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UNIVERSIT DE SHERBROOKE Facult de gnie
Dpartement de gnie civil
VALORISATION DE LA POUDRE DE VERRE
DANS LE BTON AUTOPLAANT
Mmoire de matrise Spcialit : gnie civil
Sihem CHEKIREB
Jury : Arezki TAGNIT-HAMOU (Directeur) Ammar YAHIA (Co-directeur) Patrice RIVARD (Rapporteur) Abdelkrim BENGOUGAM (Examinateur)
Sherbrooke (Qubec) Canada Juillet 2015
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mes prcieux parents
mes chers frres
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Cette fois-ci, la question nest pas de savoir quelle sphre cleste tourne autour de lautre, mais de dcider si lenvironnement est une partie de lconomie ou lconomie une partie de lenvironnement.
Lester R. Brown
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RSUM
Les btons autoplaants (BAP) reprsentent une nouvelle technologie rvolutionnaire dans
le domaine de la construction et du gnie civil. Lemploi de ce type de bton innovant ne
cesse de gagner du terrain et se gnralise diverses applications grce leurs multiples
avantages techniques et socio-conomiques. Cependant, la formulation des BAP est
relativement complexe et coteuse par rapport un bton conventionnel vibr. Une forte
teneur en liant et un dosage adquat en adjuvants chimiques sont requis afin dassurer les
proprits de fluidit, dhomognit et de stabilit de ces nouveaux btons. Par ailleurs,
lutilisation du verre mixte au Qubec gnre beaucoup de dchets polluants et nuisibles
lenvironnement. Dans ce contexte, il semblerait avantageux de recycler ce verre en
remplacement partiel du ciment. Cela permet de diminuer le prix de revient du BAP, de
limiter lutilisation des ressources naturelles et dattnuer la production de gaz effet de
serre.
Lobjectif principal de cette tude est le dveloppement dun BAP conomique et cologique
contenant la poudre de verre (PV) comme ajout cimentaire. Leffet de la PV sur la rhologie
des ptes de ciment et sur les performances des BAP ltat frais et durci est valu. Tous
les mlanges de ptes et de BAP sont prpars avec un rapport E/L de 0,42. Diffrents
pourcentages de remplacement du ciment par la PV, allant jusqu' 40% en masse de liant
total, sont tudis dans des matrices binaires et ternaires. Dans le cas des systmes ternaires,
la fume de silice est utilise 3% en masse de liant. D'autre part, la cendre volante classe F
(CV) et le laitier de haut fourneau (L) sont utiliss des fins de comparaison. Les rsultats
des essais montrent que la PV rduit la demande en superplastifiant en comparaison avec la
CV et L. En outre lutilisation de la PV naffecte pas la viscosit plastique, mais diminue
significativement le seuil de cisaillement des ptes tudies. Dautres parts, le remplacement
partiel du ciment par la PV amliore louvrabilit, la rhologie et la stabilit des BAP binaires
et ternaires sans lemploi dun agent de viscosit. Les proprits mcaniques ainsi que la
rsistance la pntration des ions chlorures et la rsistance au gel-dgel des BAP
incorporant la PV sont comparables voir meilleures que celle du tmoin dpendamment du
pourcentage de remplacement.
On peut dire quil est possible de produire un BAP incorporant la poudre de verre comme
ajout cimentaire alternatif local dans une optique de dveloppement durable.
Mots cls : bton autoplaant, ajouts cimentaires, poudre de verre, rhologie, proprits
mcaniques, durabilit.
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iii
REMERCIEMENTS
Je tiens exprimer mes sincres remerciements et ma grande gratitude envers mon directeur
de recherche, le professeur Arezki Tagnit-Hamou pour la confiance quil ma accorde en
moctroyant ce sujet de recherche passionnant, pour son aide et son soutien technique et
financier.
Mes vifs remerciements vont particulirement mon codirecteur de recherche, le professeur
Ammar Yahia pour ses conseils qui mont permis dvoluer sur le plan exprimental et
scientifique.
Je souhaite remercier toutes les personnes du Groupe Bton qui mont aid de prs ou de
loin dans lachvement de mes travaux de recherche. Je remercie galement tous les
techniciens et les stagiaires pour leur disponibilit et leur aide.
Enfin, un grand merci tous mes amis de Sherbrooke pour les bons moments passs
ensemble et les fous rires partags.
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TABLE DES MATIRES RSUM ................................................................................................................................ i REMERCIEMENTS ............................................................................................................ iii LISTE DES FIGURES ........................................................................................................ vii LISTE DES TABLEAUX .................................................................................................... xi 1. INTRODUCTION ......................................................................................................... 1
1. 1 Mise en contexte et problmatique ......................................................................... 1 1. 2 Objectifs du projet de recherche ............................................................................. 2 1.3 Structure du mmoire .............................................................................................. 3
2. REVUE DE LA LITTRATURE ................................................................................. 5 2. 1 Gnralits sur les BAP .......................................................................................... 5
2.1.1 Dfinition, historique et avantages .................................................................. 5 2.1.2 Approches de formulation ............................................................................... 6 2.1.3 Caractristiques recherches ltat frais ..................................................... 10
2. 2 Notions de rhologie - Application aux matriaux cimentaires............................ 12 2.2.1 tude de la rhologie ..................................................................................... 12 2.2.2 Comportements rhologiques ........................................................................ 12 2.2.3 Modles mathmatiques ................................................................................ 14
2. 3 Rhologie des BAP Rle des constituants ......................................................... 15 2.3.1 lchelle de la pte ..................................................................................... 15 2.3.2 lchelle du BAP ........................................................................................ 28
2. 4 La poudre de verre dans les btons ....................................................................... 35 2.4.1 Proprits ltat frais ................................................................................... 35 2.4.2 Proprits ltat durci .................................................................................. 36
2. 5 Conclusion ............................................................................................................ 40
3. PROGRAMME EXPRIMENTAL ET PROCDURES DESSAIS ........................ 41 3. 1 Prsentation du plan exprimental ........................................................................ 41 3. 2 Caractristiques des matriaux ............................................................................. 49
3.1.1 Ciment ........................................................................................................... 49 3.1.2 Poudre de verre .............................................................................................. 49 3.1.3 Cendres volantes ............................................................................................ 51 3.1.4 Laitier de hauts fourneaux ............................................................................. 51 3.1.5 Fume de silice .............................................................................................. 52 3.1.6 Sable et gros granulats ................................................................................... 53 3.1.7 Adjuvants chimiques ..................................................................................... 54 3.1.8 Eau de gchage .............................................................................................. 54
3. 3 Procdures de malaxage ........................................................................................ 55 3.3.1 Malaxage des ptes ........................................................................................ 55 3.3.2 Malaxage des BAP ........................................................................................ 55
3. 4 Description des essais ........................................................................................... 56 3.2.1 Essais sur les ptes ltat frais..................................................................... 56
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3.2.2 Essais sur BAP ltat frais .......................................................................... 59 3.2.3 Essais sur BAP ltat durci ......................................................................... 63
4. RSULTATS ET DISCUSSION ................................................................................ 67 4.1 Optimisation rhologique des ptes de ciment ..................................................... 67
4.1.1 Ptes matrice binaire ................................................................................... 67 4.1.2 Conclusions (ptes binaires) .......................................................................... 80 4.1.3 Ptes matrice ternaire .................................................................................. 81 4.1.4 Conclusions (ptes ternaires) ......................................................................... 85
