinforced SCC ? The

ainobjectiveofthisresearchwastoanswerthisquestion.m

An experimental program was designed to study the influence of the introduction of short

vegetable fibers issued from paper pulp recycling on the SCCs properties. Four types of

vegetablefibershavebeenstudied,notedFBA,FBB,FBCandFBD.Theydifferintheirgeometric

characteristicsandtheircelluloseconcentrations.Theintroductionoftheshortvegetalfibersin

the formulatedreferenceSCCwithconstantbinderdosagesand 35,0=BW

led toa significant

increase in thepastesdemand forwaterandsuperplasticizer, adecrease in concretedensity,

andanaugmentationinpermeabilitywhichreduceditsmechanicalstrengthanddurability.

Keywords: Selfcompacting concrete (SCC), calcareous filler, vegetable fibres, rheology,

compressivestrength,elasticmodulus.

Tabledesmatires

N LISTEDESNOTATIO SLISTEDESFIGURESLISTEDESTABLEAUXINTRODUCTIONGENERALE.....................................................................................................................................1

1ERChapitre:CONCEPTETFORMULATIONDESBAP

1.CARACTERISTIQUESRHEOLOGIQUESDESBAP...................................................................................................10 ONENTREGRANDEURSSPECIFIQUESEXPERIMENTALESETCARACTERISTIQUE2. CORRELATI S

LOGIQUESDE ..................RHEO SBAP .........................................................................................................................13 ELATIONSENTRELESCARACTERI TIQ3. R S UESRHEOLOGIQUESETLACOMPOSITIONDESBAP.......................16 SISTANCEETDURABILITEDESB4. RE AP................................................................................................................18

UNBAP................................................................................5.LESDIFFERENTSCONSTITUANTSD .......................20ETHODESDEFORMULATIONDESBAP........................

6.M .....................................................................................24

METHODEBASEESURL OPTIMISATIONDELACOM

6.1. PACITEDESMELANGESGRANULAIRES......................24METHODEBASEESURLOPTIMISATION

6.2. DUMORTIER.....................................................................................25

METHODEBASEESU

6.3. RLOPTIMISATIONDELAPATE.......................................................................................266.4.METHODEDEFORMULATIONCHINOISE..........................................................................................................267.BILANETDISCUSSION............................................................................................................................................28

2EMECHAPITRE:MATERIAUXETMETHODESEXPERIMENTALES

1.MAT TILISES.............................................................................................................................................31 IMENTCPACE

ERIAUXU 1.1. C MI52.5N.............................................................................................................................31

RANULATS.............1.2. G .............................................................................................................................................31 INESCALCAIRES..........1.3. F .......................................................................................................................................33 SUPERPLASTI IANT.................................................................. 1.4. F ...........................................................................34 S...............................

1.5. LESFIBRESVEGETALE ........................................................................................................35

HODESDECARACTERISATIOND

2.MET ESBAPALETATFRAIS..........................................................................36ESSAISDECARACTERISATIONDELAP ...... ......... ........

2.1. ATE .. .... ..........................................................................36

SSAISDECARACTERISATIONDESBAP..................

2.2. E .........................................................................................37 ETHODESDECARA

3.M CTERISATIONDESBAPALETATDURCI..........................................................................45

IQUESDESBAP...............................................................................................................

3.1.ESSAISDECARACTERISATIONPHYS 45 SAISMECANIQUES...........................4. ES .............................................................................................48

4.1.Essaidecompressionsimple.......................................................................................................48 ETHODEADOPTE5.M EPOURLAFORMULATIONDESBAP....................................................................................49DOSAGEENLIANT:NFE5.1. N2061.....................................................................................................................50DOSAGEENEAU...................................................................................5.2. ................................................................51DOSAGEENGRANULATS..................................................................................................................................... 15.3. 5

5.4.APPORTERLESCORRECTIONSEVENTUELLESSUR1M3DEBETON...............................................................57FABRICATIONETAJUS5.5. TEMENTDESDOSAGESPOURSATISFAIRELESPROPRIETESRECOMMANDEESDUN

APALETATFRAIS.....................................................................................................................................................58.6.COMPOSITIONDUBAP........................................................................................................................................58

B5

3EMEChapitre : INFLUENCEDES FINESCALCAIRES SUR LARHEOLOGIEET

LESCARATERISTIQUESDESBAP

1.CARACTERI ... .......................................................61 ETERMINATIONDUDOSAGEOPTIMALENEAU............... ................................

STIQUESDELAPATEALETATFRAIS...... ............................... 1.1. D .. .............................................61

ETERMINATIONDUDOSA

1.2. D GEDESATURATIONENSUPERPLASTIFIANT......................................................68ETUDEDELACONSIST

1.3. ANCEDELAPATEENUTILISANTLAIGUILLEDEVICAT............................................70

1.4. SYNTHESEETDISCUSSION..................................................................................................................................74SATION

2.CARACTERI DESBAPALETATFRAIS.....................................................................................................75

UVRABILITEDESBAP..........................................

2.1. O ............................................................................................77 EDE

2.2. FLUIDIT SBAP.............................................................................................................................................81

STABILITEDESDIFFER ESCOMPOSIT ONSDEBAP

2.3. ENT I ..................................................................................83 ONCLUSION...............................

2.4. C .........................................................................................................................83

SATIONDESBAPTEMOI

3.CARACTERI NSALETATDURCI....................................................................................86 ARACTERISTIQUESPHYSIQUES...........................................................................................

3.1. C .............................86

C QUESMECAN

3.2. ARACTERISTI IQUES.....................................................................................................................90REL

3.3. ATIONENTRELESCARACTERISTIQUESMECANIQUESETLHYDRATATIONDESBAP............................923.4.SYNTHESEETDISCUSSION.................................................................................................................................964.BILAN........................................................................................................................................................................97

4EME Chapitre: INFLUENCE DES FIBRES VEGETALES SUR LES PROPRIETES

PHYSIQUESETMECANIQUESDESBAP

1.SYNTHESE .......................................................................................................................99 ESAVANTAGESDESFIBRESCOURTES.........

BIBLIOGRAPHIQUE........ 1.1. L .................................................................................................102

ESINCONVENIENTSDES

1.2. L FIBRES....................................................................................................................102LESPRINCIPAUXDOMAINESDAPPLIC ION

1.3. AT ................................................................................................103

YNTHESEETDIS USSIO .................

1.4.S C N. .............................................................................................................104IMISATIONEXPERIME ALE LA ATERENFORCEE2.OPT NT DE P ...........................................................................104

ESFIB SVEGETALES2.1.PROPRIETESD RE ............................................................................................................104 ETERMINATIONDELAM

D 2.2.D ASSEEAUABSORBEEPARLESFIBRES..............................................................1053. ETERMINATIONDUR PPORT(EEFF/L)MINI....................... ..... ....... ........

2. A ......... ..... ... ................................107

NTHESEETDISCUSSION.........................................

2.4. SY ......................................................................................107UENCEDESFIBR

3.INFL ESVEGETALESSURLESPROPRIETESDUBAPALETATFRAIS................................114

EMARCHEETAJU ELAFORMULATION............

3.1. D STEMENTD .........................................................................114 UVRABILITED FSFIB

3.2. O ESBAPM RES...........................................................................................................117

UVRABILITE

3.3. O DESBAPMFSFIBRESENMILIEUCONFINE........................................................................1194.STABILITEDES FIBRES............... .......................... .....

3. BAPMFS .... ......... ......................................................120

ONCLUSIONS............................................................................. ...........

3.5. C ......... ...................................................121UENCEDESFIBRESVEGETALESSURLESPROPRIETESDUB LETA

4.INFL APA TDURCI..............................122

RESU

4.1. LTATSOBTENUSSURLESPROPRIETESPHYSIQUESDUBAPFIBRE..................................................1224.2.RESULTATSOBTENUSSURLESPROPRIETESMECANIQUESDUBAPFIBRE..............................................1245.BILAN.....................................................................................................................................................................127

SCONCLUSION ETPERSPECTIVES...............................................................................................................129

EFERENCESBIBLIOGRAPHIQUES............................................................................................................135R

ANNEXESNNEXE A : RESULTATS EXPERIMENTAUX: MODELE DE SUSPENSION SOLIDEMODELE DEMPILEMENT

.......................................................................................................................................146ACOMPRESSIBLE..

ICHESTECHNIQUESDESMATERIAUXUTILISES.................................................................164ANNEXE B: F

ATSEXPERIMENTAUX RHEOLOGIEDELAPATENONRENFORCEE..................170ANNEXE C:RESULT DELA

ESULTATSEXPERIMENTAUXDELARHEOLOGIEDELAPATERENFORCEE.........................174ANNEXE D:R

NNEXEE:RESULTATSMECANIQUESDUBAP......................................................................................179A

Listedesnotationsn :Nombredeclassesgranulairesdumlangem :NombredematriauxCt :CompacitthoriquedemlangehCs :CompacitexprimentaledusableC villon

g

:Compacitvirtuelledumlangeumedominante

:Compacitexprimentaledugrai :CompacitvirtuelledumlangesilaclasseiestprsK :Indicedecompactionpourlemlangey :Proportionvolumiquedelaclasseidanslemlangei

:compacitproprevirtuelledunepoudredonnetestesanssuperplastifiant.0i :compacitproprevirtuelleduneclassegranulaire(i)priseindividuellement.

saturationducimentensuperplastifiant.* :compacitproprevirtuellC :compacitrelledunml

edunepoudreangegranulaire.

Ci :compacitintermdiaCex :compacitexprimen

ire tale.p

Cx :compacitmaximaleC th :rapportvolumiqueeau/cimentquiconduituntalementnuldunepte.y ssegranulaire(i)parrapportauvolumesolidetotal.

:capacitthermiquetotaleduncalorimtre.

p

i :proportionvolumiquedelacla :concentrationsolidedubton lebton.g :volumereldesgranulatsdansf :volumedesfinesdanslebton.*i :volumemaximaldisponiblepourlaclassegranulaireitantdonnlaprsencedesautres

classes. max :volumesolidepartieloccupparlaclasseidansunvo

:volumesolidemaximaldesgranulatslumesolidetotal.i

nulaire.K :indicedecompactiondunempilementdegranulats.

serragefinaldunempilementgraodedemesuredelacompacit.

