PFE soutenu en septembre 2013. DAOUD Imane 4/4

P O M B A I L I T E D E S B E T O N S A H A U T E S P E R F O R M A N C E S -

Société d’accueil : C.E.R.I.B

PFE présenté par : Daoud Imane

Tuteur industriel : Sahm Thomas

Enseignant superviseur : Terfous Abdellali ____________

Résumé

Pompabilité des Bétons à Hautes Performances :

Le pompage du béton est une technique de transport du béton qui permet un gain de temps, de productivité et d’argent. Cependant, cette technique présente des limites dans le monde de la préfabrication car les méthodes développées pour le pompage du Béton Prêt à l’Emploi (BPE) ne sont pas adaptées aux Bétons de la Préfabrication. L’objectif de l’étude est d’adapter les techniques de pompage au béton de l’industrie de la préfabrication plus particulièrement aux Bétons à Hautes Performances. L’étude sur le pompage a été divisée en deux parties. La première concerne la rhéologie du béton et la deuxième concerne les problèmes mécaniques liés à la pompe et au circuit de pompage. Le sujet du stage porte sur la première partie : l’étude du comportement rhéologique et tribologique des Bétons à Hautes Performances. Pour cela deux paramètres ont été étudiés : le volume de pâte et la quantité de fibres ajoutées. Pour la mesure des propriétés rhéologiques, des essais de maniabilité et des essais au rhéomètre ont été utilisés. Les résultats obtenus sur la rhéologie des BHP étudiés montrent un comportement Binghamien modifié. Les conclusions suivantes peuvent être tirées : le volume de pâte améliore la maniabilité du béton alors que c’est le contraire avec les fibres. Il serait donc avantageux d’utiliser les bétons avec un volume de pâte important pour le pompage et de trouver un dosage optimal en fibres pour assurer la pompabilité et une résistance suffisante du béton à l’état durci.

Summary

Pumping of high performance concrete : The concrete pumping is a technique of concrete transport. This technique allows a saving of time, productivity and money. However, this last presents limits in the world of the prefabrication because the methods developed for the pumping of the Ready-mixed concrete are not adapted to concrete of the prefabrication. The objective of the study is to adapt the techniques of pumping to the concrete industry of the prefabrication more particularly in high-performance Concretes. The pumping study was divided into two parts. The first one concerns the rheology of the concrete and the second concerns the mechanical problems to the pump and to the circuit of pumping. The subject of the work experience concerns the first part: the study of the rheologic behavior and tribologic of the high-performance Concretes. Two parameters were studied: the volume of dough and the quantity of added fibers. For the measure of the rheologic properties, tests of handiness and the tests in the rheometer were used. The results obtained on the rheology of the studied BHP show a modified behavior Binghamien. The following conclusions can be drawn: the volume of dough improves the handiness of the concrete while it is the opposite with fibers. It would be thus advantageous to use concretes with a volume of dough important for the pumping and to find an optimal dosage in fibers to assure the pumpability and a sufficient resistance of the concrete.

PFE soutenu en septembre 2013. DAOUD Imane 4/4

1. Introduction

Le pompage du béton est une technique très développée et utilisée sur chantier. Il s’agit de transporter du béton dans une conduite sans utilisation de benne ni de bande transporteuse. Elle est très appréciée parce qu’elle permet un gain de temps, de productivité et d’argent ainsi qu’un coulage en continu ou dans des endroits difficiles d’accès. Pour pouvoir utiliser cette technique, le béton doit être pompable. Deux catégories de facteurs peuvent influer sur la pompabilité du béton : les facteurs mécaniques liés au circuit de pompage et les facteurs liés à la composition du béton. Ces facteurs peuvent poser problème aux industries de la préfabrication. En effet les problèmes de dimensionnement du circuit de pompage et du choix des tuyaux sont amplifiés pour des raisons d’espace et de productivité. De plus les bétons utilisés sont des BHP, Bétons à Hautes Performances, et par conséquent à haute viscosité. À l’heure actuelle il n’existe pas de procédure concernant les BHP permettant de déterminer leur pompabilité. L’objectif de cette étude est donc de définir des paramètres et les procédures de pompage pour les Bétons à Hautes Performances.

2. Pompage du béton

Le pompage du béton est le transport du béton à travers des tuyaux jusqu’à l’endroit souhaité. Au cours du pompage des problèmes peuvent survenir : Ségrégation, perte d’homogénéité, bouchons… Pour comprendre ces problèmes, il faut s’intéresser à ce qui se passe à l’intérieure d’une conduite.

Il y a déplacement par bloc du béton au centre alors que la couche en périphérie est fortement cisaillée. La rhéologie du béton est l’étude de

l’écoulement ou la déformation des corps sous l’effet de contraintes. La tribologie est la science qui étudie le frottement et la lubrification entre deux systèmes.

Le pompage de béton peut être considéré dans la plus part des cas comme le cisaillement d’une couche annulaire d’épaisseur inconnue et avec des propriétés rhéologiques inconnues. Les industriels du béton s’intéressent plus particulièrement aux Bétons à Hautes Performances (BHP) voir Très Hautes Performances (BTHP) fibrés ou non.

3. Protocole expérimentale 3.1. Bétons étudiés

Trois familles de bétons ont été choisies pour l’étude rhéologique :

BHP (Eeff/C= 0,35)

Avec Eeff/C le rapport entre la quantité d’eau efficace et de ciment. BTHP (Eeff/C= 0,27)

BUHP (Eeff/C= 0,2) Deux paramètres seront étudiés : Le volume de pâte et la quantité de fibres ajoutées.