4. 2 Validation sur les BAP dtat frais..................................................................... 86 4.2.1 talement et maintien de la maniabilit ........................................................ 88 4.2.2 Demande en superplastifiant ......................................................................... 90 4.2.3 V-Funnel vs T50 ............................................................................................ 91 4.2.4 J-Ring ............................................................................................................ 92 4.2.5 Seuil de cisaillement et viscosit plastique.................................................... 93 4.2.6 Tassement vs viscosit plastique ................................................................... 94 4.2.7 Teneur en air et masse volumique ................................................................. 95 4.2.8 Conclusions ................................................................................................... 96
4. 3 Performance des BAP ltat durci ...................................................................... 97 4.3.1 Proprits mcaniques ................................................................................... 97 4.3.2 Durabilit ..................................................................................................... 102 4.3.3 Conclusions ................................................................................................. 105
5. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES .................................................................... 107 5.1 Sommaire ............................................................................................................ 107 5.2 Contributions et perspectives .............................................................................. 108
LISTE DES RFRENCES .............................................................................................. 110
ANNEXE A ....................................................................................................................... 116
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vii
LISTE DES FIGURES
Figure 2-1 : Critres de base pour assurer une bonne dformabilit, une stabilit acceptable et un faible risque de blocage [Khayat, 1999] .................................................... 7
Figure 2-2 : Fractions volumiques typiques des constituants majeurs du bton ordinaire et du BAP type AV et poudre pour presque la mme rsistance la compression .......................................................................................................................... 10
Figure 2-3 : Classification des fluides selon leur comportement rhologique .................... 13
Figure 2-4 : Courbe dcoulement des ptes de ciment sans superplastifiant [Cyr et al., 2000] .......................................................................................................................... 17
Figure 2-5 : Distribution granulomtrique du ciment Portland ordinaire (OPC) et du ciment trs fin (SFC) [Chen et Kwan, 2012] ................................................................ 18
Figure 2-6 : a) Seuil de cisaillement versus E/C. b) Viscosit apparente versus E/C ......... 18
Figure 2-7 : Effet du dosage en SP sur le comportement rhologique des ptes de ciment 20
Figure 2-8 : Effet du dosage en SP sur les proprits rhologique des ptes de ciment Portland [Park et al., 2005].............................................................................................. 21
Figure 2-9 : Variation du seuil de rigidit en fonction des diffrentes combinaisons SP-AV [Yahia, 1997] .................................................................................................... 22
Figure 2-10 : Variation de la viscosit apparente 5,1 s-1 en fonction des combinaisons .. 22
Figure 2-11: Effet du taux de remplacement par la cendre volante (CV) sur les proprits rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005] ........................................ 24
Figure 2-12 : Influence du diamtre moyen des CV sur les proprits rhologiques des ptes [Ferraris et al., 2001] ........................................................................................ 25
Figure 2-13 : Effet du taux de remplacement par le laitier de haut fourneau (L) sur les proprits rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005] ....................... 27
Figure 2-14 : Effet du taux de remplacement par la fume de silice (FS) sur les proprits rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005] ........................................ 28
Figure 2-15 : Effet du rapport E/L et du dosage en SP sur ltalement et le temps dcoulement au V-Funnel [Felekolu et al., 2007] ........................................ 30
Figure 2-16 : Effet du rapport E/C sur le dveloppement des rsistances la compression [Felekolu et al., 2007] ..................................................................................... 30
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viii
Figure 2-17 : Influence de la teneur en CV sur les rsistances la compression (SP = 0,7%) [Lachemi, 2001] ................................................................................................ 32
Figure 2-18 : Influence de la teneur en CV sur le retrait de schage (SP = 0,7%) .............. 32
Figure 2-19 : Pntrabilit des ions chlorures 28 et 91 jours des BAP (E/L = 0,38) ....... 33
Figure 2-20 : Rsistances la compression pour les btons ternaires [Abdalla, 2012] ...... 37
Figure 2-21 : Expansion due la RAS des mortiers contenant des particules de verre de diffrentes tailles [Shayan et Xu, 2004] ........................................................... 38
Figure 2-22 : Pntrabilit des ions chlorures 28 jours des btons incorporant la plus part 30 % dajouts cimentaires [Zidol, 2014] .......................................................... 38
Figure 2-23 : Pntrabilit des ions chlorures 56 jours des btons incorporant la plus part 30 % dajouts cimentaires [Zidol, 2014] .......................................................... 39
Figure 2-24 : Pntrabilit des ions chlorures 91 jours des btons incorporant la plus part 30 % dajouts cimentaires [Zidol, 2014] .......................................................... 39
Figure 2-25 : Retrait de schage des btons avec E/L = 0,49 [Shayan et Xu, 2006] .......... 40
Figure 3-1 : Organigramme des phases exprimentales ...................................................... 48
Figure 3-2 : Courbe granulomtrique du ciment GU et des poudres de verre PV-1 et PV2 50
Figure 3-3 : Granulomtrie du sable naturel (0 5 mm) ..................................................... 53
Figure 3-4 : Granulomtrie de la pierre (5 14 mm) .......................................................... 54
Figure 3-5 : Dimensions du mini cne [Kantro, 1980]........................................................ 56
Figure 3-6 : Dimensions du cne Marsh [Yahia, 1997] ...................................................... 57
Figure 3-7 : Rhomtre MCR 302 et gomtrie utilise ..................................................... 58
Figure 3-8 : Protocole de mesure rhologique..................................................................... 59
Figure 3-9 : Mesure de ltalement, du T50 et de lIVS...................................................... 60
Figure 3-10 : Essai du J-Ring .............................................................................................. 61
Figure 3-11 : Schma du V-Funnel [Khayat, 1999] ............................................................ 62
Figure 4-1 : talement des ptes contenant PV-1 en fonction du dosage en SP 5 min du contact eau liant ............................................................................................. 68
Figure 4-2 : talement des ptes contenant PV-2 en fonction du dosage en SP 5 min du contact eau liant ............................................................................................. 68
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Figure 4-3 : Aspect visuel de ltalement des ptes au mini cne ....................................... 69
Figure 4-4 : Maintien de la maniabilit dans le temps des ptes contenant PV-1 (0,12 % SP) .......................................................................................................................... 70
Figure 4-5 : Maintien de la maniabilit dans le temps des ptes contenant PV-2 (0,12 % SP) .......................................................................................................................... 70
Figure 4-6 : Pourcentage de perte de la maniabilit entre 5 et 60 minutes pour un dosage en SP de 0,12 % ..................................................................................................... 71
Figure 4-7 : Temps dcoulement des ptes contenant PV-1 en fonction du dosage en SP 72
Figure 4-8 : Temps dcoulement des ptes contenant PV-2 en fonction du dosage en SP 72
Figure 4-9 : Variation du seuil de cisaillement en fonction du dosage en SP des ptes contenant PV-1 ................................................................................................. 76
Figure 4-10 : Variation du seuil de cisaillement en fonction du dosage en SP des ptes contenant PV-2 ................................................................................................ 76
Figure 4-11 : Variation du seuil de cisaillement des ptes avec 20 % de remplacement du ciment ............................................................................................................... 77