Ki :contributiondelaclasseidesgranulatsau

mK :IndicedeserragecaractristiqueunemthKs :contributionlindicedeserragedusable. compactionpartielsdespoudres.Kp :indices

G :gravilldeon

S :sable.G/S :rapportgravillons/sable. i virtuelledunmla

relatifdunepte.

:compacitvirtuelledumlangesilaclasseiestprsumedominante.ngegranulaireobtenueavecunmaximumdeserrage :compacit

p :talementd :diamtre d aire.

lairecorrespondant50%depassantscumulsdi : iamtremoyenduneclassegranul

duneclassegranualdesgrosgrains

dmi :diamtremdianDmax :diamtremaximDmoy :diamtremoyen

D :diamtredebaseducne.

0

:coefficientdedperditionthermiquetotal.esuressimulesetexprimentales.

artsdem Blaine. :valeurabsoluedesc

S :surfacespcifiquedeent

b

tv :tempsdcoulemE :eautotale.

tot

E ff :eauefficaceSLe

:talement :EtalementrelatifE C :rapportEau/CimenEe :rapportEauefficac

/ t/L e/Liantff

p :viscositplastique0 :viscositapparentedunliquidesuspendant.f :viscositrelativedesgranulatsim

(%)

:viscositdelapterempliedesgranulatsfins mergsdansunepte.g

:indicedestabilitautamisLq :liantquivalent

3Mv :massevolumique(kg/m )M :coupleseuil

0

Mi :massedesgranulatsdelaclasseiQAB :caissonquasiadiabatiquepourbton.

ntlinstantt(J/g)Q(t) :quantitdechaleurdgagelhydratationducimeQ ini(J/g)inf :quantitdechaleurdgageuntempsinf t)( :degrdhydratationducimentlinstantt ) untempsinfini.( :degrdhydratationduciment

t

c :degrdhydratationcritique, :chauffementduneprouvettelinstant

/K.mol).R :constantedesgazparfaits(8,31JRc :rsistancelacompression.R 8j jours

c :rsistancemcanique28

2

:massevolumique(kg/m3)dunepoudre. volumique

p :masse

SP :superplastifiantt :tempsT :temprature(enKelvin) e

0t0 :instantjusteaprslagchT5T

0 :temps500mmdtalement :tempraturederfrence

(Pa)0

0 :contrainteseuildecisaillement :contraintedecisaillement(Pa)

tauVFunneltF :tempsdcoulemenVP :volumedelapteVF :volumedaddition

Listedesfigures

IGUREI AISONENTRELACOMPOSITIONTYPED'UNBETONORDINAIREVIF 1:COMPAR BRE(BO)ETLLED ONAUTOPLAANT(BAP)[TUR04].............................................................................................5CE 'UNBET

FIGUREI2:MODELEDUCOMPORTEMENTRHEOLOGIQUEDUNBETONAUTOPLAANT[WUS05].............11IGURE ORRELATIONENTRELAVISCOSITEETLAMESUREDUTEMPSDECOF I3 :C ULEMENTAUVFUNNELTS03 [U ] ..14

IGURE14:CORRELATIONENTRELESLUMPFLOWETLESEUILDECISAILLEMENT[ESP07].....................15IGURE ACTIONDESSUPERPLASTIFIANTSDEFLOCULATIONDESGRAINSDECIMENT............................ 1

FF I5: 2IGUREI6:INFLUENCEDELAQUANTITEDESUPERPLASTIFIANTSURLETALEMENTETLAVISCOSITEDUNTON[ ETMAT03]..........................................................................................................................................21

FBE SHIIGURE I7: INFLUENCEDE LA FINESSEDUN FILLER SUR LE COMPORTEMENTRHEOLOGIQUEDUNBETONIL01 . .................................................

F[B ]....... ... ...........................................................................................................23

IGURE NALYSEGRANULOMETRIQUE....F II1:A ......................................................................................................32

IGURE BSERVATIONSMICROSCOPIQUES..................................F II2: O ...................................................................33

IGURE URBEGRANULOMETRIQUEDE ILLERSCALCAIRES........................F II3:CO SF ...........................................33

IGURE UELQUESIMAGESDF II4: Q ESFIBRESOBSERVATIONSMICROSCOPIQUES...........................................35

IGURE SSAIDEMINICON .........F II5: E E. .................................................................................................................36

IGURE NEDEF II6: ESSAIDECO MARSH.................................................................................................................37

IGURE IGUILLEVICAT................................................................................................. .....................F II7: A .. .......37

IGURE SSAID ETALEMENTAUCONEDABRAMSETPRINCIPEDELAMESUREDELETALEMF II8: E ENT.......38

IGURE ID'ENTF II9:ESSA ONNOIRUTILISEPOURMESURERLETEMPSD'ECOULEMENTDUBETON...............39

IGURE A EJRING..............................................F II10 :ESSAID ............................................................................39

IGURE B ESUREDETALEMENTENMILIEUCONFIN F II10 : M E (H=HINTHEXT).................................................40

IGUREII11 : A PAREILETDIMENSIONSDELABOITEENL(LBOX)..........................................................40F A PIGURE II11B:REMPLISSAGE DU BETONDANS LA PARTIE VERTICALE DE LBOX ETECOULEMENTDU

ERTUREDELATRAPPE.................. ... .....FBETONAPRESLOUV ..... ....... .......................................................................41

IGURE MESUREDUTAUXDEREMPLISSAGE(H /H 8F II11C: 2 1 0%)...........................................................41IGUREII12:TAMISDE5MM+FONDMESUREDELALAITANCE...................................................................42

F

F II13: D MESUREDELACHALEURDHYDRATATION...................44

IGURE APPAREILLAGEDELAPERMEABILITE.................................

IGURE ISPOSITIFEXPERIMENTALPOURLAF II14: ..........................................................46

IGURE HEMAEXPLICATIFDELAMF II15: SC ESUREDELASEGREGATION..........................................................47

IGURE ACHINEDECOMPRESSIONSCH CKF II16: M EN ...............................................................................49

IGURE PPAREILLAGEPOURLEMODULED'YOUNG..........................................F II17:A ......................................49

IGURE OURBEREPRESENTANTLF II18:C ACOMPACITECALCULEEPARLELOGICIELRENELCPC.............56

IGURE : ENSIONSDUMINICONE........................................................ .. ............................................62F III1 DIM ... .....IGUREIII2A:EVOLUTIONDELETALEMENTRELATIVEENFONCTIONDEVE/VPPOURLAPATEDESFILLERS

F . 62

ERS63FIGUREIII2B:EVOLUTIONDELETALEMENTRELATIVEENFONCTIONDEVE/VPPOURCIMENT+FILLFigureIII3:Relationentrelecoefficientdedformationdesptesetlasurfacespcifiquede

AINE N DEVOLUME.................................................................................BL PARU ITE .................................................65

FIGUREIII4A:RESULTATSDECONEDEMARSHOBTENUSSURLAPATEPURE ................................................66

M ...............................................FIGUREIII4B:RESULTATSDECONEDE ARSHOBTENUSSURLAPATEMIXTE 67

IGURE A VOLUTIONDETALEMENTDELAPATEMIXTEENFONCTIONDESP...............F III5 : E .........................68

IGURE VOLUTIONDUTEMPSDECOULEMENTDELAPATEMIXTEENFONCTIONDESP...................70F III5B:EIGUREIII6:EVOLUTIONDELADISTANCEENTRELAIGUILLEETLAPLAQUEENFONCTIONDELAQUANTITEEAU .. . ..................................................................................................................................

FD ......... . ... .......................71

IGURE A VOLUTIONDEDEBUTDEPRISEENFONCTION /LPOURCHAQUEFILLF III7 : E DEE ER......................72

IGURE B VOLUTIONDE INDE ISEENF TIOF III7 : E F PR ONC NDEE/LPOURCHAQUEFILLER............................73

IGURE A ESULTATSDES UMPF OWETLB XBAP_MFSF III8 : R L L O ..............................................................77

IGURE B ESULTATSDE LUMP LOWET OXF III8 :R S F LB BAP_MFO.............................................................77

IGURE : ESULTATSDE LUMP LOWETLBOXBAP_LFE....................................................F III8C R S F ...........78

IGURE OLUTIONDESLUMPFLOWENFONCTIONDUTEMPS......F III9:EV ........................................................79

IGURE ESSAIDEJRINGPOURMESURERLERISQUEDEBLOCAGE............................F III10A: ............................79

IGUREIII10B:RESULTATSDEJRINGENFONCTIONDUDOSAGEDESUPERPLASTIFIANT............................80F

FIGURE III11: CORRELATION ENTRE LETALEMENT SLUMP FLOW ET LECOULEMENT DANS MILIEU...........................................................................................................................CONFINEJRING ...............81

IGURE )ESSAIDETALEMENTAUCONEDABRAMSET(B)DIMENSIONSDUVFUN ......F III12: (A NEL .........81

IGURE IMENSIONSDELATABLETTEDETALEMENTINDIQUANTLF III13: D ETALEMENTDE500MM.........82

IGURE VOLUTIONDELALAITANCEENFONCTIONF III14: E DUDOSAGEDUSP............................................83

IGURE OURBEDABSORPTIONDEAUDESTROISBAP..............................F III15: C ...........................................86

IGURE LUTIONDELAPERMEABILITEENFONCTIONDELAPOROSITEF III16:EVO ..........................................87

IGURE BSERVATIONDELACARBONATATIONDESTRF III17A: O OISTYPESDEBAP......................................88

IGURE B UIVIDELAMASSEENFONCTIONDELAGEDUBAP.. .......................... ................F III17 :S .. ......... .......88

IGURE : AUTEURDELACARBONATATIONENFONCTIONDELAGEF III17C H DESTROISBAPTEMOINS......88

IGURE VOLUTIONDELARESISTANCEALACOMPRESSIONSIMPLE....................................................91F III18:EIGUREIII19:EVOLUTIONDUMODULEDELASTICITEENFONCTIONDELARESISTANCEALACOMPRESSIONMPLE. ............................................................................................................... .

