Chapitre I : Généralité sur les Bétons autoplaçants (BAP)

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Chapitre I. Généralité sur les Bétons

autoplaçants (BAP)

I.1- Introduction

Ces dernières années, une nouvelle génération de béton a vu le jour : les bétons

autoplaçant (BAP). Ces bétons sont très fluides et se mettent en œuvre sous le seul effet de la

gravité, donc sans apport de vibration interne ou externe. Même dans des coffrages complexes

et très encombrés, tout en donnant un produit final homogène. Toutefois, l’utilisation de ces

bétons ne se répand que lentement à travers le monde.

I.2- Définition d’un BAP

Les bétons autoplaçants dite BAP, sont des bétons très fluides en écoulement, homogènes et

stables, et se mettent en œuvre sans vibration ce qui constitue un grand avantage pour la

réalisation des constructions.

I.3- Composition d’un BAP :

Les constituants d’un BAP sont le ciment, les fines (les ajouts minéraux), les granulats (sable,

gravier), eau et les superplastifiants. Les BAP se différent des bétons ordinaires (BO) ou

vibrés, par leurs caractéristiques à l’état frais, par leur composition (présence indispensable

des fines minérales et de superplastifiants) ; voir schéma suivant

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Figur1

Le béton auto compactant est un béton qui se compacte de lui même par effet gravitaire, sans

aucun apport d'énergie de compactage (par ex. vibration, damage).

Les propriétés caractéristiques de ce béton sont les suivantes

• fluidité et viscosité élevées, sans aucune

miel)

• désaération du béton pendant son écoulement

• excellente aptitude au remplissage des moindres recoins du coffrage par un

béton homogène, même en présence de réservations, d'incorporés et de

ferraillage dense. Le disp

supprimé.

I.4- Concept du béton auto plaçant

Au Japon, le nombre d'ouvriers qualifiés dans la construction n'a cessé de diminuer

depuis le début des années 1980, engendrant une perte de connaissance,

techniques de vibration du béton. L'utilisation de bétons très fluides, ne nécessitant pas

d'apport d'énergie extérieure pour le serrage, est apparue comme une solution possible à ce

problème. C'est ainsi qu'est né le concept des bétons

concrète", traduit par béton autoplaçant

oeuvre, de tels bétons présentent aussi l'intérêt de réduire le temps de travail sur chantier.

Généralité sur les Bétons autoplaçants (BAP)

Figur1 : Différence entre les BAP et les BO

compactant est un béton qui se compacte de lui même par effet gravitaire, sans

aucun apport d'énergie de compactage (par ex. vibration, damage).

Les propriétés caractéristiques de ce béton sont les suivantes :

fluidité et viscosité élevées, sans aucune tendance à la ségrégation (comme du

désaération du béton pendant son écoulement

excellente aptitude au remplissage des moindres recoins du coffrage par un

béton homogène, même en présence de réservations, d'incorporés et de

ferraillage dense. Le dispendieux et fastidieux travail de vibration est ainsi

Concept du béton auto plaçant :

Au Japon, le nombre d'ouvriers qualifiés dans la construction n'a cessé de diminuer

depuis le début des années 1980, engendrant une perte de connaissance, notamment dans les

techniques de vibration du béton. L'utilisation de bétons très fluides, ne nécessitant pas

d'apport d'énergie extérieure pour le serrage, est apparue comme une solution possible à ce

problème. C'est ainsi qu'est né le concept des bétons autocompactants ("self

autoplaçant ou béton autonivellant). Outre leur facilité de mise en

oeuvre, de tels bétons présentent aussi l'intérêt de réduire le temps de travail sur chantier.

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compactant est un béton qui se compacte de lui même par effet gravitaire, sans

tendance à la ségrégation (comme du

excellente aptitude au remplissage des moindres recoins du coffrage par un

béton homogène, même en présence de réservations, d'incorporés et de

endieux et fastidieux travail de vibration est ainsi

Au Japon, le nombre d'ouvriers qualifiés dans la construction n'a cessé de diminuer

notamment dans les

techniques de vibration du béton. L'utilisation de bétons très fluides, ne nécessitant pas

d'apport d'énergie extérieure pour le serrage, est apparue comme une solution possible à ce

autocompactants ("self-compacting

ou béton autonivellant). Outre leur facilité de mise en

oeuvre, de tels bétons présentent aussi l'intérêt de réduire le temps de travail sur chantier.