Figure 4-12 : Variation de la viscosit plastique en fonction du dosage en SP des ptes contenant PV-1 ................................................................................................. 78
Figure 4-13 : Variation de la viscosit plastique en fonction du dosage en SP des ptes contenant PV-2 ................................................................................................. 79
Figure 4-14 : Variation de la viscosit plastique en fonction du dosage en SP des ptes avec 20 % de remplacement du ciment ..................................................................... 79
Figure 4-15 : talement des ptes ternaires en fonction du dosage en SP 5 min du contact .......................................................................................................................... 81
Figure 4-16 : Maintien de la maniabilit dans le temps des ptes ternaires (0,18 % SP) .... 82
Figure 4-17 : Temps dcoulement des ptes ternaires en fonction du dosage en SP ......... 83
Figure 4-18 : Variation du seuil de cisaillement en fonction du dosage en SP des ptes matrice ternaire ................................................................................................. 84
Figure 4-19 : Variation de la viscosit plastique en fonction du dosage en SP des ptes matrice ternaire ................................................................................................. 85
Figure 4-20 : talement des btons autoplaants 10 et 60 minutes du contact eau - liant .......................................................................................................................... 89
Figure 4-21 : Pourcentage de perte de maniabilit entre 10 et 60 minutes ......................... 89
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x
Figure 4-22 : Demande en SP pour un talement initial ( 10 min) de 660 30 mm ......... 90
Figure 4-23 : Variation de ltalement initial, du V-Funnel et du T50 selon la teneur des ajouts cimentaires dans les btons autoplaants binaires et ternaires ............... 92
Figure 4-24 : Seuil de cisaillement et viscosit plastique des btons autoplaants binaires et ternaires............................................................................................................. 94
Figure 4-25 : Tassement total et viscosit plastique des BAP binaires et ternaires ............ 95
Figure 4-26 : Rsistances la compression des BAP 1, 7, 28, 56 et 91 jours .................. 98
Figure 4-27 : Gain des rsistances en compression des BAP binaires et ternaires (MPa) .. 99
Figure 4-28 : Rsistances la traction par fendage des BAP 28 et 91 jours .................. 100
Figure 4-29 : Gain de rsistance la traction par fendage entre 28 et 91 jours ................ 100
Figure 4-30 : Module dlasticit E des BAP 28 et 91 jours .......................................... 101
Figure 4-31 : Rsistance aux ions chlorures des BAP ( 28, 56 et 91 jours) .................... 103
Figure 4-32 : Retrait de schage des BAP ......................................................................... 105
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LISTE DES TABLEAUX
Tableau 2-1 : Ajouts minraux utiliss [Ferraris et al., 2001] ............................................ 25
Tableau 3-1 : Paramtres de formulation des ptes binaires et ternaires ............................. 42
Tableau 3-2 : Essais sur les coulis ltat frais ................................................................... 42
Tableau 3-3 : Formulation des BAP matrice binaire et ternaire ....................................... 45
Tableau 3-4 : Essais sur BAP ltat frais .......................................................................... 46
Tableau 3-5 : Essais sur BAP ltat durci ......................................................................... 47
Tableau 3-6 : Caractristiques physico-chimiques des ciments .......................................... 49
Tableau 3-7 : Composition chimique des poudres de verre ................................................ 50
Tableau 3-8 : Composition chimique des cendres volantes de classe F .............................. 51
Tableau 3-9 : Composition chimique du laitier de haut fourneau ....................................... 52
Tableau 3-10 : Composition chimique de la fume de silice .............................................. 52
Tableau 3-11 : Caractristiques physiques du sable et des gros granulats .......................... 53
Tableau 3-12 : Valeurs de lindice visuel de stabilit (IVS) [ASTM 1611]........................ 60
Tableau 3-13 : Cotation qualitative de la surface caille [NQ 2621-900] ......................... 65
Tableau 3-14 : Pntrabilit des ions chlorures selon la charge lectrique [ASTM C1202]...................................................................................................................... 65
Tableau 4-1 : Diminution des paramtres rhologiques du B-20PV3FS ............................ 94
Tableau 4-2 : Augmentation du module E des BAP ternaires par rapport au tmoin ....... 102
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1. INTRODUCTION
1. 1 Mise en contexte et problmatique
Les btons autoplaants (BAP) reprsentent une nouvelle gnration de bton dvelopps pour
acclrer la cadence de construction et amliorer la qualit des structures. Ce sont des btons
innovants qui sadaptent un bon nombre dapplications de gnie civil. Leur utilisation ne cesse
de saccroitre et de slargir dans le domaine de la construction des ouvrages dart, la
prfabrication et la rparation des infrastructures. Cependant, concilier entre fluidit,
homognit, stabilit et cot de production reprsente un vrai dfi. En effet, la formulation des
BAP est relativement coteuse par rapport un bton ordinaire en raison de leur demande,
relativement leve, en liant et en adjuvants chimiques. Cela implique une exploitation
croissante des ressources naturelles non renouvelables. Une des stratgies employes afin de
pallier le problme de limpact environnemental de cette classe de bton, sans perturber le
dveloppement conomique et social, est lutilisation des ajouts cimentaires (AC) en
remplacement partiel du ciment Portland pour la fabrication de BAP valeur ajoute et
respectueux de lenvironnement.
Au Qubec, les ajouts cimentaires les plus utiliss sont des coproduits et sous-produits
industriels, tels que la fume de silice, les laitiers de haut fourneau et les cendres volantes. Ils
peuvent tre incorpors dans les centrales bton prt--lemploi ou mlangs au ciment lors
du broyage du clinker pour produire des ciments composs [Atcin, 2003]. Certains BAP
contiennent un volume trs lev dAC en remplacement partiel du ciment afin damliorer la
stabilit, daugmenter le maintien de la fluidit et de limiter le dgagement de la chaleur
[Khayat, 1999]. Par ailleurs, dautres produits alternatifs ayant un potentiel pouzzolanique et/ou
hydraulique mergent de plus en plus. On retrouve, notamment la poudre de verre (PV). Cette
dernire est issue du broyage des dchets de verre mixte provenant de la collecte slective des
bouteilles et contenants en verre color [Quantis et RECYC-QUBEC, 2015]. On peut classer
la PV comme un ajout alternatif post-consommation.
Lutilisation de la PV en tant quajout cimentaire alternatif a fait lobjet de plusieurs recherches
depuis une quinzaine dannes [Idir, 2009]. Il est montr que la PV a une pouzzolanicit
similaire, voire suprieure celle des cendres volantes [Schwarz et al., 2008]. Il est montr
aussi que lincorporation de 20 30 % de PV amliore louvrabilit, les rsistances mcaniques
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et la durabilit des btons ordinaires [Abdalla, 2012; Aladdine, 2009; Shayan et Xu, 2006;
Zidol, 2009]. De ce fait, il serait intressant et prometteur dlargir lventail dutilisation de la
poudre de verre en tant quajout cimentaire en lincorporant dans les BAP. Ces derniers sont
souvent produits avec des ciments ternaires base de laitier et fume de silice (L + FS) ou
base de cendres volantes et fume de silice (CV + FS). Cependant, on na pas assez de donnes
concernant leffet de la PV sur la rhologie des ptes de ciment et sur les performances ltat
frais et ltat durci des BAP.
Ce projet de recherche vise alors apporter des rponses concrtes et cibles quant la
faisabilit de valoriser la poudre de verre dans une matrice cimentaire binaire ou ternaire afin
de produire un BAP cologique, durable et forte valeur ajoute.
Les questions qui se posent et auxquelles nous tenterons de rpondre sont : quelle est linfluence
de la PV sur les proprits rhologiques de la matrice cimentaire ? Jusqu quel pourcentage de
remplacement du ciment par la PV peut-on arriver pour formuler un BAP stable ? Et est-ce
quon peut diminuer lapport en ajouts chimiques ? Peut-on produire un BAP ternaire base de
PV et FS ayant des performances satisfaisantes ?
1. 2 Objectifs du projet de recherche
Ce projet de recherche sinscrit dans le cadre de la chaire SAQ de valorisation du verre dans les
matriaux cimentaire. Lobjectif principal de cette recherche est de dvelopper un BAP
conomique et cologique contenant la poudre de verre en remplacement partiel du ciment
Portland. Cela constitue une alternative locale quant au recyclage du verre mixte et quant
lutilisation des cendres volantes et des laitiers de haut fourneau. Afin datteindre notre but
principal, nous nous sommes fix les objectifs spcifiques suivants :
Optimisation rhologique des ptes de ciment matrices binaires et ternaires. Il sagit
essentiellement de dterminer les proprits dcoulement des ptes contenant diffrents
taux de remplacement du ciment par la PV et dvaluer le dosage de saturation en
superplastifiant (SP) pour chaque systme cimentaire.