FSI ..................... ...... ...............................92

IGUREI LUTIONDELATEMPERATUREDESTROISFILLERSA14JOURS(T =19C)................93F II20A:EVO AIGURE III20B: EVOLUTION DE LA CHALEUR DHYDRATATION Q DES TROIS FILLERS A 14 JOURS=19 . ........................................ ........................................................................

F(TA C)....... ... . .......................................93

IGURE VOLUTIONDUDEGRED HYDRATATIONDESTROISBAPA7JOURS........ ............. .F III21: E .. ......... .....95

ONDELAGEDUBAP.....95FIGUREIII22:EVOLUTIONDUDEGREDHYDRATATIONMECANQIUEENFONCTIFigureIII23:Corrlationentrelarsistancelacompressionetledegr

HYDRA ONMECANQIUEETTHERMIQUED TATI .........................................................................................................96

IGURE DIFFERENTSTYPESDEFIBRES......................................F IV1: .....................................................................99

A ...........106FIGUREIV2:MASSEDEAUABSORBEE SATURATIONDESFIBRES.......................................................FigureIV3:EvolutiondurapportEeff/Lenfonctiondeltalementrelatifpourdiffrents

...........107DOSAGESDELAFIBREFBA........................................................................................................................FigureIV4:EvolutiondurapportEtot/Lenfonctiondeltalementrelatifpourdiffrents

OSAGESDELAFIBREFBA...................................................................................................................................108D

FigureIV5:EvolutiondurapportVeff/VLenfonctiondeltalementrelatifpourdiffrents

DOSAGESDELAFIBREFBA...................................................................................................................................109

FigureIV6A:EvolutiondurapportVtot/VLenfonctiondeltalementrelatifpourdiffrents

F REFBA................................................................................................................................... 10DOSAGESDELA IB 1

IGUREIV6B:EVOLUTIONDE COMPACITE EN FONCTIONDUDOSAGEDE FIBRE (EN FONCTIONDE LEAU.. .............................................. .......................................................................................................111

FEFFICACE)....... ... .IGUREIV7: EVOLUTION DU TEMPS DECOULEMENT EN FONCTION DU DOSAGE EN EEFF/L POUR

OSAGESDEFIBRE..................................................................................................... ..........FDIFFERENTSD ... ............112

IGURE OLUTIONDELAFLUIDITEDELAPATERE ORCEE OF IV8: EV NF P URUNDOSAGEDEE/LFIXE...........113

IGURE LEMENTENFONCTIONDUDOSAGEENSPPOF IV9:ETA URFBA.........................................................117

IGURE OLUTIONDES PENFONCTIONDUTEMPS.......................F IV10:EV LUM ...............................................118

IGURE ESULTATSDE OXPOURDIFFERENTSDOSAGESDEFIBREF IV11: R LB ..............................................119

IGURE ESULTATSDEJRINGPOURDIFFERENTSDOSAGESDEFIBRE.............................F IV12:R .................120

IGURE DUDOSAGEENSUPERPLASTIFIANT.................120F IV13:EVOLUTIONDELALAITANCEENFONCTIONIGUREIV14:EVOLUTIONDELAPERMEABILITEDUBAPENFONCTIONDELAPOROSITEPOURDIFFERENTS

SDSAGESDEFIBRE........................................................................FPOURDIFFERENT ..............................................123

IGURE SERVATIONDELASEGREGATIONDESBAPTEMOINSFIBRES............ .............F IV15: OB . ...................123

IGURE VOLUTIONDELARESISTANCEDECOMPRESSIONENFONC IONDEF IV16: E T LAGEDUBAP.........124

IGURE EVOLUTIOINDUMODULEDELASTICITEENFONCTIONDELAGF IV17: EDUBAP..........................125

IGUREI LQUESOBSERVATIONSAUMEB:BAPFIBREETNONFIBRE..............................................126F V18:QUEFIGURE IV19: RELATION ENTRE LA RESISTANCE A LA COMPRESSION ET LE MODULE DELASTICITEOMPARANTLEBAPFIBREETNONFIBRE............................................................................................................126C

ListedestableauxABLEAUI1:CLASSIFICATIONDESBAP[AFGC08]T .................................................................................7ABLEAU ECIFICITESLESPLUSCOT I2: SP URANTESDUNBAPALETATFRAIS[EFN05].................................9

ABLEAU ODELESRHEOLOGIQUES...................................................................................T I3: M .............................12

ABLEAU ARAMETRESRHEOLOGIQUESDELAPATEDECIMENT,MORTIERETT I4: P BETON............................13

ABLEAU AHIERDESCHARGESDESCARACTERISTIQUESRHEOLOGIQUESDE A [T I5: C SB P BET05].............18

ABLEAU XEMPLESDEDIFFE T C M NSUTT I6: E REN ES O POSITIO ILISEESAUJAPON(KG/M3)...........................25

ABLEAU ONSTITUANTSDUBAP(KG/M3),[SUETAL.01]........... ............ .. .....T I7: C ... ...... .. ...........................28

ABLEAU EMPLESDEDIFFERENTESCOMPOSITIONSUT I8:EX TILISEESENFRANCE(KG/M3).........................28

ABLEAU OMPOSITIONCHIMIQUEDUCIMENTUTILISE...........................................T II1: C ...................................31

ABLEAU ARACTERISTIQUESPHYSIQUESETMT II2: C ECANIQUESDUCIMENTEMPLOYE..................................31

ABLEAU ARACTERISTIQUESDESGRA ULATS............... ...........T II3: C N .... ..............................................................32

ABLEAU ARACTERISTIQUESPHYSICO CHIMIQUESDES ILLERS..T II4: C F ...........................................................34

ABLEAU C RACTERIST UESPHYSICO IMIQT II5: A IQ CH UESDUCIMFLUID2002................................................35

ABLEAU PHYSIQUESDESFIBRES........................................... ......T II6: PROPRIETES . .........................................35

ABLEAU ECAPITULATIFDESDIFFERENTSESSAISDEQUALT II7: R IFICATIONDUNBAP................................43

ABLEAU ERIFICATIONDELHOMOGENEITEENPLACEDUBT II8:V AP.............................................................48

ABLEAU R PRIETESPHYSIQUESDESGRANULATSU LISES................................T II9:P O TI ....................................51

ABLEAU : OMPACITEEXPERIMENTALEDUSABLE(AVECETSANSVIBRATION)......T II10 C ............................52

ABLEAU NTALEDUGRAVILLON(AVECETSAT II11: COMPACITEEXPERIME NSVIBRATION)..........................53

ABLEAU ECAPITULATIFDELACOMPACITEDUMELANGEBINAIRET II12: R (MEC)........................................54

ABLEAUII13:RECAPITULATIFDELACOMPACITEDUMELANGEBINAIRE(MSS).........................................54T

ABLEAUII14:RECAPITULATIFDESRESULTATSDURAPPORTTSG

....................................................................56

T II15 CO ..................................................................................59

ABLEAU A ESULTATSOBTENUSSURLAPATEPURE.

ABLEAU : MPOSITIONDUBAPUTILISEE...............T III1 : R ................................................................................63

ABLEAU B ESULTATSOBTENUSSURLAPA XTET III1 : R TEMI ................................................................................64

ABLEAU A VALEURSEXPERIMENTALESDE[BRO05]........................T III2 : ......................................................65

ABLEAU B VALEURSEXPERIMENTA RAVAIL........... .......... ......... .......T III2 : LESOBTENUESDANSCET .... ... ... ......65

ABLEAU A DOSAGESMINIMAUXDE OBTENUSPARL ESSAIDECONEDE ARSH PATEPURE)T III3 : E/L M ( ....66

ABLEAU :DOSAGESMINIMAUXDET III3B E/LOBTENUSPARLESSAIDECONEDEMARSH(PATEMIXTE)..67

ABLEAU :DOSAGEMINIMALENEAU........................................................................T III4 ......................................67

ABLEAU A OINTSDESATURATIONDE OBTENUSSURPATEAUMINICONE........T III5 : P SP .............................69

ABLEAU B:POINTSDESATURATIONDESPOBTENUSSURT III5 PATEAUCONEDEMARSH............................69ABLEAU D SAGEASATURATIONENUPERPLASTIFIANT(%T III6: O )..................................................................70

ABLEAU : SULTATSDELACOMPACI EDE

T III7 RE T CHAQUEPATE......................................................................72

ABLEAU A ESULTATSDEL ESSAIDEVICAT.................................T III8 : R ..............................................................73

ABLEAUIII ESULTATSDELINFLUENCEDESUPERPLASTIFIANT.............................................................74T 8B:RABLEAU III9: DOSAGE A SATURATION EN SUPERPLASTIFIANT (%) POUR LES BAPMOINS.............................................................................................................................................75

TTEABLEAU III10: RESULTATS DRECAPITULATIFS DES DIFFERENTS ESSAIS DE CARACTERISATION DESP.. ..............................................................................................................................................

TBA ............... ..........76

ABLEAUI E LTATSRESULTATSDELAVISCOSITEMESUREEPOURLESTROISBAPTEMOINS T II11:R SU ..82ABLEAU III12: RESULTATS COMPARATIFS DU COMPORTEMENT RHEOLOGIQUE DES TROIS BAPMOINS ........................................................................................