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Pour parvenir à ce cahier des charges, les BAP sont formulés différemment des BO.

Dans leur cas, la pâte, définie comme le mélange du ciment, de l'eau et d'une addition, est

privilégiée au détriment des gravillons. En général, les BAP possèdent un même dosage en

ciment et en eau que les BO, ainsi qu'un volume de sable assez proche. C'est donc

principalement l'ajout d'une addition qui sert de substitut aux gravillons. Les proportions

exactes de chaque constituant dépendent bien sûr de la méthode de formulation choisie.

Rôle de la pâte: Le rôle de la pâte est de maintenir et de séparer les gravillons pour

limiter les contacts, en particulier dans les milieux ferraillés, et ainsi prévenir la formation de

voûtes susceptibles de bloquer l'écoulement.

Le volume important d'éléments fins permet aussi de garantir le compromis entre

stabilité et maniabilité. Mais il n'est pas suffisant pour atteindre la fluidité. Il est nécessaire

d'ajouter aux bétons un défloculant, sans lequel la demande en eau du mélange serait trop

élevée. Le début du développement des BAP en France coïncide d'ailleurs à l'arrivée des

superplastifiants de type poly carboxylate, à fort pouvoir défloculant.

Rôle des adjuvants : Les adjuvants ont un double effet, électrique et stérique, qui leur

permet de disperser au mieux les particules. La quantité de fines n'est pas non plus toujours

suffisante pour empêcher la ségrégation. On a recours alors aux agents de viscosité. Ces

adjuvants sont souvent des polymères, composés de longues molécules organiques, qui

augmentent la viscosité de l'eau de gâchage. Ils assurent une meilleure stabilité du béton et le

rendent moins sensible aux variations de teneur en eau des granulats, courantes en centrale à

béton. Cela étant, en pratique leur utilisation est au contraire peu répandue, car ils entraînent

un surcoût, qui s'ajoute aux surcoûts dus au superplastifiant et aux additions. Evidemment, un

béton est qualifié d'autoplaçant, non pas par rapport à sa composition, mais parce qu'il

possède certaines propriétés à l'état frais. Il existe de part le monde divers essais pour

caractériser l'ouvrabilité des BAP.

I.5. Les constituants d’un BAP :

I.5. a)-Les ciments :

En principe tous les ciments conformes à la norme SN EN 197-1 conviennent pour la

fabrication des bétons autoplaçant.

Les ciments les plus fréquents sont les suivants:

• Le ciment Portland composé (Flextremo 3R et 4R, qui sont des ciments spéciaux pour

BAP).

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• Le ciment Portland le ciment Portland au calcaire.

• Le ciment Portland au schiste calciné.

• Le ciment Portland au laitier.

Les ciments suivants conviennent mieux à la fabrication de béton répondant à des

exigences plus élevées, telles que haute résistance, délai de décoffrage raccourci où

bétonnage par temps froid:

• le ciment Portland composé (ciment spécial pour BAP).

• le ciment Portland à la fumée de silice.

• le ciment Portland.

• le ciment Portland au schiste calciné.

I.5.b)-L’eau :

Toute eau du réseau public d'eau potable convient à la fabrication de BAP. Les eaux

recyclées de gâchage et de lavage ne conviennent que sous certaines conditions restrictives.

En raison d'éventuels effets indésirables sur les propriétés du béton. Etant donné que le

dosage en eau influence de manière considérable sur la viscosité et la capacité de

remplissage du BAP, il est indispensable de s'écarter le moins possible de la valeur

planifiée. Il est ainsi très important de mesurer et de prendre en compte l'humidité des

granulats et tout spécialement du sable. Cas échéant, on tiendra également compte de la

teneur en eau des adjuvants.

I.5.c)-Les granulats :

Les granulats roulés où concassés peuvent en principe être utilisés. Les granulats

roulés en vrac présentent un plus petit volume de vide inter-granulaire, ce qui nécessite une

plus faible quantité de pâte de ciment pour le remplir. La flottabilité des granulats concassés

dans la pâte de ciment est cependant meilleure, en raison de leur plus grande surface

spécifique à masse identique. Afin d'empêcher tout risque de blocage du BAP par les barres

d'armature lors du coulage, on limite en général le diamètre maximal des granulats à 16 mm.