Caractrisation et optimisation rhologiques des BAP formuls avec des matrices
cimentaires binaires et ternaires. La rhologie, louvrabilit et la stabilit sont tudies
pour nous permettre doptimiser les formulations de BAP aux proprits dsires.
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Dtermination des performances ltat durci des BAP optimiss matrice binaire et
ternaire pour valuer leffet de la poudre de verre sur les proprits mcaniques
(rsistance la compression, rsistance la traction, module dlasticit) et la durabilit
(rsistance au gel-dgel et lcaillage, permabilit aux ions chlorures, retrait de
schage).
Une fois les objectifs spcifiques atteints, ce projet de recherche va apporter des rponses
scientifiques quant leffet de la poudre de verre sur la rhologie des ptes de ciment et du
BAP. Aussi, cela va permettre de donner un aperu sur les performances ltat durci des BAP
base de PV.
1.3 Structure du mmoire
Ce mmoire de matrise se compose principalement de six chapitres :
Chapitre 1 : Introduction. Dans ce chapitre nous cernons la problmatique ainsi que les
questions qui en dcoulent et auxquelles nous tenterons de rpondre travers les objectifs de
ce travail de recherche.
Chapitre 2 : Bibliographie. Aprs le premier chapitre, le second constitue un tour dhorizon sur
la technologie du bton autoplaant, les lois qui rgissent les proprits dcoulement des
matriaux cimentaire et le rle que jouent les constituants du BAP sur ses proprits ltat
frais et durci. Nous verrons galement leffet de lincorporation de la PV sur louvrabilit des
btons, leurs proprits mcaniques et leur durabilit.
Chapitre 3 : Mthodologie. Ce chapitre concerne le programme exprimental mis au point afin
datteindre les objectifs fixs. Les caractristiques des matriaux utiliss et les diffrentes
procdures dessais sont dcrites.
Chapitre 4 : Rsultats et analyses. Les rsultats obtenus tout au long des diffrentes phases du
projet sont exposs et analyss dans ce chapitre.
Chapitre 5 : Conclusions et perspectives. Ce chapitre est un rsum et une conclusion finale de
ce travail de recherche. Nous soulignons leffet de la PV sur les proprits dcoulement des
BAP, leurs proprits mcaniques et leur durabilit. Ce chapitre constitue aussi une fentre sur
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les voies de recherche qui peuvent tre entreprises dans le domaine du recyclage du verre mixte
dans les matriaux cimentaires.
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2. REVUE DE LA LITTRATURE
2. 1 Gnralits sur les BAP
2.1.1 Dfinition, historique et avantages Le bton autoplaant (BAP) est un bton trs fluide qui scoule sous son propre poids et se
met en place sans vibration, sans sgrgation et sans ressuage [Khayat, 1999]. Le concept de
bton autoplaant, aussi appel bton autocompactant, bton autoconsolidant ou bton
autonivelant pour les applications horizontales, a t introduit pour la premire fois la fin des
annes 1980 par des chercheurs de lUniversit de Tokyo [Okamura et Ouchi, 2003]. Lide
dun bton fluide et homogne se mettant en place sous leffet de son propre poids est ne du
problme de durabilit des structures en bton au Japon. Cela tait d la rduction du nombre
de mains-duvre qualifies qui assuraient une bonne mise en uvre et une bonne
consolidation du bton. La prennit des structures tait menace face ce problme. Ds lors,
la recherche, le dveloppement et lutilisation du BAP ont pris de lampleur en Europe et en
Amrique du Nord une dizaine dannes aprs son premier dveloppement [Domone, 2006].
En effet, ce nouveau type de bton rvolutionnaire tant par ces caractristiques ltat frais
qu ltat durci offre un bon nombre davantages techniques, et socio-conomiques lis son
utilisation [ACI 237 R, 2007]. On peut citer :
Les avantages techniques :
- Bon remplissage des coffrages et enrobage des armatures adquat sans vibration.
- Facilit de coulage dans des endroits confins et/ou difficiles daccs.
- Possibilit de confectionner des structures de gomtrie complexe et/ou fortement
ferrailles.
- Meilleures performances et durabilit grce leur grande compacit.
- Proprits mcaniques analogues ou suprieures celles du bton vibr.
- Amlioration des qualits esthtiques des parements et des surfaces.
- Mise en place aise par pompage.
Les avantages socio-conomiques :
- Optimisation du rendement des chantiers et des usines de prfabrication.
- Augmentation des cadences de production et gain de temps.
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- Suppression des oprations coteuses en mains-duvre qualifies pour le compactage
du bton, le talochage et le ragrage des surfaces.
- conomie sur le cot global dun projet.
- Rduction des nuisances sonores sur les chantiers, notamment en milieux urbains, dues
principalement lemploi de vibrateurs internes et/ou externes.
- Diminution de la pnibilit du travail et amlioration des conditions de scurit des
ouvriers.
2.1.2 Approches de formulation Il nexiste pas de mthode universelle pour formuler un BAP. Lapproche de formulation
adopte dpend du type dapplication et des exigences spcifiques de chaque projet de gnie
civil. Nanmoins, toutes les approches de formulations visent assurer un BAP fluides et
homogne sans sgrgation et sans ressuage. De ce fait, Khayat (1999) a rsum les critres
ncessaires pour assurer les proprits autoplaantes du BAP (Figure 2-1).
Par ailleurs, selon les recommandations du comit de lAmerican Concrete Institute sur
lemploi des BAP [ACI 237 R, 2007], on peut distinguer trois scnarios de formulation des
BAP :
i. Forte teneur en poudre et utilisation de superplastifiant ;
ii. Faible teneur en poudre, utilisation de superplastifiant et dagent de viscosit ;
iii. Moyenne teneur en poudre, utilisation de superplastifiant et une quantit limite
dagents de viscosit. Dans ce cas la stabilit est obtenue en utilisant un mlange de
granulats adapt, ou en diminuant le rapport E/L ou en utilisant un agent de viscosit.
-
7
Figure 2-1 : Critres de base pour assurer une bonne dformabilit, une stabilit acceptable et un faible risque de blocage [Khayat, 1999]
Quelques approches de formulation des BAP sont rsumes dans les paragraphes suivants :
Approche Japonaise :
Lapproche Japonaise, aussi appele mthode base sur loptimisation du mortier, est propose
par [Okamura et Ouchi, 2003]. Le principe de cette mthode est tel que :
- La quantit de gros granulat dans le bton est limite 50% du volume total des solides
(granulats + sable + liants) ;
- La quantit de sable est limite 40 % du volume total de mortier ;
- Le rapport E/L volumique se situant entre 0,9 et 1;
-
8
- Le dosage en superplastifiant et le rapport E/L finaux sont ajusts de manire assurer
la fluidit et la viscosit ncessaires au BAP ;
- La caractrisation de la fluidit et de la viscosit se fait travers lessai dtalement et
le temps dcoulement au V-funnel respectivement.
Cette mthode, bien que scuritaire et menant vers des BAP de trs hautes rsistances, ncessite
une grande quantit de pte et donc une teneur leve en ciment et en superplastifiant afin de
minimiser les frictions entre les granulats et le risque de blocage lors de lcoulement. La
viabilit conomique de ces BAP est peu satisfaisante et mne vers des cots trs levs.