TTE ............ .....................................................85

ABLEAU MPOSITIONETDOSAGEDESTROISBAPTEMT III13: CO OINS................................................85

ABLEAU SULTATSDELAPOROSITEPOURLESTR AP........T III14: RE OISB .......................................................86

ABLEAU ESUREDELASEGREGATIONDESTROISBAPTEM ...............T III15: M OINS .......................................89

ABLEAUI ERIFICATIONDELHOMOGENEITEENPLACEDESBAPTEMOINS......................................89T II16:VTABLEAU III17: PARAMETRES MATERIELS OBTENUS EN UTILISANT LA REGRESSION LINEAIRE DELEVOLUTIONDELARESISTANCEALACOMPRESSION.............................................................................................91

T IV1: R ...................................................................101

ABLEAU OMPARATIFDESCOUTSDE

ABLEAU ECAPITULATIFDESPROPRIETESDESFIBRES.....T IV2: C SFIBRESVEGETALES..................................................................103

ABLEAU RINCIPALESAPPLICATIONS..............................................................T IV3: P .......................................104

ABLEAU ROPRIETESPHYSIQUESDESFIBRES......................................T IV4: P .................................................105

ABLEAU ESULTATSDELAMASSEDEAUASATURATIONDET IV5:R SFIBRES................................................107

ABLEAU OSAGEDESQUATREFIBRESENVOLUMEDELIANT...................................T IV6: D ............................108

ABLEAU SULTATSDESDOSAGESOPTIMAUXENEAUPOURLAPATEDESFIBREST IV7: RE ............................109

ABLEAU ESUREDE ET ENFONCTIONDELEAUEFFICACE............... .T IV8:M P P .. .......................................111

ABLEAU OSAGESMINIMAUXENEAU(E /L) POURLAPATEFIBREE........................................113T IV9:D EFF MINABLEAUIV10:TABLEAURECAPITULATIFDESDIFFERENTSESSAISDECARACTERISATIONDESBAPFIBRESRLAFIB ................................................................

TPA REA........ ..................................................................................116

ABLEAU OSAGESMINIMAUXENDEBAPFIBRES........................................................ ...T IV11: D .. ....................117

ABLEAU ESULTATSDELAVISCOSITE E ONTRAINTEDECISAILT IV12: R P TLAC LEMENT0.................118ABLEAU RIETESD PTEMOINSRENFORCES.......................

T IV13: COMPOSITIONETPROP ESBA ..................121

ABLEAUIV14:RESULTATSDELAPOROSITEDUBAPPOURDIFFERENTSDOSAGESDEFIBRE.................122T

ChapitreI:CONCEPTETFORMULATIONDESBAP

1

INTRODUCTIONGENERALE

Lidedudveloppementdunbtontrsfluidequinencessitepaslorsdesafabricationlamise

en place des systmes de vibration a t lance en premier lieu par des chercheurs de

luniversitdeTokyovers1980.Leurobjectiftaitdesupprimerlesoprationscoteuseslies

lavibration,et leressuageafindaccrotre laproductivitduchantier.Cesbtonssontconnus

sousladnominationBAPcommeBtonsAutoPlaantsouSCCcommeSelfCompacting

Concrete. Depuis, les grands groupes industriels japonais (Taisei, Kajima, Obayashi, etc.) ont

commercialislesBAPvulesintrtstechnicoconomiquesquilsprsentent:

9 n l n nenchantier.Unediminutiondutempsduperson el orsdelamisee placedubto

9 Obtention dune meilleure qualit du bton, in situ, pratiquement indpendante dusavoirfairedesouvriersdurantlaralisation.

LesBAPprsententdautresavantagesquisontloriginedeleurdveloppementcroissant:

9 Offredegarantiedersultatsenmatiredequalitdeparementbrut.Cetavantageestdifficilevaluerconomiquement.Ilfaut,toutefois,noterquilvitetouslestravauxettouteslesdpensesliesauxreprisesetauxragrages,cequinestpasngligeable.

9 Possibilitderaliserdesstructuresdes formeshypercomplexes.Lesarchitecteset lesmatres d'ouvrage sont trs friands de ce genre de nouveauts qui leur offre despossibilitsdecrativitextraordinaires.

9 Bonnepompabilitpermettantletransportsurdepluslonguesdistances,maisaussietsurtoutlinjectiondubtondanslecoffrage,cequivadanslesensduneamliorationdelaqualitdesparements.Linjectiondubtonparpompageaupieddescoffragesapourconsquence de chasser lair vers le haut, supprimant ainsi quasiment les risques debullagesur lesparements.En lemettantenuvredecette faon,onsupprimeundesproblmesinhrentscetypedebton,voquprcdemment.

9 Rduction importante des nuisances sonores sur le chantier du fait de labsence devibration.Enliminantloprationdevibration,onlibredutempsdegrue.

CertainsfacteurspeuventconstituerunfreinquantunegrandediffusiondesBAP:

9 LeBAPexerceunepoussesurlescoffragesplusimportantequunbtonclassique.Lescoffrages doivent tre dimensionns et conus pour rsister ces contraintesmcaniques aux quelles sajoutent des conditions dtanchits structurales. Cecientraneun cot supplmentairedquipement. Enplus, lutilisationdesBAP impliqueunchoixrigoureuxdutypedhuilesoudeciresdedcoffrageafindelimiterlesrisquesdedfautdeparement.


2

9 LeBAPexige lutilisationdesadjuvants,des finesetundosageencimentpluslev. Ilcotedoncpluscherquunbtoncourantrsistancemcaniquequivalente.

9 LeBAPestde formulationcritique.Cela signifiequilperd saqualificationdeBAP lamoindre variation du dosage des diffrents constituants. Il doit donc faire lobjet duncontrlepermanentlaproduction.

9 Lefaibleressuagedesbtonsautoplaantslesrendplusvulnrablesvisvisdeseffetsduretraitplastique.

Les premires tudes effectues sur les BAP visaient essentiellement mettre au point des

formulationsquirpondentdesexigencesdefluidit.Denombreuxtravauxonttconsacrs

ltudedesformulationsappropriesauxBAP.Lescompositionstiresdelalittrature[SED99],

[SON03(b)], [XIE01], [BOU00]et [BOS03]soulignentque lesBAPcontiennentunvolumede

fines plus important que les btons classiques et incorporent des adjuvants tels que le

superplaslifiant et ventuellement un agent de viscosit. Le volume de pte (ciment + eau +

adjuvants + fines + ventuellement les sables fins) dans les BAP est plus lev que dans les

btons classiques typiquement entre 330 et 400 l/m et la taillemaximale des granulats est

limite20millimtres[AFGC00(a),AFGC08(c)].Cependantonretrouvedanslalittraturedes

BAPcontenantdesgranulatsdeDmax=25mm[KHA98(b)].

Malgr le nombre de travaux importants quon dnombre dans la littrature sur les BAP:

mthodesde formulation,durabilitet caractrisationmcanique,desverrous technologiques

mritentdtrelevs:

9 Recherche dune mthode de formulation peu coteuse mais conduisant des BAPHautesPerformances.

9 QuelleseraitlinfluencedelafinessedesfillerscalcairessurlarhologiedesBAPetsursescaractristiquesaujeunege?Estcequelesadditionsfillerspeuventtreajoutesen substitution au ciment tout en gardant les exigencesmcaniques et de durabilit?Estilncessairederajouterunagentdeviscosit?

9 LavalorisationdesdchetsdecartonseprsentantsousformedefibrescourtesdanslesBAP conduitelle des solutions viables en termes de mise en uvre, de rsistancesmcaniquesetdedurabilit?

Lesobjectifsdecetravailsontdamenerdesrponsescesquestions.Lemmoireestcompos

dequatrechapitres:

Le premier chapitre est un tat de lart sur les travaux raliss sur les BAP en termes de

formulation,derhologie,depropritsmcaniquesetdedurabilit.

Ledeuximechapitreprsente lesmthodesexprimentalesainsique lesmatriauxutiliss.

Lamthodede formulationadopteatdtaillepourunBAPdeclassedexpositionXF2et


3

eundevantrpondr eclassedeconsistancedetype 265moyenD cm= .Loptimisationdudosage

des granulats ( )G S+ . Le modle de lempilement compressible a t utilis pour trouv le

rapportGS.Lesdosagesenmassedechaquegranulatsontbasssurladfinitiondunfacteurde

compactage(PackingfactorPF)quireprsentelerapportentrelamassevolumiqueapparente

de lempilementgranulairecompactparvibrationet lamassevolumiquedusquelette ltat

empilsanscompactage.

Letroisimechapitreestconsacrenpartieladterminationdudosageminimaleneauetdu

dosagedesaturationensuperplastifiantbasesurdesessaiseffectussur lapte: aiguillede

Vicat,minicneetcnedeMarsh.Linfluencedelafinessedesfillerssurlademandeeneau,en

ia o a h superplastif ntetsurlarhol giedesptes tappr ende.

Vingt deux compositions de BAP ont t fabriques et une compagne exprimentale a t

ralisepourdfinirlacompositiondesBAPtmoins(SlumpFlow,LBox,JRingetStabilitau

tamis).Leurscaractristiquesphysiquesetmcaniques,ontttudiesauregarddelafinesse

descalcairesentermesdemaintiendouvrabilitderobustessedeformulation,dersistanceset

dedurabilit.

Lequatrimechapitreestunerflexionsurlesapportset lesinconvnientsdelintroduction

dansunBAPtmoindes fibresvgtales issuesde lavoiedurecyclage.Quatretypesdefibres

vgtalesonttslectionns.Ellessediffrencientparleurscaractristiquesgomtriqueset

la teneur de cellulose quelles contiennent. Cette partie sarticule autour de deux points

essentiels: ltudede la rhologiede lapte renforceparces fibreset ltudedesproprits

mcaniques des BAP fibrs. Les BAP fibrs doivent rpo dre aux exigences suivantes: classe

dexpositionXF2etclassedeconsistancedetype 265moyenD cm= .Onmontrequecesfibressont

fortement hydrophobes; le dosage en eau qui en dcoule est leve et conduit des BAP

aiblesrsistancesmcaniques.

n

f

1erChapitre:

CONCEPTETFORMULATIONDES

BETONSAUTOPLACANTS


Les BAP se distinguent des btons ordinaires principalement par un dosage en lments fins

plusimportant(FigureI1),parunegrandefluiditgarantissantunemiseenplaceaise,parun

volumeengravillonsplus faibleetpar leurcapacitdemoulage,denrobageetdecompaction

ousleseuleffetdelagravit.s

FigureI1:Comparaisonentrelacompositiontyped'unbtonordinairevibr(BO)etcelle

d'unbtonautoplaant(BAP)[TUR04].

Les BAP sont classs en trois catgories suivant leur domaine dutilisation. Le classement

seffectuesuivantlavaleurdelintervalledcoulementnotIquidsignelepluspetitespace

traverslequellebtondoitscoulerpourremplircorrectementllmentbtonner,letype

dapplication (horizontale ou verticale) et lpaisseur (dans le cas dapplication horizontale).

