LE RETRAIT PLASTIQUE DES BETONS AUTO PLAANTS

DANS UN ENVIRONNEMENT CHAUD

Hacne AIT AIDER

Laboratoire de Go matriaux, Environnement et Amnagement (LGEA)

Universit Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou (Algrie)

Abstract

De manire gnrale, les btons autoplaants (BAP) sont apprts aux applications horizontales,

lments de structure fragiles la fissuration prcoce due au retrait plastique. Il est aujourdhui de renomme confirme que lamplitude du retrait plastique des btons autoplaants est beaucoup plus importante que celle des btons courants (BC). Le prsent travail tente justement dapporter dune part une meilleure comprhension lapparence du retrait plastique et dautre part de justifier cet priori, notamment dans les btons autoplaants. Une tude du retrait plastique a t mene sur des BAP et BC

en agissant sur les paramtres forts influant sur la temprature initiale du bton. Ltude porte sur des mortiers, dont le volume de sable est fix 38 et 45 % du volume total, et dont les proportions deau et de super plastifiant seront variables, pour pouvoir entretenir dans la mme ordre de grandeur ses

proprits ltat frais selon lenvironnement o ils seraient appels voluer. Le retrait plastique est mesur sur des mortiers laide dun dispositif inspir de celui conu par Soroushian et al., dans des conditions environnementales diffrentes dfinissant un climat chaud. Lanalyse des rsultats met en vidence les paramtres physiques les plus adquats pour valuer lamplitude et la cintique du retrait plastique qui savrent dpendre essentiellement de deux paramtres de composition: la quantit de super plastifiant et la temprature du bton ltat frais.

Mots cls : btons autoplaants, retrait plastique, super plastifiant, temprature

1 INTRODUCTION

Mme sans chargement extrieur le volume dun lment en bton diminue au cours du temps et est fonction de lenvironnement dans lequel il est appel voluer. Cette diminution de volume nest autre que le retrait rsultant du schage et de l'hydratation du ciment. Lorsque ce retrait est gn, ce

qui arrive souvent dans une structure en bton, le bton est alors soumis des contraintes de traction.

Ce qui justifie sa prdisposition naturelle la fissuration.

Plus simplement, le retrait plastique est dcrit comme la contraction du bton en priode plastique

(entre la fabrication et la fin de la prise) conscutive un processus de dshydratation. Il se dveloppe

lorsque la quantit d'eau vapore de la surface dexposition est suprieure la quantit d'eau de ressuage [1, 2, 3].

Comme les btons autoplaants (BAP) sont apprts aux applications horizontales, ils sont donc

assujettis la fissuration prcoce due au retrait plastique eu gard leur grande surface expose

lvaporation. La littrature avance nettement dailleurs que la porte du retrait plastique des BAP est beaucoup plus importante que celle des btons courants (BC) [1, 2].

Le volume de la pte tant important chez les BAP, ce qui globalement, reprsenterait leur distinction

majeure avec les BC. Les dformations diffres, retrait et fluage, sont subsquemment susceptibles

d'tre leves par rapport aux btons ordinaires. A l'inverse, le module lastique devrait tre baiss. A

ce sujet, Hammer [ 4] avance, avec prcaution, qu' cause des effets opposs du volume de pte sur le

retrait et le fluage, la diffrence de comportement entre BAP et BO n'est sans doute pas significative.

Dans un environnement chaud, les qualits recherches travers un bton seraient trs affectes si

certaines prcautions ne sont pas prises ds le dpart et/ou durant son jeune ge. Ses performances s'en

amenuiseraient par une temprature environnante leve, une faible humidit relative ou une

augmentation de la vitesse du vent. Une influence qui serait appele devenir plus prononce si

l'action de ces diffrents facteurs climatiques est conjugue [5].