3.2. Essais à faire

Pour étudier l’influence des deux paramètres cités précédemment, des essais de maniabilité et au rhéomètre seront fait.

Tuyau Couche de glissement

(tribologie)

Friction

interne

(rhéologie)Béton

PFE soutenu en septembre 2013. DAOUD Imane 4/4

Essais de maniabilité:

Affaissement : Cet essai, aussi appelé cône d’Abrams caractérise la consistance du béton et son aptitude à se déformer sous son propre poids. Il n’est pas utilisable pour des bétons très secs ou trop fluides. Le principe de l’essai consiste à mouler manuellement un tronc de cône de dimensions normalisées et de mesurer après démoulage son affaissement sous l’effet de son propre poids. Plus cet affaissement est grand et plus le béton est réputé fluide.

Etalement : Cet essai caractérise la viscosité du béton. Le même cône que celui de l’essai d’affaissement est utilisé. Ce cône est placé sur une plaque d’étalement, à surface propre et humidifiée et de dimension suffisante, avant d’être rempli de béton. Le cône est ensuite soulevé et le béton s’étale (sans faire bouger la plaque). Le temps d’étalement au diamètre 500 mm et le diamètre final sont mesurés.

Essais au rhéomètre : Les mesures des paramètres rhéologiques (seuil de cisaillement et viscosité) se font à l’aide d’un rhéomètre. L’appareil utilisé par le CERIB est le RHEOCAD 500. Il s’agit d’un appareil muni de deux mobiles : l’hélicoïdale ou le vane. Le béton est placé dans une cuve cylindrique de rayon 15 cm et de hauteur 35 cm. Cette dernière est munie d’une cage pour éviter tout glissement sur la paroi. Le capteur couple à une capacité de 1000Ncm et la vitesse peut atteindre 250 tours par minute (rpm). Un profil de vitesse par palier est appliqué et le couple est mesuré. En considérant ces deux paramètres et en faisant une analogie avec un rhéomètre à cylindres coaxiaux, le seuil de cisaillement et le gradient de vitesse peuvent être déterminés.

4. Résultats Les essais ont été menés afin de caractériser les bétons pompables. Le but de l’étude est de voir l’influence du volume de pâte et des fibres sur la couche limite et d’ajuster les compositions des bétons dans le cas où ces derniers ne sont pas pompables. Les essais de caractérisations ont permis de soulever deux points :

Le volume de pâte améliore la maniabilité du béton. Il serait donc avantageux

d’utiliser les bétons avec un volume de pâte important pour le pompage.

L’ajout des fibres diminue la maniabilité du béton. Il faut donc trouver le dosage

optimal pour assurer la pompabilité et une résistance suffisante du béton à l’état

durci.

Les essais au rhéomètre ont permis de tirer deux conclusions :

La rhéologie optimale pour le pompage est celle où le seuil de cisaillement du béton

est faible de façon à avoir une résistance minimale à l’écoulement.

La viscosité doit être suffisamment élevée pour assurer la stabilité du béton sans

toutefois restreindre la mobilité de ce dernier sous pression.

Des difficultés sont apparues lors de l’utilisation du béton : ségrégation du béton, couple pas assez élevés pour déplacer des bétons trop visqueux… Ainsi, en prenant en considération ces différentes conclusions, les compositions des bétons peuvent être ajustées pour assurer la pompabilité des bétons. Ces bétons seront utilisés pour la suite des essais mécaniques.

PFE soutenu en septembre 2013. DAOUD Imane 4/4

5. Perspectives 5.1. Etude mécanique

Une étude mécanique sera menée par la suite. Trois paramètres seront étudiés :

- L’influence de la configuration du circuit - L’influence de la pression et du débit - L’influence de la technologie de pompe

Des essais de caractérisations et au rhéomètre seront menés en amont et aval du pompage. De cette manière, l’influence du pompage sur les paramètres rhéologiques des Bétons à Hautes Performances sera étudiée. Pour effectuer ces essais, une plateforme de pompage est nécessaire.

5.2. Plateforme de pompage

Des essais ont déjà été menés mais il a fallu faire face à des difficultés de traitements des déchets. C’est pourquoi il a été décidé de construire une nouvelle plateforme de pompage pour réaliser des essais dans des conditions optimales et proches des conditions d’usines.

5.3. Une alternative aux problèmes de pompage

Pour s’affranchir des problèmes de la couche limite, une alternative a été étudiée : la modification des tuyaux utilisés pour le pompage. Des tuyaux en PTFE pourraient remplacer les tuyaux en acier. Ils possèdent des propriétés intéressantes :

• Une grande résistance face aux pressions élevées lors du transport des fluides grâce à un tressage métallique.

• Un faible coefficient de frottement= faible perte des charges donc utilisation possible pour des débits importants. (Coeff= 0,05 pour PTFE et 0,1 pour l’acier)

• Une faible adhérence permet de véhiculer des fluides très visqueux.

5.4. Programme 2014

• Evaluation des critères de pompabilité en fonction des paramètres liés au type de pompe, à la particularité du circuit de tuyauterie, à la formulation du béton

• Réalisation des essais : observations et quantification de la pompabilité des bétons • Modification des critères de pompabilité, ajustement des compositions de béton.