CetteclassificationselonlAFGC[AFGC08(c)]estrsumedansleTableauI1.

5


7

TableauI1:Class 08(c)].ificationdesBAP[AFGC

nhoApplicatio rizontale Application

rtve icale Epaisseur m300m Epaisseur>300mm Longueur

maximale de

che i ntm neme


faiblement rmsceluideclasseSF3estddiaux ouvragesf rtementferraills.

Lessai au cne dAbrams permet, galement, destimer visuellement le risque de

sgrgationstatiquedubtonpareffetdegravitetquisemanifesteparlaccumulation

desgrosgrainsaucentredelagaletteetparlaformationduneauroledelaitanceses

extrmits. Cependant, lobtention dune galette homogne est ncessaire mais non

suffisante[SED99]pouravoirunbtonneprsentantpasdephnomnedesgrgation

statique. Si ltalement final est reli la contrainte seuil dcoulement, la vitesse de

ltalementdonneune indicationsur laviscositdubton.Onmesuregnralement le

temps coul pour obtenir une galette de diamtre 500mm, grandeur dsigne par

T500.Cettedernirecaractristique,viscosit,estpluscommunmenttudietravers

lessaiauVfunnel.

a o

Essai au Vfunnel: Cet essai permet dvaluer la mobilit dun BAP en milieu nonconfin[OZA95].Ilfournituneindicationsurlaviscositdubtonenmesurantletempsdcoulement de 12 litres de bton travers un entonnoir de section carre. Plus letempsdcoulementestlongmoinslebtonestfluideetplusilestvisqueux.Daprslesspcificationsdeuxclassesdeviscositonttdfinies[EFN05]:

o VF1si letempsdcoulement t estinfrieur8s.CetteclassecorrespondT5002s.

o VF2 pour un temps dcoulement compris entre 9 et 25 s. Cette classecorrespondT >2s.500

LessaidelaboteenLLBoxdcritlamobilitduBAPenmilieuconfinainsiquesarsistancelasgrgationdynamique.LapartieverticaleduLestrempliedebtonenuneseulefois.Aprsouverturedelatrappe,lebtonscouletravers3armaturesdediamtre=14mmdistantesde39mm[AFGC00(a)].Aprscoulement,onmesurelahauteur dans la partie verticale H1 et celle dans la partie horizontale H2 et oncalcule le taux de remplissage final H2/H1 qui renseigne sur la capacit du BA cheminer enmilieu confin.Une valeur de ce rapport suprieure 0,8 traduit unboncoulementduBAPenmilieuconfin.LaviscositduBAPenmilieuconfinpeuttreapprcieenmesurantletemps

8

sgrgation.

Le tableau I2 regroupe lensemble des valeurs prconises pour un BAP en se rfrant aux

principauxessaisralisssurlebtonltatfrais.

dcoulement.

Lessai de stabilit au tamis permet de caractriser laptitude du BAP resterhomogneaprssamiseenplaceet jusquaudbutde laprise.LeBAPdoitdemeurerstablesousleffetdelagravitetnedoitpasprsenterdessignesderessuage.Lessaidestabilit au tamisdveloppparGTM[AFGC00(a)] consisteprleverunequantitdebtonfrais(4,80,2kg)dunchantillonde10litresmisaurepospendant15mn,deladversersuruntamisdemaille5mmavecunehauteurdechutede50cmetdepeseraprs2minuteslalaitancequiatraversletamisPlaitance.Lindicedestabilitvisvisdurisquedesgrgationestlerapportentrelamassedelalaitanceetlamasserellede lchantillondebtonverssur le tamisPchantillon.Ainsiunpourcentagelevdelindice de stabilit, , exprim en % est un indicateur dune faible rsistance la


leauI2 sco tatfrais[EFNTab

Essais

:Spcificitslesplu

Grandeurspcifique

urantesdunBAPl

Valeurrecommande

05].

Photos

Etalement ( )SF mm 650 750SF

Etalement 500T 5002 5T

Tamis ( )% 2 15

LBox ( )2 1 %H H 80

VFunnel: ( )vt s 8 1vt 2

9


DautresessaissurlesBAPltatfraispeuventtreconduits:lessaidelaboteenUquipermet

decaractriserlamobilitdubtonenmilieuconfinetlafacilitdesamiseenplace,leJRing

testutilispourvrifierlacapacitdunbtonscoulertraversdesarmatures.

Les grandeurs spcifiques mesures travers ces essais sont, gnralement, relies au seuil

dcoulement et la viscosit des btons, deux caractristiques fondamentales permettant la

description du comportement rhologique des btons. Ainsi, on associait souvent lessai

dtalement au seuil dcoulement et lessai VFunnel la viscosit du mlange [DOM 97(b)].

Depuis, de nombreuses tudes ontmontr que la dtermination de ces caractristiques doit,

galement,tenircomptedelacompositiondesbtons[WALL06(b)].

1.CARACTERISTIQUESRHEOLOGIQUESDESBAP

Ledveloppementderhomtresddisltudedelarhologiedesbtonsfrais[HU95],[DE

LAR00(e)]et[TAT91(b)]apermisdidentifierlecomportementdesbtonsltatfrais.Plusieurs

modlesontttablis (Tableau I3)etbeaucoupde travauxont traitde lapertinenceetde

ladaptabilitdecesmodlespourdcrirelecomportementrhologiquedesbtons[ATZ85(b)].

Il en ressort que le modle de HerschelBulkley (Eq. I1) permet la meilleure description de

lcoulementdesbtons.

(Eq.I1) 0n

K = + O

estlacontraintedecisaillement(Pa), o leseuildcoulementencisaillement(Pa), lecoefficient de viscosit ou facteur de consistance (Pa.sn), n lindice de viscosit et

K

t = la

vitesse de dformation (s1). Si n>1 le bton est dit rhopaississant, si n


Enpratique,onconsidrequelecomportementdesbtonsltatfraissapparenteceluidun

fluideviscoplastiqueseuiletsuitlemodledeBingham(Eq.I2).

(Eq.I2) 0 = +

o o leseuildcoulementencisaillement(Pa), la scositplastique(Pa.s).Cemodleatdiffusgrceauxtravauxde[TAT91(b)].IldcouledeceluideHerschelBulkley

quand lindice 1n . Il est frquemment utilis pour modliser en premire approche lecomportementdesBAP.Cependant,lemodledeBinghamnepermetpastoujoursdemodliser

lcoulement des BAP [DE LAR 98(d)]. En effet, son utilisation peut conduire lobtention de

seuils dcoulement ngatifs. [FER et al. 98(a)] ont, alors, propos un modle de Bingham

modifibassurlemodledeHerschelBulkleymaisnecontenantquedeuxcaractristiques

rhologiquesindpendantes.Lavaleurduseuildcoulement, o

vi

,obtenueparextrapolationenadoptant le modle de HerschelBulkley est conserve alors que la viscosit plastique est

estimeenadoptantlemodledeBingham(figueI2).Lexpressiondelaviscositest,alors,en

fonctiondesautresparamtresdumodledeHerschelBulkley:

(Eq.I3) 13

2

n

K

n = +

i

C

oupl

e

11

FigureI2:Modleducomporteme trholo quedunbtonautoplaant[WUS05].Pour lesBAP, certains auteurs [FEY07(a), FEY08(b)] ontproposunmodlebas sur celuide

Bingham(Eq.I4)permettantdedcriredefaonsatisfaisantelcoulementdecesmatriaux.

n gi

Nombre de tours


12

(Eq.I4) 2

o C = + +

TableauI3:Modlesrhologiques.

Rfrences Equation

Newonian[HU95]=

Bingham[TAT76(a)]+= 0

HerschelandBulkley[ATZ85(b)]

+= nK 0

Powerequation[ATZ85(b)]

= nA

n=1coulementnewotonien

n>1cisaillementpaississant

n


lacontributiondelaphasesolideet celledelaphaseliquide.Audelduseuildcoulement,o ,lacontrainteappliqueestsuffisantepourvaincrelesfrottementsinternesdesgrainssolides

etpourentranerlcoulementquisetraduitpardesmouvementsrelatifsdesgrainssolideset

parlacirculationdelaphaseliquidedanslaporositintergrains.

Le tableau I4 rsume les plages de valeurs de ces caractristiques rhologiques pour les

matriauxcimentaires[BANF00].

uI4: tresrho sdela nt,du retdubTablea

M

Param

Ptede

ciment,coulis

logique

Mortier

ptedecime

Btonfluide

mortie ton.

Bton

ordinaireatriaux

Bton

autoplaant

Seuilde

cisaillement

(N/m)

10100 80400 400 50200 5002000

Viscosit

plastique

(Ns/m)

0.011 13 20 20100 50100

Rupture

structurelleSignificative Ngligeable aucune Aucune aucune

2.CORRELATIONENTREGRANDEURSSPECIFIQUESEXPERIMENTALESH BAPETCARACTERISTIQUESR EOLOGIQUESDES

Plusieurs chercheurs se sont intresss trouver des corrlations entre les caractristiques

rhologiques( ,o p )et lesgrandeursspcifiquesobtenuestravers lesessaisempiriques lesplus couramment utiliss ( 500 2 1, , , ,...vT SF H H t ). La majorit des auteurs saccordent sur la

ncessit de recourir aumoins deux essais empiriques diffrents pour tablir des relations

entre grandeurs spcifiques et caractristiques rhologiques des btons [DOM et JIN 99(c)].

Ainsi,ilestmaintenantadmisquelaviscositestcorrleautempsdcoulementmesurauV

funnel[UTSetal.03],[EMB99],[JIN02],[PARR05]et[SCH06](figureI3)alorsqueleseuil

decisaillementdpenddeltalement[DELARetal.98(d)],[JIN02],[WALL06(b)].

13


FigureI3:Corrlationentrelaviscosit uredutempsdcoulementauVfunneletlames[UTS03].

LessaiaucnedAbramsestlundesessaisempiriquesleplusutilis.Onentiredeuxgrandeurs

spcifiques: ltalement SF et le tempscoulpourobtenirunegalettedediamtre500mm

500T .