Approche Sudoise :
[Sedran et de Larrard, 1999] rapportent que Petersson et coll., (1996), sur la base des travaux
de Tangtermsirikul et Van (1995), ont repris lapproche dvaluation du risque de blocage et
lont intgr dans la formulation du bton. Dans cette mthode, le volume de pte minimal
ncessaire pour atteindre un bon taux de remplissage la boite en L est calcul pour chaque
rapport granulats/sable (G/S) et en utilisant les courbes de rfrence de chaque nature de
granulats. Aussi, le volume de pte minimal pour atteindre un talement donn est estim en se
basant sur la compacit granulaire du mlange sable + granulats. Le rapport G/S final est celui
qui ncessite le mme volume de pte pour avoir louvrabilit recherche. Les teneurs en fines,
en eau et en superplastifiant sont ajustes par la suite pour obtenir la rsistance en compression
vise, une viscosit suffisante pour la stabilit et un faible seuil de cisaillement pour la
dformabilit. Les paramtres rhologiques sont valus grce un viscosimtre coaxial sur un
mortier contenant les particules de moins de 250 m.
Cette mthode, bien quelle offre une meilleure optimisation de la pte par rapport la mthode
Japonaise, reste difficilement applicable pour formuler les BAP du fait que les courbes de
rfrences de chaque granulat ne sont pas gnralises et cela prend beaucoup de temps et
dessais pralables pour les tablir.
Approche Franaise:
[Sedran et de Larrard, 1999] ont propos une approche de formulation des BAP base sur
loptimisation du squelette granulaire par lemploi dun modle mathmatique intitul Modle
de suspension solide . Ce dernier est implment dans le logiciel Ren-LCPC conu pour
optimiser la granularit des matriaux de gnie civil partir de grandeurs exprimentales faciles
mesurer [Sedran et de Larrard, 1994]. Les donnes dentre dans le logiciel sont : la
-
9
distribution granulomtrique, la densit, lindice de compacit propre chaque constituant, et
le dosage de saturation en superplastifiant. Lutilisation dagent de viscosit nest pas prise en
compte. Cette mthode est valide pour les BAP sous les conditions rhologiques suivantes :
- Un seuil de cisaillement infrieur ou gal 400 Pa.
- Une viscosit plastique infrieure ou gale 200 Pa.s.
savoir que les auteurs ont dtermin ces paramtres rhologiques en utilisant le BTrheom
un rhomtre dvelopp au Laboratoire Central des Ponts et Chausses (LCPC).
La procdure de formulation peut tre rsume comme suit :
- Une premire combinaison de liant est fixe priori (ex. 70% ciment et 30% filler
calcaires).
- Le dosage de saturation en superplastifiant est dtermin pour la combinaison de liant
choisie.
- La demande en eau est value en prenant en compte le dosage en SP.
- Les calculs sont excuts avec le logiciel en tenant compte du confinement (effet de
paroi).
- Une gche dessai, de 10 15 L, est conu. La teneur en eau et le dosage en SP sont
ajusts afin datteindre la viscosit ncessaire et ltalement vis.
Cette mthode prsente un bon potentiel de formulation de BAP conomique en peu de temps
et en rduisant le nombre dessais pralables pour ajuster le dosage des constituants. De plus,
le logiciel de calcul est en constante volution afin de prendre en compte les dernires
volutions en matriaux cimentaires et en incorporant le paramtre de durabilit.
Approche Nord-Amricaine:
Dans le contexte Nord-Amricain, on retrouve deux mthodes de formulation afin dassurer un
faible seuil de cisaillement et une viscosit modre (Figure 2-2). La premire mthode appele
BAP type poudre est une combinaison entre lapproche Japonaise et la mthode de
formulation du bton haute-performance (BHP). La mthode type poudre est base sur un faible
rapport E/L et lutilisation dajouts minraux (fume de silice, cendres volantes, laitiers, filler
calcaire) afin daccroitre les rsistances mcaniques et la durabilit, lutilisation de
superplastifiant pour assurer la fluidit ncessaire. Une viscosit modre est maintenue grce
au volume leve en poudre qui remplace une fraction du ciment. La deuxime mthode appele
BAP type AV est base sur lutilisation dagent de viscosit afin dassurer la plasticit du
-
10
mlange. Dans ce cas, une moyenne teneur en poudre avec ventuellement des ajouts minraux
est suffisante, lutilisation de superplastifiant afin dassurer de bonnes proprits dcoulement
du BAP [Bonen et Shah, 2005].
Figure 2-2 : Fractions volumiques typiques des constituants majeurs du bton ordinaire et du
BAP type AV et poudre pour presque la mme rsistance la compression
[Bonen et Shah, 2005]
2.1.3 Caractristiques recherches ltat frais
Le bton est caractris ltat frais par son ouvrabilit. Celle-ci, dtermine laptitude dun
bton frais remplir les coffrages et enrober convenablement les armatures, et donc remplir
les exigences dune bonne mise en uvre. Louvrabilit du bton autoplaant est dfinie par sa
grande dformabilit, sa capacit de passage et sa rsistance la sgrgation [Hwang et al.,
2006].
Dformabilit :
La dformabilit ou la capacit de remplissage dcrit la capacit du BAP s'couler librement
dans un milieu non confin (sans obstacles) et remplir compltement tous les espaces
l'intrieur du coffrage sous son propre poids. La dformabilit est influence par la teneur et la
nature du liant, la teneur et la granulomtrie des granulats, le rapport sable/granulat, le rapport
E/L, les adjuvants et les interactions intergranulaires.
-
11
Capacit de passage :
La capacit de passage dcrit la facilit avec laquelle le bton peut passer dans les milieux
confins (avec obstacles, prsence darmature par exemple) et les espaces troits sans blocage
avec le minimum de friction possible entre les particules. Le blocage peut apparaitre lorsquil
y a une sgrgation des granulats au voisinage des armatures, empchant ainsi le passage du
bton [Khayat, 1999]. Cette sgrgation peut tre due une teneur leve en eau, ou un
surdosage en SP entrainant un manque de stabilit et dhomognit entre les composants.
Rsistance la sgrgation :
La rsistance la sgrgation est dfinie par la stabilit du bton, cest--dire, la capacit du
matriau maintenir une rpartition homogne de ses diffrents constituants au cours de son
coulement et de sa mise en place. De ce fait, il existe deux types de stabilit qui caractrisent
le BAP : la stabilit dynamique et la stabilit statique.
- La stabilit dynamique : correspond la capacit du bton rester homogne lors de sa
mise en place, cest--dire, les particules restent en suspension sans sparation dans la
matrice cimentaire lors de lcoulement du bton.
- La stabilit statique : correspond la rsistance du bton au tassement et au ressuage
lorsquil est au repos avant sa prise (aprs la mise en place). Le bton doit maintenir en
suspension les fines particules, cest ce qui rfre la rsistance au tassement. Le
ressuage tant un tassement progressif du bton sous leffet de son propre poids, ce qui
entraine une expulsion de leau libre la surface du bton. Lutilisation dun volume
lev en poudre et dun agent de viscosit empchent le ressuage du bton ltat frais.
Pour une bonne mise en place du BAP, il est important dassurer un bon quilibre entre toutes
ces caractristiques ltat frais. Elles ont une influence directe sur les proprits mcaniques
et la durabilit du bton, mais aussi sur la qualit de surface et lesthtique des parements et des
ouvrages dart.
-
12
2. 2 Notions de rhologie - Application aux matriaux cimentaires
2.2.1 tude de la rhologie
La rhologie est une branche de la mcanique des milieux continue qui tudie lcoulement et
la dformation de la matire sous leffet dune contrainte applique. Elle permet de dterminer
une relation entre la contrainte, la dformation et le temps travers des modles ou des lois
mathmatiques.