Leffet du climat sur les diffrentes proprits ( ltat frais ou ltat durci) des BAP ne fait objet quasiment daucune tude jusque l. Les applications des BAP sur des lments horizontaux, gnralement grandes surfaces dexposition, aggraverait pourtant les dpart deau par vaporation. Ceci requiert srement une correction de ce dficit en eau de gchage ou dans la formulation. Une

correction devrait donc avoir lieu lamont pour viter lapparition de la fissuration prcoce, signe prcurseur du retrait plastique.

2 EVENTAIRE EXPERIMENTAL

Pour tudier exprimentalement le retrait plastique des btons autoplaants ltat frais, il faut tout dabord donner une formulation au bton autoplaant. Du fait que les mortiers et les btons prsentent des cintiques de dformations identiques, il a t choisi deffectuer les essais sur mortiers. Pour dduire la phase mortier du bton, les quantits des graviers carts seront compenses par une

quantit convenable du sable en utilisant la technique du mortier de bton quivalent. Pour suivre

lvolution damplitude du retrait plastique pendant le temps, le mortier formul a t plac dans diffrentes conditions avoisinant un climat chaud.

2.1 Matriaux utiliss - Les granulats utiliss sont des granulats semi concasss et lavs (S 0/3 et G 3/10). Ils viennent des

carrires de Oued Aissi de Tizi-Ouzou. Ils contiennent 70-75% SiO2, 18-22% CaCO3, 4-5% de

feldspaths et d'autres minraux. Les granulats sont surtout caractriss par leur densit absolue

respectivement de 2,6 pour le sable et de 2,5 pour le gravier .Leurs analyses granulomtriques sont

prsentes sur les tableaux 1 et 2.

- Le ciment utilis est le CPJ 42.5 R. - Un super plastifiant haut rducteur deau, MEDAFLOW 30, fourni par lentreprise GRANITEX.

- Le filler utilis est une poudre de marbre rcupre des ateliers de traitement puis passe au tamis

0.08.

Gravier 3/10

Poids de lchantillon : 2000 (g)

Tableau 1 : Analyse granulomtrique du gravier 3/10

Ouvertures des tamis

(mm)

Refus cumul

(g)

Refus cumul

(%)

Tamist

(%)

8 419 20,95 79,05

6,3 971,5 48,58 51,42

5 1612 80,60 19,4

2,5 1984,5 9923 0,77

1,25 1995 99,75 025

0,5 1995 99,75 0,25

Fond du tamis 1995,5 99,78 0,22

Sable 0/3

Poids de lchantillon : 1500 (g)

Tableau 2 : Analyse granulomtrique du sable 0/3

2.2 Le btons autoplaant (BAP) Le tableau 1 montre la composition du bton autoplaant de base mis en oeuvre en respectant les

conditions dautoplacabilit proposes dans la littrature spcialise [6,7]. Il sagit de choisir les proportions des constituants dans 1m3 du bton, en respectant les paramtres suivants :

- Un rapport gravier/sable (G/S) proche de 1, - Un rapport eau/ciment (E/C) gale 0,5, - Un dosage en ciment plutt lev (le dosage minimal du ciment est 300 kg/m3), - Un pourcentage dtermin en ajouts (super plastifiant et filler), - 330 l/m3 volume de pte 400 l/m3, - 120 kg/m3 masse daddition 200 kg/m3.

Tableau 3: La composition du bton autoplaant.

Ouvertures des tamis

(mm)

Refus cumul

(g)

Refus cumul

(%)

Tamist

(%)

5 1,80 0,12 99,88

2 151 10,07 89,93

1,25 482,70 32,18 67,82

0,63 844 56,27 43,73

0,315 1242,60 82,84 17,16

0,16 1466,70 97,78 2,22

0,08 1483,70 98,91 1,09

Fond du tamis 1498,30 99,98 0,11

Composant Composant

(l/m3)

Densit absolue Composant

(kg/m3)

Gravier 3/10 276.90 2,64 731

Sable 0/3 345,85 2,60 899,21

Ciment 121 3,1 375

Super plastifiant

1,6%C

5,98 1,07 6,4

Filler de marbre 44,44 2,70 120

Eau 190 1 190

2.3 Essais dautoplaabilit

Essai au cne dAbrams Le rsultat obtenu de cet essai est prsent dans le tableau 4.