Unerelationsimplesembleexisterentre le seuildcoulementet ltalementdunBAPtablie

parKurokawa[KUR94(a)]citedans[JIN02]:

(Eq.I5) 81025 3

BAP cne

o

g VSF =

O BAP estlamassevolumiquedubton,glacclrationdelapesanteuretVcnelevolumeducnedAbrams.

[COUS96]aproposdexprimerltalementenfonctionduseuildecisaillementetdelamasse

volumiqueduBAP BAP :

(Eq.I6) 1 5

279 BATo

Sedran [SED 99] a propos, suite un grand nombre dessais exprimentaux, une autre

expressionreliantleseuildecisaillementltalement:

SF =

(Eq.I7)

14

1174808 oBAP

SF =

Danscesexpressions

o estmesuravecunrhomtre.


Onretientquunerelation linaireexisteentre ltalementet leseuildecisaillementmaisque

on.

SF

lesparamtresdpendentdelacompositiondubt

Dautresexpressionsonttutilisespourrelier o tellesquecelledveloppepar JIN[JIN02](Eq.I8).

exp oSF = (Eq.I8)

Avec , et

15

desrelsp sitifs.[ESP 07(a)] propose une autre expression permettant de relier

o

SF o en testant 550formulationsdeBAP(FigureI4)(Eq.19).

(Eq.I9) ( )124.65 1071.82oSF Ln = +

FigureI4:Corrlationentreleslumpflowetleseuildecisaillement[ESP07(a)].

Haddad[HAD07]areportsurunmmegraphiquesesrsultatsexprimentauxetceuxobtenus

parSedranetconclutquelesparamtresdeformulationnontpasdeffetsurlarelationentrele

seuildecisaillementetltalementetquecetterelationestdcriteparlEq.I10.

(Eq.I10) 727 1398 oBAP

SF =


La deuxime grandeur spcifique obtenue partir des essais au cne dAbrams est le temps

coulpourobtenirunegalettedediamtre500mm 500T .Certainsauteurs[KURetal.94(a)]ont

montr que, 500T ne dpend pas uniquement de la viscosit mais galement du seuil decisaillement o (Eq.I11).

16

(Eq.I11) 3 3

5002 2

40 10 25 100,0545 1 1BAP TSF SF =

Sedran[SED99]aproposunenouvelleexpressionreliantlaviscositplastiqueauxgrandeurs

spcifiquesobtenuespartirdelessaiempiriquelecnedAbrams(Eq.I12).Cetteexpressiona

tvalidepartirdungrandnombredessaisempiriquesralisssurdiffrentesformulations

deBAPcaractriss,galement,auBetRheom,

(Eq.I12) ( ) 5000,026 2,391000BAP SF T =

Rcemment[ESP07(a)]aralisunecampagnedessaissur550formulationsdeBAPetatablit

unenouvellequationpourrelier et o500T (Eq.I13)

(Eq.I13) 500T

0,002 o= Les diffrents rsultats prsents confirment lexistence de relations entre les grandeurs

spcifiquesmesures travers les essais empiriques et les caractristiques rhologiques des

BAP.Cependantlesparamtresdecesmodlesvarientsouventenchangeantlacompositiondu

bton.

3. Relations entre les caractristiques

rhologiquesetlacompositiondesBAP

Beaucoupdetravauxsaccordentsurlefaitquelesparamtresquigouvernentlouvrabilitdun

nBAPdpendantforteme tdeleurcomposition[FEY08(b)],[FER07(a)],[FER00(b)]et[WALL06(b)].

DeLarrard[DELAR00(e)]sestintresstablirdesrelationsentrecompositionetproprits

desbtonsnotammentlespropritsrhologiques.Lesprincipauxconstatssontlessuivants:

Laviscositplastiqueestcontrleparlaconcentrationdeslmentssolides.Unmodleempiriqueesttablisurlabasedediffrentstypesdemlangesmatricecimentaireneprsentantpasdesgrgation.


17

(Eq.I14) maxexp a b =

Lesparamtresaetbsontdesconstantes sensiblesauprotocoleopratoireetsontdtermines exprimentalement,

est la concentration solide du bton et max est laconcentrationsolidemaximaleobtenueencalculantlacompacitdusquelettegranulairesecavecunindicedeserragegal9.

Ilfautnoterqueledosageensuperplastifiantetlaquantitdairocclusdanslaformulationapeu dinfluence sur la viscosit. Il apparat que le superplastifiant qui joue le rle dundfloculantdesgrainsdecimentaffectepeulaviscositdesBAP.

Ainsi pour augmenter la fluidit dun BAP il faut augmenter la quantit deau ce quiprovoqueunediminutionde ouencoremaximiser max en augmentantlacompacitdusquelettegranulairesec

Leseuildecisaillementestlersultatmacroscopiquedesfrottementsintergranulaires.Cersultatnedpendpasquedunombredegrainsencontactmaisgalementdeleursgomtries et de leurs tailles. Si la prsence dun superplastifiant influe peu sur laviscosit,elleaffectesignificativementleseuildecisaillement.Eneffetenjouantlerlededfloculant, le superplastifiantpermetdunepartunaccroissementde lacompacitdubtonetdautrepartunemeilleurelubrificationdessurfacessolidesconduisantunebaisse des frottements intergranulaires. Le modle propos pour dcrire le seuil decisaillementestlesuivant:

(Eq.I15) ( )3

' '

1

poudre dflocule

exp 2,537 0,736 0,216log 0,224 0,910 1n

Po i i

i Pgranulats

dSd KdS

=

= + + +

pK

Avec 'iK sont des indices de serrage de chaque classe granulaire et sa grosseur

moyen

id

ne.

'PK est lindicedeserragedelapoudre, PdS ledosageensuperplastifiantet PdS le

dosagesaturationdusuperplastifiant.

SedranetdeLarrard[SED,DELAR99]ontdfiniuncahierdecharge(tableauI5)quia

treprisparBethmont[BET05]etTrucry[TUR04]etbiendautreschercheurs.


TableauI

[BET05].

5:CahierdeschargesdescaractristiquesrhologiquesdesBAP

Proprit Recommandation

'PK 3,3

'gK 1

( )o Pa 500 ( .Pa s) 200

HADDAD[HAD07]aproposunemodificationdelquationEq.I16:

[ ]' '1

exp 2,6 5,5 0,7 2,3i

neau additions

o g i P pipte additions ciment

poudre dfloculegranulats

V V a K dS KV V

=+

= + + + +

(Eq.I16)

O ( )0,736 0, 216logig i

a d= . Ellemontre travers une large compagne exprimentaleconduite sur un grand nombre de formulations de BAP et en utilisant le modle delempilementcompressibleque:

(Eq.I17) n

' et ' 1

1,92ig i

ia K

= 2,57pK

4.RESISTANCEETDURABILITEDESBAP

Domone [DOM 07(b)] a fait une synthse des principaux travaux qui concernent ltude des

principalespropritsmcaniquesdesBAPdurcis.Apartirdelanalysedeplusde70tudes,il

conclut equ :

Le rapport entre la rsistance la traction et la compression des BAP est a priori

18

similaireceluidesbtonsvibrs,BV.

Larsistancelacompression,particulirement,aujeunegedesBAPestmeilleurequecelle des BV. Ceci est principalement d laddition des fillers calcaires dans laformulation des BAP qui provoquent une augmentation du degr dhydratation desbtons ainsi qu lintroduction des superplastifiants. Assi [ASS 04(a)] est arriv lamme conclusion en testant des btons vibrs et autoplaants ayant un rapporteau/liantquivalentsimilaire.


LemodulelastiquedesBAPdiffrepeudeceluidesBVsilerapportG/Sestsimilaireetest infrieur 1. Si le rapportG/S est plus levpour lesBVquepour lesBAP, il endcoule des valeurs du module dlasticit des btons autoplaants plus faibles quecellesdesbtonsvibrsauxquelsilssontcompars.Eneffet,lemoduledubtondpenddesproportionsvolumiquesdesesconstituantsetdeleurmodulerespectif.Eneffet,lesBAPsontformulsdetellesortecequelevolumedelaptesoitplusimportantetlesproportionsgranulairesplusfaiblesquelesBV.

Des relations existent entre le module lastique E dun bton et sa rsistance la

compression cf .Persson[PER01(b)]atabliunerelationdcriteparlquationI18valable

aussibienpourdesBAPetdesBV.

19

(Eq.I18) 3,75 cE f=

UnerelationdummetypeattiredesrsultatsdASSIE[ASS04(a)]obtenusentestantdes

BAPetdesBV.Ilmontreque:

(Eq.I19) 4,64 cE f=

Cette quation est trs proche de celle prconise par le modle de lACI 31889 [ACI 92]

(

4,73 CE = f )maiselleestrelativementdiffrentedelaformulerglementairedumodule( 1 3 11000 ij cjE f= ).Les trois principaux mcanismes physiques responsables de la dgradation des btons par

linfiltration de gaz (O2 et CO2) ou de liquides corrosifs sont la permabilit, la diffusion et

l'absorption.Ladurabilitdubtondpenddesacapacitempchercessubstancespntrer

bles.seloncestroismcanismesdcoulementpossi

Assi[ASS07(b)]estarrivauconstatsuivant:

les btons autoplaants possdent une permabilit intrinsque infrieure celle desbtonsvibrsclassedersistancequivalenteetpourdesporositsaccessiblesleaucomparables.[ZHUetal.05(b)]ontobtenudesrsultatssimilairesetontmontrqueceteffetestdlajoutdesfillers.CettetendancesinversepourunBAPformulsansfillersmaisavecunagentdeviscosit.

Lesbtonsautoplaantsetvibrsontunersistancequivalente ladiffusiondesionsdechlorurepouruneclassedersistancedonne.Lesrsultatsobtenuspar[ZHUetal.05(b)] rvlent que les BAP ont une meilleure rsistance la diffusion des ions dechloruresquelesBVpourunersistancedonne.

Les coefficients dabsorption capillaire dtermins lors des essais indiquent que lecomportement des btons autoplaants est comparable celui des btons vibrscorrespondants.Cesrsultatssontdiffrentsdeceuxobtenuspar[ZHUetal.05(b)]qui


affirment que les BAP formuls avec des additions fines sont caractriss par unemeilleurersistanceladiffusionetlabsorptiondesliquides.