Ltude du comportement rhologique de la matire nous permet [Wallevik, 2006] :
- de comprendre les interactions entre les diffrents composants dun produit et dobtenir
un aperu de la structure de lchantillon. Il existe une relation entre la taille et la forme
des particules ou des molcules dissoutes et/ou en suspension dans un solvant ;
- deffectuer le contrle de la qualit dun produit. Les essais rhologiques nous
permettent dobtenir les proprits dun chantillon dans son ensemble ;
- de concevoir des quipements et des procds. Le fonctionnement des pompes et des
gazoducs est rgi par le comportement rhologique des substances.
2.2.2 Comportements rhologiques
La rhologie est utilise dans plusieurs domaines industriels, notamment les matriaux
cimentaires (pte, mortier et bton de ciment) afin de comprendre et didentifier leur
comportement ltat frais. Le comportement rhologique des matriaux cimentaires est
variable et dpend de la composition de la pte (type de liant, adjuvant chimique, rapport E/L),
de la nature et de la teneur des granulats (sable, gros granulats), des diffrentes interactions
entre les particules (collodales, hydrodynamiques, frictionnellesetc.) et des conditions
exprimentales. travers la littrature [Coussot, 2012; Shaughnessy et Clark, 1988; Wallevik,
2006], on peut classifier les fluides selon leurs comportements rhologiques (Figure 2-3).
savoir que les matriaux cimentaires sont considrs comme des suspensions de particules de
tailles diffrentes dans un fluide de viscosit variable.
-
13
Figure 2-3 : Classification des fluides selon leur comportement rhologique
Quelques dfinitions :
- Fluide Newtonien :
On appelle liquide Newtonien un fluide dont le rapport entre la contrainte de cisaillement la
vitesse de dformation reste constant. Ce rapport exprime la viscosit, elle est indpendante du
cisaillement.
- Rhofluidifiant ou pseudo-plastique:
Un fluide est dit rhofluidifiant quand la viscosit apparente diminue avec laugmentation de
la vitesse de cisaillement.
- Rhopaississant ou dilatant:
Un fluide est dit rhopaississant quand la viscosit apparente crot avec laugmentation de la
vitesse de cisaillement.
- Fluide seuil :
On appelle un fluide seuil quand il ncessite une contrainte minimale au-del de laquelle il
peut scouler.
- Thixotropique :
Un fluide est dit thixotrope quand sa viscosit diminue avec le temps pour une contrainte de
cisaillement donne. Cela est rversible, le fluide se restructure, cest--dire, que sa viscosit
augmente aprs un temps de repos suffisant.
-
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- Rhopctique ou anti-thixotropique :
La rhopectie est le contraire de la thixotropie. La viscosit dun fluide rhopectique augmente
avec le temps en appliquant une vitesse de cisaillement constante. Ce phnomne est rversible,
au repos il y a une dstructuration du fluide, la viscosit diminue.
- Fluides viscolastiques :
La viscolasticit linaire caractrise un comportement intermdiaire du matriau entre un
solide lastique de Hooke (les dformations sont proportionnelles aux contraintes) symbolis
par un ressort de module E (ou G) et un fluide visqueux Newtonien (vitesses de dformations
proportionnelles aux contraintes) symbolis par un amortisseur de viscosit .
Llasticit dun matriau traduit sa capacit conserver et restituer lnergie aprs
dformation, la viscosit traduit sa capacit dissiper lnergie.
- Viscosit :
La viscosit est une grandeur physique qui traduit la rsistance lcoulement uniforme de la
matire. La viscosit peut aussi tre dfinie comme tant le frottement interne dun fluide d
aux interactions molculaires.
- Seuil de cisaillement :
Le seuil de cisaillement reprsente la contrainte minimale applique au fluide afin dinitier un
coulement. En dessous de cette contrainte, aucune dformation ne se produit.
2.2.3 Modles mathmatiques
Il existe plusieurs modles mathmatiques afin de dcrire le comportement rhologique des
matriaux cimentaires. Ces modles expriment la contrainte de cisaillement () en fonction du
gradient de vitesse (), on peut citer :
Le modle de Bingham : = o + p [Bingham et Reiner, 1933]
Le modle dHerschel-Bulkley : = o + K n [Herschel et Bulkley, 1926] n < 1 : fluide rhofluidifiant
n > 1 : fluide rhopaississant
n = 1 : fluide de Bingham
-
15
Le modle de Bingham modifi : = o + p + C 2 [Yahia et Khayat, 2001]
Avec:
: contrainte de cisaillement (Pa)
: taux de cisaillement ou gradient de vitesse ou vitesse de dformation (s-1)
0 : seuil de cisaillement (Pa)
p : viscosit plastique (Pa.s) K : facteur de consistance (Pa.sn) n : indice dcoulement C : paramtre de second ordre (Pa.s2)
2. 3 Rhologie des BAP Rle des constituants
Le bton autoplaant est un mlange biphasique homogne. Il est compos de ciment, dajouts
minraux, dadjuvants chimiques, dair et deau formant la phase cimentaire ; de sable
(particules de 0 5 mm) et de gros granulats (particules de 5 20 mm) formant la phase
granulaire. Chacun de ces constituants une influence sur le comportement rhologique aussi
bien lchelle de la pte qu celle du BAP, mais aussi sur les proprits ltat durci du
bton. Dans les paragraphes suivants, nous exposons le rle des diffrents constituants
lchelle de la pte de ciment et lchelle du BAP.
2.3.1 lchelle de la pte
La littrature regorge dtudes sur les facteurs qui influencent lcoulement de la pte. Le but
principal de la majorit de ces tudes est de comprendre le comportement rhologique de la
matrice cimentaire afin de prdire le comportement rhologique du bton travers la corrlation
entre les diffrents paramtres de formulation et de mesure [Ferraris et al., 2001; Hidalgo et al.,
2009; Perrot et al., 2012; Sant et al., 2008; Schwartzentruber et al., 2006; Vikan et al., 2007].
Cela permet aussi disoler la rhologie de la pte et de mieux comprendre les interactions qui
existent entre les poudres (ciment et ajouts minraux) leau et les adjuvants chimiques. Ces
-
16
derniers nont pas une action sur les granulats. Lintrt dtudier la rhologie des ptes de
ciment peut tre rsum dans les quatre points suivants [Papo, 1988] :
1) Afin de fournir un outil utile pour contrler la production de ciment ;
2) Pour obtenir un moyen de prdire linfluence des additifs chimiques sur le
comportement du bton ;
3) Pour obtenir des informations complmentaires sur la chimie du ciment ;
4) Pour des applications particulires, telles que les injections de coulis de ciment.
Par ailleurs, la pte de ciment est une solution hautement concentre de particules solides. Son
comportement rhologique est influenc par plusieurs facteurs tels que [Papo et Piani, 2004;
Vikan et al., 2007] :
- Rapport E/L ;
- Composition chimique et minralogique du ciment ;
- Temps dhydratation et changements structuraux lis la cintique dhydratation ;
- Ractivit chimique des ajouts minraux ;
- Distribution granulomtrique, densit, finesse Blaine, forme gomtrique et texture de
la surface des poudres (ciment et ajouts minraux) ;
- Proprits des adjuvants chimiques ;
- Conditions de malaxage : type de malaxeur, vitesse et dure de malaxage ;
- Conditions de mesure : instruments, procdures exprimentales, temprature, humidit.
Rle du rapport E/L :
Les chercheurs saccordent sur le fait que plus le rapport E/L est lev plus le seuil de
cisaillement et la viscosit apparente diminuent [Cyr et al., 2000; Feys et al., 2009; Nehdi et
Rahman, 2004; Wong et Kwan, 2008; Yahia et al., 2005]. En effet, leffort ncessaire pour
lcoulement de la pte diminue avec laugmentation de la teneur en eau, la pte est plus fluide.