Bton Bton autoplaant

Etalement

(cm)

72

Affaissement

(cm)

Affaissement total

Vitesse dtalement Ve(cm/s)

12,5

Tableau 4: Rsultat dessai au cne dAbrams.

Le diamtre de ltalement est acceptable (60 Etalement 75).

Figure 1 : Etalement du bton autoplaant.

Essai la boite en L Le rsultat dessai effectu sur le bton autoplaant est reprsent dans le tableau 5.

Mesures Bton autoplaant

La hauteur H1 (cm) 9,5

La hauteur H2 (cm) 7,7

Capacit de remplissage (H2/H1) 0,81

Tableau 5: Rsultats de lessai la boite en L.

La valeur du rapport (H2/H1) est respecte (H2/H1 0,8).

Figure 2 : Lessai la boite en L.

Essai de la stabilit au tamis Le rsultat dessai effectu sur le bton autoplaant est reprsent dans le tableau 6.

Bton autoplaant

Poids de laitance (%) 8

Tableau 6: Rsultat dessai de stabilit au tamis.

Le pourcentage en poids de laitance dans le rcipient est acceptable dans cet essai

(0% Poids de la laitance 15%).

Les trois conditions de lassociation Franaise de gnie civil ltat frais sont respectes, donc le bton test peut tre considr comme un bton autoplaant.

2.4 Le bton courant (BC) Le bton courant est conu avec les mmes constituants sans les fillers de manire avoir une

rsistance voisine de celle du BAP avec un affaissement allant de 15 20 cm. Voici lordre des proportions des ingrdients du bton courant utilis par m

3.

- Gravier : 925 kg - Sable : 865 kg - Ciment : 355 kg - Super plastifiant : 1.2 kg - Eau : 182,5 kg

2.5 Le mortier de bton quivalent MBE Cest une nouvelle mthode introduite dans la formulation des btons adjuvants. Elle consiste concevoir, partir dune composition de bton, un mortier, dit mortier de bton quivalent (MBE), dont les proprits rhologiques sont corrlables celles du bton. La composition du mortier de bton

quivalent issue du BAP est consigne dans le tableau 7.

Constituant Poids volumique (g/l) Volume (ml)

Sable 1000 384,62

Ciment 587,30 189,45

Filler de marbre 341,01 126,30

Eau 293,65 293,65

Super plastifiant 6,4 5,98

Tableau 7: Composition du mortier de bton quivalent issu du BAP (mBAP).

La composition du mortier de bton quivalent issu du BC est prsente dans le tableau 8.

Constituant Poids volumique (g/l) Volume (ml)

Sable 1230 473

Ciment 722 232.9

Eau 364 364

Super plastifiant 1.2 1.12

Tableau 8: Composition du mortier de bton quivalent issu du BC (mBC).

2.6 Etude du retrait plastique du mortier quivalent

Dispositif de fissuration Le dispositif de retrait empch, figure 3, est inspir de celui conu par Soroushian et al (Soroushian,

1998) [8] . Il est compos d'un moule carr (20x20cm) et de profondeur de 15 mm, ondul avec des

barres r.l FeE235 de diamtre 6 mm orientes dans le mme sens. Les barres servent orienter les

fissures et les conduire sur la mme direction rectiligne.

Vide

Plein

Figure 3: Dispositif de fissuration pour mortier.

Conditions de conservation des mortiers - CL : Conditions du laboratoire ; Temprature : 18C, Humidit : 70% et Vent : 0, - C30 et C30V : 30C pendant 4 heures sans vent et avec vent pendant les 30 dernires

minutes. Dans ces mmes conditions seront tests le mortier issu du BC et celui issu du BAP.

