Rhéologie des bétons autoplaçants - .variations de rhéologie des bétons autoplaçants (BAP),

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  • BULLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSES - 258-259OCTOBRE-NOVEMBRE-DCEMBRE 2005 - RF. 4599 - PP. 15-27

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    Rhologie des btons autoplaants

    valuation de la thixotropieZahia TOUTOU

    Laboratoire central des Ponts et Chausses

    Michel CADORLaboratoire rgional de lEst parisien, Le Bourget

    Nicolas ROUSSEL*Laetitia DALOIA SCHWARTZENTRUBERLaboratoire Central des Ponts et Chausses

    ric VILBLaboratoire rgional de lEst parisien, Le Bourget

    Robert Le ROYLaboratoire Central des Ponts et Chausses

    Dans le cadre du projet national bton autoplaant, le rseau des Laboratoires des Ponts et Chausses a propos et test des mthodes de caractrisation de la thixotropie sur chantier. Les notions de rhologie ncessaires la comprhension du phnomne de thixotropie sont dabord rappeles. Le chantier exprimental de Guerville est ensuite prsent. Le programme dessais ralis et les rsultats obtenus sont dcrits. Lexistence dun phnomne de structuration (ou floculation) d la thixotropie est constate. Il apparat galement que la mesure de lamplitude de cette structuration nest pas suffisante pour dcrire les variations de rhologie des btons autoplaants (BAP), mais que la cintique dvolution du phnomne joue aussi un rle important. Selon les protocoles dessai adopts, la part structuration peut ou non tre dissocie de la part vieillissement du matriau. Des indices permettant de quantifier les deux phnomnes sont dfinis.

    DOMAINE : Ouvrages dart.

    RHEOLOGY OF SELF-COMPACTING CONCRETES:EVALUATION OF THIXOTROPYWithin the scope of the national self-compacting concrete project, the Ponts et Chausses network of laboratories has proposed and tested methods for characterizing thixotropy on worksites. The rheological notions necessary to understanding the phenomenon of thixotropy will first be recalled. The experimental site at Guerville will be presented next. The complete testing program, along with the set of results obtained, will also be discussed. The existence of a structural pattern (or flocculation) phenomenon due to thixotropy has been observed. It would also appear that the amplitude measurement of this structural pattern is not adequate for describing the rheological variations in self-compacting concretes (SCC), but that the evolution kinetics of the phenomenon also play a key role. Depending on the test protocols adopted, the structural part might or might not be dissociated from the aging part of the material. Indices making it possible to quantify both phenomena have also been defined.FIELD: Structural engineering.

    RSUM ABSTRACT

    Les btons autoplaants (BAP) sont vous un essor important tant en France qu ltranger. Eneffet, ces matriaux, qui ont t conus au Japon dans le but de couler des pices fortement ferrailles,des pices de gomtrie complexe ou situes dans des zones difficilement accessibles, sontextrmement fluides et se mettent en place sous leur propre poids sans apport de vibration. Ils sontbien sr utiliss dans la ralisation de dallages ou de voiles de grande hauteur, du fait de la limitationdu nombre de reprises de btonnage. Par ailleurs, lemploi de superplastifiants de plus en pluslabors et le plus souvent associs des agents viscosants leur confre un caractre thixotropeparticulirement marqu. La thixotropie (qui sera dfinie plus en dtail plus bas) se manifeste enparticulier par une structuration (ou floculation) de la pte de ciment lors dun repos ou duncoulement lent du bton. Ce phnomne entrane une diminution rversible de louvrabilit dumatriau. Un tel phnomne constitue la fois un avantage et un inconvnient dans le cas des BAP.

    INTRODUCTION

    * Auteur contacter pour toute correspondance.

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    Il prsente lavantage dempcher la sgrgation statique des plus gros grains et galement de limiterles contraintes de pousse sur les coffrages. En revanche, dans le cas dune mise en uvreparticulirement lente, la thixotropie prsente linconvnient de rduire la proprit d auto-mise enplace du matriau. Une meilleure matrise de ces phnomnes contribuerait loptimisation desconditions de mise en uvre de ces nouveaux btons.Le projet national B@P, qui runit la profession du gnie civil autour de ce matriau, a pour objectifdaccompagner le dveloppement des BAP. Dans ce cadre, on souhaite approfondir lesconnaissances, amliorer ou mettre au point des essais et rdiger des recommandations pour leurcontrle et leur mise en uvre . Parmi ces proccupations, linteraction thixotropie-pousse sur lescoffrages a t tudie lors dun chantier exprimental. Le rseau des Laboratoires des Ponts etChausses (LPC), en tant que partenaire de ce projet, et plus particulirement la division Btons etcomposites cimentaires du Laboratoire Central des Ponts et Chausses (LCPC) ainsi que leLaboratoire rgional de lEst parisien (LREP), ont eu, dans ce cadre, lopportunit de raliser desessais en vraie grandeur sur le site exprimental de Guerville (Yvelines - 78). Lintervention de cesquipes a consist proposer et tester des mthodes de caractrisation de la thixotropie surchantier.Dans cet article, les notions de rhologie ncessaires la comprhension du phnomne dethixotropie sont dabord rappeles. Le chantier exprimental de Guerville, qui met en uvre descoulages de voiles et de dalles en vraie grandeur, est ensuite dcrit. Enfin, le programme dessairalis pour la caractrisation de la thixotropie dun BAP est prsent et les diffrents rsultatsrecueillis sont analyss. Lobjectif de ce travail nest pas de proposer de faon dfinitive un protocolede caractrisation de la thixotropie, mais de prsenter les rsultats obtenus partir de plusieurs typesde mesures.