[Cyr et al., 2000] ont tudi leffet des superplastifiants sur le comportement rhopaississant
des ptes de ciment contenant ou pas des ajouts minraux. Dans un premier temps, les auteurs
ont compar le comportement rhologique des ptes sans superplastifiants, ils ont fait vari le
rapport E/L de 0,30 0,48. Lquation de Herschel Bulkely est utilise pour caractriser la
rhologie des ptes. Les courbes dcoulement des ptes (Figure 2-4) montrent que
-
17
laugmentation du rapport E/L entraine la diminution du seuil de cisaillement et de la viscosit
plastique.
Figure 2-4 : Courbe dcoulement des ptes de ciment sans superplastifiant [Cyr et al.,
2000]
[Nehdi et Rahman, 2004] ont estim les proprits rhologiques des ptes de ciment en utilisant
diffrents modles rhologiques pour diffrentes gomtries de mesure, dentrefer et de surface
de friction. Gnralement, ils ont trouv que le seuil de cisaillement augmente avec la
diminution du rapport E/L pour les ptes testaient avec les rhomtres cylindres coaxiaux en
appliquant plusieurs modles rhologiques.
Rle des caractristiques du ciment :
La surface spcifique du ciment influence les paramtres rhologiques des ptes. Pour un
rapport E/C constant, le seuil de cisaillement et la viscosit plastique augmentent linairement
avec laugmentation de la surface spcifique Blaine [Lapasin, 1979]. Ce constat est confirm
par ltude de Chen et Kwan (2012). Ces auteurs ont valu lefficacit de laddition de ciment
trs fin sur la compacit granulaire et la rhologie des ptes base de ciment Portland. La Figure
2-5 reprsente la granulomtrie des deux ciments utiliss, le ciment Portland ordinaire (OPC)
dune finesse Blaine de 326 m2/kg et le ciment trs fin (SFC) dune finesse Blaine de 780 m2/kg
[Chen et Kwan, 2012].
-
18
Figure 2-5 : Distribution granulomtrique du ciment Portland ordinaire (OPC) et du ciment
trs fin (SFC) [Chen et Kwan, 2012]
La Figure 2.6 (a, b) reprsente le seuil de cisaillement et la viscosit apparente des ptes avec
addition de 0 20 % de SFC en fonction de diffrent rapport E/C. Laddition de 20 % de ciment
trs fin (surface Blaine 2,4 fois suprieure celle du ciment Portland ordinaire) mne vers une
augmentation des paramtres rhologiques. Les auteurs ont expliqu ce constat par une
augmentation de la cohrence de la pte cimentaire
Figure 2-6 : a) Seuil de cisaillement versus E/C. b) Viscosit apparente versus E/C
[Chen et Kwan, 2012]
b) a)
-
19
Par ailleurs, plusieurs recherches ont t entreprises sur la manire dont de la distribution
granulomtrique influence lcoulement des systmes cimentaires. Lincorporation de fines
particules amliore la compacit granulaire [Artelt et Garcia, 2008; Bentz et al., 2012; Olhero
et Ferreira, 2004; Yavuz et Kkbayrak, 1998]. Bentz et al. (2012) ont tudi linfluence de
la distribution granulomtrique sur le seuil de cisaillement et la viscosit des ptes de ciment
GU additionnes de cendres volantes (CV). Tous les mlanges de ptes ont t formuls avec
un rapport E/L de 0,35 et sans ajout de superplastifiant afin de ne pas tenir compte dautres
variables. Cinq ciments GU avec D90 variable et cinq CV avec D10 variable ont t tudis.
Le pourcentage de remplacement du GU par les CV tant de 20%, 35%, 50% et 65%. Les
rsultats montrent que les paramtres rhologiques dpendent fortement des proprits
physiques des poudres [Bentz et al., 2012]
La teneur en aluminate tricalcique (C3A) a une influence sur lcoulement des matriaux
cimentaire due sa forte ractivit. Zingg et al. (2009) ont tudi linteraction des
superplastifiants base de polycarboxylate (PCA) avec trois ciments diffrents dont la quantit
de C3A est faible, moyenne et forte, soit L-OPC (1% de C3A), M-OPC (8% de C3A) et H-OPC
(10% de C3A) respectivement. Le rapport E/C de 0,35 est maintenu constant pour tous les
mlanges de ptes. Parmi leurs diffrents essais, les paramtres rhologiques ont t valus.
Leurs rsultats montrent que pour un mme dosage en SP, le seuil de cisaillement des ptes
avec L-OPC et M-OPC est de 30 Pa tandis quavec H-OPC le seuil est de 55 Pa. De ce fait, une
forte teneur en C3A augmente la demande en SP. Cela est d une forte formation dettringite,
ce qui implique la consommation dune certaine quantit deau et donc une forte concentration
en solide [Zingg et al., 2009].
Rle des adjuvants chimiques :
Les adjuvants sont des substances chimiques ajoutes aux mlanges cimentaires afin de
modifier et damliorer les proprits ltat frais et/ ou ltat durci du bton. Parmi ces
substances on retrouve les superplastifiants et les agents de viscosits.
- Superplastifiants :
Comme leur nom lindique, les superplastifiants (SP) servent fluidifier et disperser les grains
de ciment qui ont tendance floculer ds leur contact avec leau de gchage. De nombreuses
tudes mettant laccent sur linfluence des SP sur la rhologie des systmes cimentaires ont t
effectues. Dune faon gnrale, les SP agissent en augmentant la fluidit de la pte, et en
-
20
diminuant le seuil de cisaillement et la viscosit apparente [Hanehara et Yamada, 2008; Park et
al., 2005; Uchikawa et al., 1995]. Pour un dosage donn en SP base de PNS, plus la quantit
de molcules de SP adsorb par les grains de ciment est petite plus l'coulement de la pte est
grand [Kim et al., 2000].
Le type de SP utilis a une influence sur le comportement rhologique de la pte de ciment
[Papo et Piani, 2004]. Dans ltude effectue par Papo et Piani (2004), trois types de SP ont t
utiliss : un PNS base de mlamine, un lignosulfonate modifi et un polyacrylate modifi. Il
apparait que les ptes prpares avec les deux premiers types de SP montrent un comportement
rhofluidifiant jusqu a une certaine limite de dfloculation. Par contre, le troisime type de
SP (polyacrylate) apporte un comportement rhopaississant, cela peut sexpliquer par les
interactions entre les longues chaines de polymre qui ne se sont pas adsorbes sur les grains
de ciment [Papo et al., 2002].
Par ailleurs, le dosage en SP influence le comportement rhologique des ptes de ciment. Cyr
et al. (2000) ont analys le comportement rhologique des ptes par lquation dHerschel-
Bulkley. La Figure 2-7 montre laugmentation de lexposant n (nombre caractrisant le
comportement rhologique) en fonction de laugmentation du dosage en SP. On voit clairement
que le comportement rhologique passe du rhofluidifiant vers le rhopaississant [Cyr et al.,
2000]. Une tude mene par Park et al. (2005) montre une nette diminution du seuil de
cisaillement et de la viscosit plastique des ptes de ciment contenant 1-2 % de SP (en extrait
sec de la masse totale du liant) en comparaison avec la pte tmoin (Figure 2-8) [Park et al.,
2005].
Figure 2-7 : Effet du dosage en SP sur le comportement rhologique des ptes de ciment
[Cyr et al., 2000]
-
21
Figure 2-8 : Effet du dosage en SP sur les proprits rhologique des ptes de ciment
Portland [Park et al., 2005]
- Agents de viscosit :
Les agents de viscosit (AV) sont utiliss afin damliorer la cohsion et la stabilit des
systmes cimentaires trs fluide [Khayat, 1999]. Lincorporation de lAV augmente le seuil de
cisaillement, la viscosit plastique et les viscosits apparentes. Ce constat est obtenu pour un
faible ou un grand taux de cisaillement, peu importe le rapport E/L et le dosage en SP [Lachemi
et al., 2004; Schwartzentruber et al., 2006; Yahia, 1997]. les Figures 2-9 et 2-10 montrent
clairement que laugmentation de lAV dans les coulis de ciment provoque une augmentation
systmatique du seuil de cisaillement et de la viscosit apparente pour tous les dosages en SP
[Yahia, 1997].