- C50 et C50V : 50C pendant 3 heures sans vent et avec vent pendant les 30 dernires minutes. Dans ces mmes conditions seront tests le mortier issu du BC et celui issu du BAP.

Dans ces conditions des complments en eau de gchage et en super plastifiant sont introduits.

Les mortiers sont retirs de ltuve toutes les 30 minutes, un relev de fissures est alors effectu.

2.7 Essais de ressuage des mortiers La mthode de mesure du ressuage du mortier frais est ralise par pesage de l'eau ressue, immdiatement

recueillie ( l'aide d'une pipette vitant une vaporation partielle) dans les sillons spcialement tracs sur la

surface libre d'un chantillon de mortier. Les essais ont montrer que le ressuage du mortier issu du BAP est

quasiment nul. Le mortier issu du BC possde une capacit de ressuage pouvant aller jusqu 15x10-3 cm3/ cm3 et une vitesse de ressuage atteignant 2.5 kg/m

2/h.

3 RESULTATS ET DISCUSSIONS

3.1 En conditions de laboratoire

Le tableau 9 et la figure 4 donnent les rsultats de la fissuration des mortiers mBAP et mBC dans les

conditions de laboratoire (CL).

Tableau 9 : Relev de fissuration des mortiers en conditions de laboratoire (CL)

En conditions de laboratoire (CL), la porte du retrait plastique des btons autoplaants est bien plus

importante que celle des btons ordinaires. Avec leur ressuage quasi nul, les BAP prsentent

incontestablement des prdispositions la fissuration prcoce. Cette consquence rejoint quelque peu

lanalyse fournie sur la question par Gram et al. (1999) [9] et Turcry et al.[10]. Mais, dans les conditions plus ou moins favorables du laboratoire, il est trs difficile de distinguer la proportion

critique de cette fissuration. Dans le cas des BC, leau de ressuage devient quant elle un avantage prcieux, surtout en cette priode particulirement cruciale de lentame du processus dhydratation. Le peu de fissuration observ ne peut tre attribu qu leffet de tassement caus par la gravit.

Le temps Ti (h)

Localisation des

fissures sur le dispositif

La longueur fissure

(cm)

Longueur totale des

fissures (cm)

mBAP mBC mBAP mBC

3,5

/

/

/

0

0

4

Partie centrale

Cots latraux

4

0

1

0

4

1

4,5

Partie centrale

Cots latraux

6

1

3

1

7

4

5 Partie centrale

Cots latraux

10

2

7

1

12

8

5,50

Partie centrale

Cots latraux

20

2

14

0

22

14

6,00

Partie centrale

Cots latraux

22

3

15

0

25

15

6,50

Partie centrale

Cots latraux

24

4

18

3

28

21

7,00

Partie centrale

Cots latraux

26

5

18

4

31

22

3.2 Effets de temprature et vent

Dans le tableau 10, sont consignes les longueurs des lignes de fissurations observes sur les mortiers,

en conditions chaudes;

Tableau 10 : Relev de fissuration des mortiers en conditions affichant le climat chaud

C30 et C50 sans et avec vent.

Lamplitude de la fissuration a clairement augment en passant aux conditions C30 et C50. Ces conditions affichant quelque peu un climat chaud, se confirment tre des facteurs aggravant du retrait

plastique. En conjuguant leffet du vent avec celui de la temprature, la manifestation de fissure est encore accrue.

Dans ce genre de situation le taux dvaporation est continuellement suprieur au taux de ressuage des mortiers. Aux tempratures plus leves les BC, malgr leur train dassistance engag par leau de ressuage, finissent de manire aussi sensible que les BAP.

3.3 Effets des corrections sur la composition Les conditions de climat chaud aboutissent des pertes deau par vaporation qui engendrent clairement un amoindrissement de certaines proprits telles que louvrabilit, la rsistance, la microstructure interne, etc[11]. A cet effet, plusieurs solutions peuvent tre proposes. Afin de parer ces drglements, il faut passer par des corrections dans la composition des btons ou des mortiers.