L'expérience a néanmoins montré qu'il était également possible d'utiliser des granulats de

diamètre maximal différent.

Le mélange pour béton (granularité) est caractérisé par une teneur élevée en sable et

en éléments fins. Le passant au tamis de 2 mm devrait être idéalement compris entre 38 et

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42%. De même, la proportion de farines (0,125 mm) ne devrait pas être trop faible,

l'optimum étant situé entre 4 et 8%.

Le choix d'une granularité continue appropriée est très important, étant donné la forte

incidence du volume des vides sur la quantité nécessaire de pâ

Afin d'assurer une bonne stabilité du BAP (éviter toute ségrégation), il est

recommandé de choisir un sable spécialement optimisé, au besoin recomposé à partir de

plusieurs fractions.

Figure 2: CHOIX DE L

• En bleu, valeurs limites absolues selon SN EN 12 620.

• En rouge, fuseau conseillé pour béton vibré.

• Le fuseau optimal pour BAP est indiqué en blanc.

I.2.d)- Les ajouts minéraux :

Les ajouts cimentaires sont des

contribuent aux propriétés des coulis frais et durcis par action hydraulique où pouzzolanique

où les deux à la fois. Les pouzzolanes naturelles, les cendres volantes, le laitier de haut

fourneau granulé broyé et les fumées de silice en sont des exemples courants.

Ces ajouts sont incorporés aux mélanges de coulis où de béton pour différentes raisons:

• Améliorer Les caractéristiques rhéologiques des coulis (viscosité et stabilité).

• Améliorer la résistance du couli

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a proportion de farines (0,125 mm) ne devrait pas être trop faible,

l'optimum étant situé entre 4 et 8%.

Le choix d'une granularité continue appropriée est très important, étant donné la forte

incidence du volume des vides sur la quantité nécessaire de pâte de ciment.

Afin d'assurer une bonne stabilité du BAP (éviter toute ségrégation), il est

recommandé de choisir un sable spécialement optimisé, au besoin recomposé à partir de

: CHOIX DE LA GRANULARITE POUR UN BAP

En bleu, valeurs limites absolues selon SN EN 12 620.

En rouge, fuseau conseillé pour béton vibré.

Le fuseau optimal pour BAP est indiqué en blanc.

Les ajouts minéraux :

Les ajouts cimentaires sont des matériaux qui, combinés au ciment Portland,

contribuent aux propriétés des coulis frais et durcis par action hydraulique où pouzzolanique

où les deux à la fois. Les pouzzolanes naturelles, les cendres volantes, le laitier de haut

les fumées de silice en sont des exemples courants.

Ces ajouts sont incorporés aux mélanges de coulis où de béton pour différentes raisons:

Améliorer Les caractéristiques rhéologiques des coulis (viscosité et stabilité).

Améliorer la résistance du coulis durci et augmenter sa durabilité.

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a proportion de farines (0,125 mm) ne devrait pas être trop faible,

Le choix d'une granularité continue appropriée est très important, étant donné la forte

te de ciment.

Afin d'assurer une bonne stabilité du BAP (éviter toute ségrégation), il est

recommandé de choisir un sable spécialement optimisé, au besoin recomposé à partir de

GRANULARITE POUR UN BAP

matériaux qui, combinés au ciment Portland,

contribuent aux propriétés des coulis frais et durcis par action hydraulique où pouzzolanique

où les deux à la fois. Les pouzzolanes naturelles, les cendres volantes, le laitier de haut

les fumées de silice en sont des exemples courants.

Ces ajouts sont incorporés aux mélanges de coulis où de béton pour différentes raisons:

Améliorer Les caractéristiques rhéologiques des coulis (viscosité et stabilité).

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• Réduire le coût de la matière liante: ces ajouts étant le plus souvent des sous-produits

d'autres industries, leur incorporation dans le ciment avec des proportions pouvant atteindre

les 30% permet de réduire le prix de revient de la matière liante.

• Favoriser la pénétrabilité dans les fissures fines: certains de ces ajouts sont plus fins

que le ciment (fumée de silice).

L'utilisation croissante d'ajouts cimentaires dans le béton de ciment Portland a entraîné

la publication en 1982 d'une nouvelle norme CSA- A23.5, qui fut révisée en 1986. La norme

CSA A23.5 reconnaît trois groupes d'ajouts cimentaires : les fumées de silice, les

pouzzolanes, les Laitiers granulés.