Lessaidecarbonatationacclrmontreque,gnralement,lesBAPsecarbonatentavecunecintiquesimilairecelledesBVpouruneclassedersistancedonne[ASS07(b)].

Desdiffrentestudes,ilressortqueladurabilitdesBAPdpendfortementdesparamtresde

compositionentermesdecompacitetdenaturechimiqueduliant.Lesrglesapplicablespour

les btons ordinaires restent valables pour les btons autoplaants (Norme NF EN 20611)

Fascicule65AduCCTG,normesdeproduitsprfabriqus).

5.LESDIFFERENTSCONSTITUANTSDUNBAP

FormulerunBAP,cest trouverunarrangementdesdiversconstituantsrpondantuncahier

deschargesdonn.CecahierdeschargesconcernelarsistancelacompressionduBAP28

jours,saclassedexposition,sonouvrabilit,c'estdireltalementobtenuaucnedAbrams,le

rapport 2 1H H ,etsastabilitautamis.Pourdeschantiersplusspcifiques,dautresproprits

peuvent tre demandes, comme, par exemple, une prise retarde, une rsistance leve au

jeune ge, ou un dgagement de chaleur minimal. La solution trouve doit si possible tre

optimale,cequisignifiebiensouventavoirleplusfaibleprix.

GRAVILLONSIl est possible dutiliser des granulats concasses ou roules pour la formulation des BAP.

Toutefois,commelesgravillonssontloriginedublocagedubtonenmilieuconfin,ilfauten

limiterlevolume.Dunautrecot,ledosageengravillonsdoittresuffisantpourcontribuerla

compacit du squelette granulaire. Sur la base, ceci conduit adopter en gnral un rapport

sgravillon/ able(G/S)delordrede1.

[DOM06(c)]afaitunesynthsedestravauxralisssurles11derniresannesendonnantles

principales compositions utilises pour 51 applications industrielles. Il en ressort que les

gravillonsutilisssontgnralementconcasss,leurdiamtremaximalnexcdegure20mm.

20

SUPERPLASTIFIANTSLapparition des btons autoplaants (BAP) est fortement lie aux progrs raliss dans le

domainedesadjuvantsetplusparticulirementceluidessuperplastifiants(SP)[BURetCHR02]

et [AITetal. 01].Lessuperplastifiantssontdespolymreschanesmacromolculaires trs

longues.Ilspermettentdedfloculerlesgrainsdelapoudre(ciment+additionsfines)aucontact

deleauenagissantparlacombinaisondeffetsderpulsionlectrostatiquesetstriques[BAR


96].Leffetlectrostatiquepermetdeneutraliser leschargeslectriquesprsentes lasurface

desgrainsalorsque leffet striqueengendre lcartementdesgrains lesunsdes autres. Il en

dcouleque leau initialementpigeseretrouvedenouveaudisponiblepour lhydratationou

pourfluidifierlemlange(figureI5).

FigureI5:ActiondessuperplastifiantsDfloculationdesgrainsdeciment.

Une des consquences de ces deux effets est la diminution des frottements intergranulaires.

Ainsi, lajoutdesuperplastifiantsvaengendrerunediminutionde o cequisetraduitparuneaugmentation de ltalement (Figure I6) alors que la viscosit dumlange nest rduite que

dans une moindre mesure puisque la fraction volumique des suspensions solides reste

invariable.

Figure16:Influencedelaquantitde rltalementetlaviscositdunbtonsuperplastifiantsu

[SHINetMAT03].

Les superplastifiants peuvent ragir, galement, avec les hydrates du ciment [JOL et SIM 98].

Ainsi, laction dun superplastifiant lorsquil est introduit dans un mlange est dcompose

commesuit:unepartieadsorbe,unepatrieconsommepar lesractionsavecleshydrateset

21

unepartie,enexcs,resteensolution[FLAetHOU01(a)].

Parailleurs,ledegrdecompatibilitdunecombinaisonciment/superplastifiantsemesure

travers le maintien dans le temps de ltalement du BAP [AIT et al. 01]. Certains auteurs

montrent que plus le dosage en superplastifiant et le rapport E/C sont levs, plus le


comportement rhologique se maintient dans le temps [YEN et al. 99], [GOL et SWA 04].

Sugamataetal.[SUGetal.99]ontmontrquelaugmentationdudosagedusuperplastifiantna

plusdinfluencesurlafluiditdumortierpartirdunecertainevaleurcaractristiqueconnue

commetantledosagesaturation,cestdireledosageaudessusduquelladjuvantnepermet

plus de modifier de faon significative la rhologie du mlange. Actuellement, les

superplastifiants sont donc introduits dans la composition des BAP un dosage proche du

dosage saturation. La valeur de cette caractristique dpend dumoment dintroduction du

superplastifiant lors dumalaxage [JIN 02], [LAE et al. 06], [SUG et al. 99], [HSU et al. 99]. Si

lintroductionestretarde,ledosagesaturationestplusfaiblecarlhydratationducimentest

amorce ce qui implique une consommation du superplastifiant par les hydrates moins

importante[BURetCHR02].Ainsi,enretardantsonintroduction,onpermetausuperplastifiant

dtreplusefficaceetdobtenirdesmlangesplusfluides.

AGENTDEVISCOSITELajoutdunsuperplastifiantayantpoureffetderduirelaviscositdesBAP,lintroductiondun

agent de viscosit dans sa composition attnue cet effet. Les agents de viscosit sont

gnralement de drivs cellulosiques, de polysaccharides ou de suspensions collodales Ces

produits empchent le ressuageet limitent les risquesde sgrgationen rendant lapteplus

paisseetenmaintenantunerpartitionhomognedesdiffrentsconstituantsgranulaires.Leur

emploi est particulirement ustifi dans les compositions de BAP avec un rapport j

equivalentE L lev( ;0,4equivalentE L )pouramliorerlacapacitdertentiondeaudanslapte.

LincorporationdunagentdeviscositapoureffetdassurerunemeilleurestabilitduBAPet

delerendremoinssensibleauxvariationsdeteneureneaudesgranulats[TUR04]maisgnre

un surcot et engendre une action oppose celle des superplastifiants ce qui requiert la

slectionduncoupleagentdeviscositsuperplastifiantcompatible.

ADDITIONSFINESAfin dassurer une fluidit importante, une faible sgrgation, un ressuage ngligeable et un

meilleur arrangement granulaire, il ut introduire dans la formulation des BAP de fortes

teneurs en finesminrales (

fa

63moyen m ): fumesde silice, laitiers, cendres volantes, fillerscalcaires[KHA95(a)].Lesajoutsminrauxsontmoinsractifscourttermequeleciment,cequi

permetdedisposerduntempsprolongdouvrabilit.Certainsontaussipoureffetderduirela

22

chaleurdhydratation.

Billberg [BIL01(b)]montrequediminuer la tailledes fillersapoureffetde rduire le seuilde

cisaillement desBAP et de rendre la pte plus paisse (Figure I7). Les rsultats obtenus par


Chindaprasirtetal.[CHI07]indiquentquediminuerlatailledescendresvolantesincorpores

dans la formulation des BAP amliore leur durabilit visvis de la diffusion des ions de

chlorures.

Les travaux rvlentque lajoutdes fillers calcaires conduit desBAPplus rsistantsque les

BAP additionns avecdes cendres volantesmaismoinsdurables notamment vis vis de leur

tenueaugel/dgel,Mnahoncakovaetal.[MNA08],etdeleurcapacitempcherlinfiltration

degaz(CO2)oudeliquidescorrosifs[ZHUetBAR03(a)].

Lechoixduneadditionminraleetdesateneurdpend,donc,desexigencesdersistancela

compression28jours,douvrabilitetdesconditionsdexpositionsduBAP[ASS04(a)].

FigureI7:Influencedelafinessedun giquedunbtonfillersurlecomportementrholo(b)[BIL01 ].

Lanalysede51 tudes effectues cettederniredcennie [DOM06(c)] rvle que les fines les

plusutilisesdanslaformulationdesBAPsontlesfillerscalcaires(28cassur51).

Lesfillerscalcairessont,gnralement,utilisspourlimiterledgagementdechaleur,rduirele

ressuageetaugmenterlarsistancelacompressionnotammentaujeunege[LEC03].Eneffet,

lorsque lesparticulescalcairessontbiendfloculespar lessuperplastifiants, lhydratationdu

cimentsentrouvefaciliteet lobtentiondunematricecimentairedestructureplusdenseest

favorise. Il en dcoule une augmentation significative des rsistances mcaniques la

23

compression[BIL01(b)],[GIB99],[SON99(a)]et[NEH00(b)].

Certains auteurs [ZHU et GIB 05(b)] ont introduit diffrents types de fillers calcaires dans la

formulationdesBAP. Ilsmontrentquequelquesoit le typede fillerutilis, laugmentationdu

dosagedesfillersenremplacementducimentconduitundosageensuperplastifiantplusfaible

pouruntalementdonn.


6.METHODESDEFORMULATIONDESBAP

Diffrentes techniques de composition se sont dveloppes ces dernires annes pour la

formulation des BAP. Elles reposent toutes sur une approche exprimentale plus ou moins

lourde.

Parmile cite[TUR04]:stechniquesdeformulationlesplusrpandueson

Lamthodebasesurloptimisationdesmortiers. egranulaire.Lamthodebasesurloptimisationdusquelett loptimisationdelapte.Lamthodebasesur

a L mthodechinoise.Quelque soit lamthode adopte lanalyse de 51 tudes effectues travers lemonde [DOM

06(d)]rvlentquelacompositiondesBAPestbasesur:

duBAPUnvolumedegravillonsvariantentre28%et38%duvolumetotal eptevaria duvolumetotalduBAPUnvolumed ntentre3042% Unrapport 48,0


Lemodledelempilementgranulaireestimplantdansunlogiciel(BtonlabPro2),quipermet

doptimiser la composition du BAP partir d'un cahier des charges prcis et de simuler les

autrespropritsdubton(rsistance,dformationsdiffres,etc...).