Ces corrections peuvent tre un apport supplmentaire soit en eau ou en super plastifiant comme la prconis trs souvent la littrature.

Dans le tableau 11, sont consignes les longueurs des lignes de fissurations observes sur les mortiers,

en conditions chaudes; 50 C sans et avec vent en introduisant les apports en eau ou en super

Le temps

Ti (h)

Longueur totale des fissures (cm)

Conditions de conservation

C30 C30V C50 C50V

mBAP mBC mBAP mBC mBAP mBC mBAP mBC

1

0

0

4

0

8

4

14

6,5

1,5

8

0

13

2

18

5

23

12

2

22

0

29

7

34

9.5

41,5

17

2,5

30

5

39

12

44

16

50,5

24

3

38

14

46

19,5

52

23,5

61

37,5

3,5

47

16

53

29

59

32,5

69

46,5

4

52

17

61

35

68

39,5

75,5

54,5

4,5

56

23

68,5

41,5

74,4

46

81

64

5

58

23

69

43

75

47

80

65

5.5

59

25

70

42

73

48

81

64

plastifiant. Ces supplments ont t effectus juste un niveau o les conditions dautoplaabilit restent respectes.

Tableau 11

Relev de fissuration des mortiers en conditions C50 et C50V

avec supplments en super plastifiant SSP et en eau SE.

Lintroduction dun supplment en super plastifiant na apport aucun effet marquant comparativement au cas o aucun supplment na t insr. En temps chaud, lutilisation de quelques adjuvants appropris, tel que justement un super plastifiant, est assez rpandue. Cependant, Moorfield

(1982) [12] rapporte que lefficacit de ces derniers peut tre affecte par les tempratures leves du bton. Au vu de la complexit de ces produits, il est donc ncessaire deffectuer des essais de convenance et de sassurer de leur compatibilit. A linverse lajout dun supplment en eau diminue relativement la fissuration et ce dans les deux de figure, sans vent et avec vent.

Le temps

Ti (h)

Longueur totale des fissures (cm)

Conditions de conservation

C50 C50V

mBAP

AC

mBAP

SSP

mBAP

SE

mBAP

AC

mBAP

SSP

mBAP

SE

1

8

6

0

14

12,5

2

1,5

18

19,5

8,5

23

19,5

11,5

2

34

32,5

17

41,5

38

20,5

2,5

44

42,5

28,5

50,5

49,5

30,5

3

52

53

33,5

61

56,5

37

3,5

59

61,5

42

69

68

46,5

4

68

72,5

49,5

75,5

78,5

55

4,5

74,5

76

55,5

81

83,5

62,5

5

73

78

56

80

84

60

5,5

75

79

54,5

81

79,5

62

AC : Aucune Correction,

SSP : Supplment en Super Plastifiant, de 6,4 g/l 7,04, soit 10% de plus,

SE : Supplment en Eau, de 293,65 g/l 323 g/l, soit 10% de plus.

Les consquences du surplus deau quand aux proprits des btons sont connues. La sgrgation, le ressuage, la baisse de rsistance et la porosit leve peuvent tre cits parmi ces consquences

(Venuat, 1981) [13]. Malgr tous ces inconvnients, un surplus deau peut offrir tout de mme quelques avantages comme (Ait-Aider et al., 2006 )[5]:

- Ce surplus pourrait servir de rserve disponible pour lvaporation. - Elle peut galement servir dauto cure sur les surfaces suprieures du bton frais (eau de

ressuage).

- Une prise lgrement retarde.

4 CONCLUSIONS

Cette investigation apporte une contribution mieux apprcier le cas de lapparence du retrait plastique dans les BAP, particulirement dans des environnements affichant un climat chaud.