I.5. e)-Les Superplastifiants :

Afin d'obtenir la très grande fluidité requise d'un béton auto-plaçant, on utilise

généralement un adjuvant fluidifiant de la dernière génération, à base de polycarboxylates.

Ces adjuvants permettent de réduire de manière importante le dosage en eau tout en ayant

également un effet sur la viscosité. L'efficacité d'un adjuvant peut être plus où moins

prononcée selon le ciment et les additions utilisés (compatibilité). De plus, un dosage élevé

en adjuvant retarde généralement le début de prise. L'utilisation d'un adjuvant stabilisateur

permet de réduire le risque de ségrégation du BAP (ressuage, granulats grossiers coulant

vers le bas), qui devient ainsi plus stable et moins sensible aux variations du rapport E/C.

Les superplastifiants interagissent avec les particules du ciment et celles des fines en

s’adsorbant à leur surface pour diminuer le phénomène de floculation. La grande fluidité

des bétons auto-plaçants est assurée par des dosages relativement important en

superplastifiants. Ainsi, les particules sont dispersées par combinaison d’effets

électrostatiques et stériques et la proportion d’eau libre est plus importante [Baron 96].

La capacité de remplissage d’un BAP croit avec le dosage en fluidifiant jusqu’à un

maximum au-delà duquel le phénomène de ségrégation apparaît. Selon [Okamura et al

1994] rapporté par [Trudel 1996], l’utilisation d’un superplastifiants à faible perte

d’étalement est essentielle pour la confection des bétons auto-plaçants. Certains fluidifiants

comme le FPC (fluidifiant constitué d’un mélange de deux polymères de structure très

complexe [Mivra 1998] permettent d’atteindre des étalements de 250 mm sans ségrégation,

ce qui n’est pas le cas avec PC (polymère de type polycarboxylate) et NC (naphtalène

sulfonate) par exemple [Hasni 1999].

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I.6. Classification des BAP :

La notion de classification des BAP est apparue tardivement et constitue pourtant un

paramètre essentiel du développement de ces bétons.

À l’origine, la formulation de BAP, imaginée par les Japonais (et, plus particulièrement, le

professeur Okamura à la fin des années1980), est conçue pour réaliser des ouvrages de génie

civil, à forte densité d’armatures, pour lesquels des anomalies de mise en œuvre étaient

redoutées. Aujourd’hui, et plus particulièrement en Europe, l’utilisation des BAP se

développe dans le domaine de la préfabrication et dans celui du béton de bâtiment coulé en

place, nécessitant des formulations de BAP différentes : pour le bâtiment elles doivent être

moins performantes techniquement (en termes de caractéristiques mécaniques à 28 jours et

de qualités d’ouvrabilité) et plus économiques.

Par contre, la problématique spécifique de la capacité à donner de beaux parements est à

prendre en compte pour les applications verticales.

On distingue donc aujourd’hui, en France (conformément aux Recommandations pour

l’emploi des BAP éditées par l’AFGC et le PN BAP), trois catégories :

� Catégorie 1 : il s’agit des ouvrages horizontaux de faible épaisseur (planchers,

dallages) pour lesquels le ferraillage est léger et le béton peut être facilement réparti sur

toute la surface ;

� Catégorie 2 : elle couvre les ouvrages horizontaux épais pour lesquels les risques de

ségrégation statique sont importants, et les ouvrages verticaux courants (on exclut le cas des

ouvrages à très forte densité de ferraillage) ;

� Catégorie 3 : ce sont les ouvrages exigus ou très fortement ferraillés (pour lesquels

l’écoulement du béton dans le coffrage est le plus difficile).

Références du chapitre I

[1] AFGC, "Recommandations pour l’emploi des bétons autoplaçants" Association française de génie civil, (2008)

[2] OKAMURA H., OZAWA K. "Self-compactable high performance concrete", International Workshop on High Performance Concrete, American Concrete Institute, Detroit, pp. 31-44, 1994.

[3] KHAYAT, K.H. Workability, testing, and performance of self-consolidating concrete, ACI

Materials Journal, 96, 346–353, (1999).

[4] ACI, ‘’Processes, Self-Compacting Concrete’’, Advanced Concrete Technology III, 203.9/3, (2003)