Lutilisation de cette mthode ncessite la ralisation de certains essais exprimentaux pour

dterminerlacompacitdusable,lacompacitdesgravillons,lademandeeneauducimentavec

superplastifiant,lademandeeneaudesfillersavecsuperplastifiantetledosagesaturationdu

superplastifiantpourleciment.

6.2.METHODEBASEESURLOPTIMISATIONDUMORTIER

Cettemthode,proposeinitialementpardeschercheursJaponais[OKA95(b)],[OUC99],[HAY

95] et [NAG 95], est, galement, nomme Mthode Japonaise. Elle permet lobtention de

formulations fortement doses en ciment et conduit des volumes de ptes importants. Les

btonsquiendcoulentsontsousdossengranulats,surdossenliantetconomiquementpeu

viables.

Lamthodereposesurlesconceptssuivants:

Quantit de gravillons limite 50% de leur compacit (rapport entre le volume deuesdeblocage.grainslevolumetotaldusystmegrains+vides)afindeminimiserlesrisq

Volumedusablearbitrairedelordrede40%duvolumetotaldemortier.

Rapport EPoudre

etdosageensuperplastifiantoptimisspartirdessaissurmortiersen

effectuantdesessaisdtalementauminicneetauVFunnel.Cesessaispermettentde

calculerdeuxparamtres:( ) ( )

( ) =

2 2

2

om

o

D

Det

D = 10mR t o D est ltalement, oD est lediamtre infrieurducneet t est letempsdcoulementdumortier.Certainsauteurs[SED99]et[JIN02]et[BET05]montrentquepourunBAP =5m et =1mR .TableauI6:ExemplesdediffrentescompositionsutilisesauJapon(kg/m3).

25

Ciment Laitier Cendres Filler Sable Gravillon Eau SP Agent descositvi

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


6.3.METHODEBASEESURLOPTIMISATIONDELAPATE

CettemthodedveloppeparVanBuietMontgomery[BET05]consisteminimiserlaquantit

delap

26

(Eq.I20)

tetoutenrpondantsimultanmentdeuxcritres:

Fluiditdelapte:CecritreconduitdfinirunvolumeminimaldelaptedcritparlEq.I20:

= + moyenD

O moyenD estlediamtremoyendesgranulats(mm), estladistanceminimaleentreles

gran

min

mi

11

ipte

VV

e

e

(Eq.I21)

3

n 1

vides

i

min i

ulatsncessairepourfluidifierlebton.

Introductiondunvolumelimitedegranulats, biV ,detaille id ,volumeaudelduquellebtonnescouleplusenmilieuconfin.

6.4.METHODEDEFORMULATIONCHINOISE

DanslesPaysBasetbeaucoupd'autrespayseuropens,lamthodejaponaiseatadopteet

employecommeunpointdedpartpourledveloppementdesBAP.Plusrcemment,[SUetal.

01]ontproposunenouvellemthodepourcomposerleBAPbas,audbut,surlacompacit

desgranulats(sableetgravier)et,puis,surleremplissagedesvidesdesgranulatsaveclapte.

Cettemthoderfreentantquemthodechinoisecomparelamthodejaponaiseestplus

simple, t.plusfacilepourl'excutionetsauveleco

Etape1:Calculdudosagedesgranulats

LefacteurdecompacitPFPackingFactordesgranulatsestdfinicommelaproportionde

lamassedesgranulatsdanslecasbienremplisdansleBAPquedanslecasmoinsrempli.

LeparamtrePFinfluesurlateneurdesgranulatsdansleBAP.UnevaleurfortedePFpourrait

impliquerunegrandequantitdegrosetdefinsgranulatsutiliss.Parconsquent, lacapacit

dubtonautoplaantetlarsistancelacompressionserontrduit.

Donc cest trs importantde connatre la valeuroptimaledePF pourexigerunemthodede

formulationdunBAP.

Laproportiondegrosetdefinsgranulatspeuttrecalculeparlesdeuxquationssuivantes:

)1(GSPFM gLg =

GSPFM sLs = (Eq.I22)


M :proportiondegrosgranulats(Kg/m3)

Ms:

g

proportiondepetitsgranulats(Kg/m3)

gL :massevolumiqueapparentedegrosgranulats(Kg/m3)sL:massevolumiqueapparentedepetitsgranulats(Kg/m3)S/G:vo rlevolumetotaledesgranulats(50%et57%).lumedeproportiondepetitsgranulatssu

27

(Eq.I23)

Etape2:Calculdudosagedeciment

[Guide to construction of high flowing concrete 98] utilise un dosage en ciment entre 270 et

290Kg/m3. En gnral, les recommandations enTawain imposentpour leBHPou leBAPune

rsistancelacompressiongale20psi(0,14MPa)/Kgdeciment.Donc,ledosagedecimentest

dfinicomme:

=20CC

C:dosageenciment(Kg/m3)

c:rsistancelacompression(psi)

Etape3:Calculdedosageeneau

Le calcul de la quantit deau est bas sur la connaissance du rapportEC dtermin

exprimentalementtraversdesessaisdecompressionetgnralementestim =0,43C

,de

lademandedeaudesadditionsfinesetdudosageensuperplastifiantestimselonlesdonnes

delalittrature.

E

Lajustementdesproportionsdumlangedoittrefaitjusqucequenotrebtonsatisfasseaux

conditionsdequalificationdunBAP.Parexemple,quandleBAPprsenteunemaniabilitfaible,

lavaleurdePFamliorelouvrabilit.

LetableausuivantrsumequelquesexemplesdersultatsdelamthodechinoisesurunBAP:


28

TableauI7:ConstituantsduBAP(Kg/m3),[SUetal.01].

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.BILANETDISCUSSION

LaformulationdesBAPestaujourd'huiessentiellementempiriqueetreposesurunedmarche

double: exprimentale et thorique. En France, diffrentes compositions des BAP ont t

utilises(LetableauI8).

Table Exe de c sutilisesen ce(KauI8:

Ci t

mples

Filler

diffrentes

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 [TUR04] futun despremierscomparer lesmthodessemiempiriquesdveloppes

pour la formulation dun BAP. Il montre que les BAP formuls avec lapproche base sur la

minimisationduvolumedelapteprsententdesblocages.Ilressortdesontudecomparative

que lamthode base sur loptimisation du squelette granulaire semble la plus adapte pour

formuler un BAP un cot raisonnable. Cependant, cette mthode ncessite lacquisition de

nombreuxquipementsexprimentaux,dunlogicielBtonlabPro2,etdoutilsinformatiques.

PourpalliercesexigencesnousproposeronsunemthodedeformulationdeBAPnoncoteuse

anslechapitresuivant.Elleestbasesurlesapprochesrcurrentescitesdanslalittrature.d

2meChapitre:

MATERIAUXET

METHODESEXPERIMENTALES

ChapitreII:MATERIAUXETMETHODESEXPERIMENTALES

31

1. MatriauxUtiliss

1.1.CIMENTCPACEMI52.5N

LecimentestdetypePortlandCPACEMI52,5NdeprisemoyenneprovenantdechezCALCIA.

Sa composition chimique est rsume dans le tableau II1 ainsi que sa composition

minralogiqueobtenueenutilisantlaformuledeBogueappliqueunclinkerordinaireetses

indicesdeperformancetelsquelindicedesaturationdeKhlK.

ab u I1: po iti im ee ra ed en u ilis T

A

lea I

Fe 3

Com s

C l

onch

M

iqu tmin

K

logiqu ucim

C

t t

C

en(%

C

).

SiO2 l2O3 2O aO,tota gO SO3 2O Na2O 3S 2S 3A 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

Onremarquequecestuncimentquirpondauxexigencesfixesparlesnormes.

Desessaisdeprise(EN1963)etdersistancelacompressionmcaniqueontt,galement,

ralisssurlaptedecimentetsurlemortiernormalis(EN1961)afindevrifierlaqualitdu

cimentemploy(EN1963).LesrsultatsobtenussontrsumsdansletableauII2.Leciment

utilisestbienconformelademande.

TableauII2:CaractristiquesphysiquesetmcaniquesducimentPortland(CPACEMI52,5N)employ.

Tempsdeprise(Vicat:NFP15431)

Dbut: 2h35min

Fin: 4h55min

Rsistancesurmortier2jours(NFP15451) 35MPa

Massevolumique(enKg/m3) 3,11

SurfacespcifiqueBlaine(enm2/Kg) 395

1.2.GRANULATS

LesgranulatsutilisssontconcasssetproviennentdelargiondeSandrancourt.Deuxclasses

degranulatssontutilisespourlacompositiondesBAP:dusableS0/4etdesgravillonsG

4/10. Des essais ont t raliss afin daccder aux masses volumiques (NF P18305) et le

moduledefinessedessables.LetauxdabsorptiondeauparlesgranulatssaturationKsest

obtenuensuivantlvolutiondelamassedesgranulatsMtdurantleurimmersiondansleau

aprs avoir subi un schage pralable. Les granulats demasse initiale scheMo atteignent la

saturation eneau Ms auboutde24heures. Lensembledes caractristiquesphysiquesdes


granulatsestrsumdansletableauII3.

TableauII3:Caractristiquesdesgranulats.

Paramtres Sa 4ble0/ Grav /10illon4

Massevolumiqueapparente(enKg/m3) 1600 1337

Massevolumiqueabsolue(enKg/m3) 2600 2 500

Compacit 0,71 0,57

Porosit 0 ,29 0,43

Coefficientd'absorptiond'eauKs(%) 2

ModuledeFinesse 2,47

Coefficientd'Hazen 3,77 1,45

Lanalysegranulomtriquepartamisage(FigureII1)rvlequelagranulomtriedesgravillons

estserre.Enrevancheelleestplustenduepourlesablequicontientpeudefines(0.25%de

particulesdetaille


1.3.FINESCALCAIRES

Lesfillersutiliss,BETOCARBP2,sontdesadditionscalcaires(NFP18508).Ilssontfabriqus

parlegroupeOMYAFrance.Ilsseprsententsousformedepoudreencristalnonabrasivede

calcitecaractriseparunestructurerhombodrique(FigureII2).Troistypesdefillersontt

slectionnsquonnommera:"MFS","MFO"et"LFE".

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2009CERG0458