    Le comportement des btons autoplaants, comme celui de nombreuses autres suspensions departicules, peut tre dcrit par un modle dHershel Bulckley [1, 2]. Celui-ci fait intervenir troisparamtres intrinsques (0, k, n) qui permettent de dcrire lcoulement en rgime permanent dumatriau si celui-ci reste homogne (pas de sgrgation des particules). La contrainte decisaillement (Pa) est alors relie au taux de dformation (s-1) par la relation suivante :

    = 0 + kn (1)

    o 0 est le seuil de cisaillement du matriau et k un paramtre de viscosit. Si n < 1, le matriau estdit rho-fluidifiant ; si n > 1, le matriau est dit rho-paississant ; si n = 1, le modle est dit deBingham. Ces paramtres sont accessibles laide de rhomtres bton [3, 4] tels que le BTRhomdvelopp au LCPC [5] et adapt aux BAP par Sedran [6]. De Larrard et al. [7] ont montr que lesbtons taient, dans leur grande majorit, des matriaux rho-fluidifiants.De plus, les agents viscosants entrant frquemment dans la composition des btons auto-plaantsaccentuent le caractre thixotrope des btons obtenus. Il peut tre utile de rappeler ici la dfinitionde la thixotropie donne par le dictionnaire de Rhologie [8]. Un corps est dit thixotrope si deuxconditions sont remplies :

    aprs un long repos, (ou ) tant brusquement applique puis maintenue fixe, la viscositapparente est fonction dcroissante de la dure dcoulement ;

    le corps retrouve son tat initial aprs un repos assez long.Cette volution de la viscosit au cours du temps peut tre explique par une diminution rversiblede ltat de floculation (dstructuration) des particules de ciment soumises un cisaillement. Aurepos, cette floculation rapparat et le matriau semble se figer (structuration). Dans la littrature, cephnomne a tout dabord t appel abnormal setting (prise anormale) des btons [9]. Il nacependant rien voir avec un phnomne de prise puisque des matriaux telle que la bentoniteprsentent un comportement similaire sans pour autant subir de raction dhydratation. Cephnomne a t rcemment analys, autant dun point de vue qualitatif que quantitatif, par Jarnyet al. [10] dans le cas de ptes de ciment blanc.La rversibilit du phnomne mrite que lon sy attarde. En effet, la viscosit apparente dunbton auto-plaant peut aussi voluer au cours du temps sous leffet dune activation lente dunadjuvant ou, moyen terme, cause du processus dhydratation du ciment. Ces volutions sont

    RHOLOGIE DES BAP : TAT DE LART

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    irrversibles. Un simple malaxage suffisamment vigoureux peut effacer les consquences dunlong temps de repos sur ltat de floculation dun matriau alors quaucun malaxage ne peutinverser les ractions physico-chimiques. Dans ltude du comportement des BAP, il est doncprimordial de dissocier la thixotropie (phnomne rversible) du vieillissement (phnomneirrversible) [11].La thixotropie naffecte en rien ltude du comportement en rgime permanent, cest--dire encoulement tabli des BAP (pompage, malaxage, coulement dans une goulotte lors de la vidangedun camion toupie), qui peut tre dcrit laide du modle dHershel-Bulkley. Elle doit cependanttre prise en compte dans ltude des rgimes transitoires qui sont majoritaires lors des phases demise en uvre (remplissage dun coffrage, coulage dune dalle et mme repos du matriau, pendantlequel ltat de floculation augmente).Dans la pratique, les essais permettant de caractriser le comportement des BAP sont des essais dechantiers simples et peu coteux sur lesquelles portent les recommandations provisoires delAssociation franaise de gnie civil [12]. Celles-ci portent sur trois caractristiques de cesmatriaux :

    leur aptitude remplir un coffrage, value laide de lessai dtalement au cne ;leur aptitude franchir une zone ferraille, value laide de lessai la L-Box ;leur stabilit vis--vis de la sgrgation statique, value laide de lessai au tamis.

    Les deux premiers essais correspondent des coulements transitoires et sont donc affects par lathixotropie. Le dernier essai concerne le caractre ventuellement htrogne du matriau et nefournit donc pas dinformations su