Grce leur consistance fluide, leur importante proportion en fines et leur faible taux de ressuage, les

BAP apparaissent dailleurs plus sensibles la fissuration et ce quelque soit les conditions de conservation.

Il devient donc intressant dapporter des corrections dans les compositions des BAP et/ou amliorer certaines recommandations de telle faon pouvoir attnuer la prdisposition la fissuration de ces

derniers.

A tempratures leves, lorsque le taux dvaporation dpasse celui du ressuage, la porte du retrait plastique est presque identique pour les deux natures de mortier. Avec un faible taux dvaporation, les BAP semblent mieux pargns de la fissuration. Il est donc plus que vital de protger

automatiquement les BAP en utilisant une cure approprie, particulirement en conditions climatiques

chaudes.

Dans certains pays chauds, lutilisation de ces btons acquire une planification de tout le processus de btonnage. Durant les priodes extrmement chaudes, la relgation de btonnage peut mme tre

envisage.

5 REFERENCES

[1] Eyi-Assoumou P. (2003), Plastic shrinkage of Self-Compacting Concrete , Travail de Fin

dEtude, Ecole Centrale de Nantes. [2] Turcry Ph. (2004) Retrait et fissuration des btons autoplaants Influence de la formulation , Thse de doctorat, Ecole Centrale de Nantes - Universit de Nantes.

[3] Dtrich C. (1990), La matrise de la fissuration prcoce : condition de la durabilit des ouvrages

, Chapitre 4 de La durabilit des btons , Presse de lENPC. [4] T.A. Hammer. (2003), Cracking susceptibility due to volume changes of self-compacting

concrete. In Proceedings of the Third International RILEM Symposium of Self-Compacting

Concrete. RILEM, 2003.

[5] Ait-Aider H., Hannachi N.E. et Mouret M. (2007): Importance of W/C ratio on compressive

strength of concrete in hot climate conditions, Building and Environment, 42, 24612465. [6] Association Franaise de Gnie Civil. Les btons autoplaants: Recommandations provisoires.

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[7] H. Okamura, K. Ozawa, and M. Ouchi.(2000), Self-compacting concrete. Structural Concrete,

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[8] P. Soroushian and S. Ravanbakhsh (1998), Control of plastic shrinkage cracking with specialty

cellulose fibers. ACI Materials Journal, 95(4) :429-435, July-August 1998.

[9] H.E. Gram and P. Piiparinen (1999), Properties of scc - especially early age and long term

shrinkage and salt frost resistance. In Proceedings of the First International RILEM Symposium of

Self- Compacting Concrete. RILEM, 1999.

[10] P. Turcry and A. Loukili (2003), A study of plastic shrinkage of self-compacting concrete. In

Proceedings of the Third international symposium of self-compacting concrete, 17 et 20 aot

2003, Reykjavik, Iceland. RILEM, 2003.

[11] A. Neville. Proprits des btons (version franaise de Properties of concrete) . Eyrolles, 2000.

[12] Moorfield G. (1982): Concrete for hot climates , Concrete, Vol. 16, pp.14-18.

[13] Venuat M. (1981): Le btonnage par Temps Chaud et dans les Pays Chauds , Conf. au LPEE, Casablanca, CERILH Paris, 26p.

Fig 4: Relev de fissuration des mortiers en conditions de

laboratoire (CL)

05

10

15

20

25

30

35

3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

Temps coul aprs gchage (h)

Po

rte

de

la f

issu

rati

on

(cm

)

mBAP

mBC

Fig 5: Fissuration des mortiers en conditions C30 sans et avec vent

010

20

30

40

50

60

70

80

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

Temps coul aprs gchage (h)

Po

rte

de

la f

issu

rati

on

(cm

)

mBAP(30)

mBC(30)

mBAP(30V)

mBC(30V)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Port

e d

e f

issura

tio

n (

cm

)

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

Temps coul aprs gchage (h)

Fig 5: Effet des corrections sur le potentiel fissuration des BAP

AC

SSP

SE