-
22
Figure 2-9 : Variation du seuil de rigidit en fonction des diffrentes combinaisons SP-AV
[Yahia, 1997]
Figure 2-10 : Variation de la viscosit apparente 5,1 s-1 en fonction des combinaisons
SP-AV [Yahia, 1997]
Schwartzentruber et al. (2006) ont tudi le comportement rhologique de douze ptes de
ciment formules partir dun mlange de bton autoplaant base de ciment Portland et filler
calcaire. Les variables sont le dosage en SP et en AV, la fraction solide et le rapport du filler
sur le liant sont constants (0,45 et 0,27 respectivement). Les auteurs concluent que lagent de
viscosit a une influence sur le seuil et la viscosit. Laugmentation en AV entraine une
-
23
augmentation des paramtres rhologiques, par contre le dosage de saturation en SP reste stable
[Schwartzentruber et al., 2006].
Rle des ajouts cimentaires :
Les ajouts cimentaires (AC) sont devenus un ingrdient essentiel et indispensable dans
lindustrie du bton. Ce sont gnralement des coproduits et des sous-produits de procds
industriels. Ils sont incorpors directement dans les centrales bton lors de la confection des
mlanges de bton ou broys et mlangs conjointement avec le clinker pour produire des liants
composs matrice binaire, ternaire et mme quaternaire. Lemploi des ajouts cimentaires
contribue amliorer la durabilit des btons par leur action pouzzolanique et/ou hydraulique,
limiter lutilisation des ressources naturelles pour la production de ciment et rduire la teneur
des gaz effet de serre. Parmi les ajouts cimentaires les plus utiliss dans lindustrie du ciment
et du bton, on retrouve : les cendres volantes, les laitiers de hauts de fourneau et la fume de
silice.
Dans les paragraphes suivants, nous exposons le rle des ajouts cimentaires sur la rhologie des
ptes de ciment en passant par une brve description de chaque AC.
- Les cendres volantes :
Les cendres volantes (CV) sont les pouzzolanes artificielles (sous-produit industriel) les plus
utilises. Ce sont de fines particules provenant de la combustion du charbon dans les centrales
thermiques produisant llectricit. Les cendres volantes sont collectes au moyen de
dpoussireurs lectrostatiques avant que les gaz o elles sont contenues ne soient rejets dans
latmosphre. Cette pouzzolane artificielle se prsente sous forme de fines particules sphriques
htrognes dont le diamtre peut varier entre 1 et 400 m, de finesse trs leve, ce qui
implique une importante surface spcifique (entre 250 et 600 m.kg-1) et une grande ractivit
vis--vis de lhydroxyde de calcium. La composition chimique de ces cendres volantes est trs
variable selon la nature et lorigine gologique du combustible (plusieurs types de charbon), le
type de comburant utilis, et le mode de combustion impliqu (pulvrisation, lit fluidis
circulant, etc.). La norme ASTM C 618-94 classifie les cendres volantes selon leur composition
chimique en deux classes :
- CV type F (silico-alumineuses) : la somme de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 doit tre
suprieur 70 %. Elles ont des proprits pouzzolaniques.
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24
- CV type C (silico-calciques) : la somme de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 doit tre
infrieur 70 % et la teneur en CaO suprieure 10%. Elles ont des proprits
hydrauliques et/ou pouzzolaniques.
Les cendres volantes peuvent amliorer la fluidit des systmes cimentaire, car leur forme
sphrique permet de rduire les frottements entre les grains de ciment par ce quon appelle
effet de billes cependant, le carbone imbrl contenu dans les CV influence ngativement
la fluidit en raison de ladsorption du superplastifiant [Park et al., 2005].
Park et al. (2005) ont examin les proprits rhologiques des matriaux cimentaires contenant
des ajouts minraux. Des mlanges de ptes avec des matrices binaires et ternaires contenant
les cendres volantes, le laitier de haut fourneau et la fume de silice sont tudis. Le rapport
E/L et le dosage en SP sont fixs 0,35 et 2 % de la masse totale de liant, respectivement. La
Figure 2-11 montre un des rsultats de leur tude. Le remplacement dune partie du ciment par
des cendres volantes na pas une influence significative sur les proprits rhologiques,
nanmoins on peut remarquer que le seuil de cisaillement diminue lgrement (amlioration de
la fluidit) et la viscosit plastique augmente lgrement avec le taux dincorporation de CV
(amlioration de la cohsion).
Figure 2-11: Effet du taux de remplacement par la cendre volante (CV) sur les proprits
rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005]
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Par ailleurs, Ferraris et al (2001) montrent linfluence du diamtre moyen des cendres volantes
sur les proprits rhologiques des ptes et des btons. Les auteurs ont tudi six ajouts
minraux avec diffrent diamtre moyen (Tableau 2-1).
Tableau 2-1 : Ajouts minraux utiliss [Ferraris et al., 2001]
Pour mettre en vidence leffet des CV, les quatre mlanges contiennent 12 % de CV, mme
rapport E/L (0,35) et mme dosage en SP (0,45 % dextrait sec par rapport la masse de liant).
Les rsultats obtenus montrent que le diamtre moyen des cendres volantes a une influence sur
la valeur du seuil de cisaillement et la viscosit (Figure 2-12). Les mlanges les plus fluides
sont obtenus avec la cendre volante ultra fine (diamtre moyen de 3,1 m), de mme que la
demande en eau et le dosage en SP diminuent. Il savre aussi que le diamtre moyen de 5,7
m est celui qui donne les performances rhologiques les moins apprciables (seuil et viscosit
levs).
Figure 2-12 : Influence du diamtre moyen des CV sur les proprits rhologiques des ptes
[Ferraris et al., 2001]
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- Le laitier de haut fourneau :
Le laitier est un silico-aluminate. Il a pour principal composant un mlange solide de
(2CaO.Al2O3.SiO2) (2CaO.MgO.2SiO2). Il provient de lindustrie sidrurgique lors de la
fabrication de la fonte. Les matriaux enfourns sont le minerai de fer (gangue et oxydes de
fer), le coke, le fondant (calcaire ou siliceux selon la nature de la gangue) et les ventuelles
additions. Lors de la cuisson, aprs la fonte, le laitier est isol par flottaison et s'coule
sparment. Lorsqu'il refroidit lentement l'air, le laitier se prsente sous la forme d'une roche
cristalline. On peut le concasser et obtenir ainsi des granulats pour la construction.
Pour obtenir les proprits hydrauliques qui lui permettent d'tre utilis comme liant, le laitier
est refroidi brusquement dans l'eau : tremp, il n'a pas le temps de cristalliser. On obtient alors
le laitier granul, qui est ensuite broy pour tre utilisable comme ajouts cimentaires. Le laitier
broy doit tre conforme aux exigences de la norme CSA A23.5 (ASTM C 989).
Les laitiers ne sont pas considrs comme des pouzzolanes, cest--dire, ils ne ragissent pas
avec la chaux en prsence de leau pour produire de nouveaux C-S-H, et ne sont pas non plus
des liants hydrauliques qui durcissent en prsence de leau. Par contre ils ont besoin
dactivateurs alcalins (par exemple la chaux, la potasse, loxyde de sodium, le sulfate de
calcium) pour ragir et former des produits dhydratation [Atcin, 2003].
Selon Park et al. (2005), le remplacement dune partie du ciment par des laitiers de hauts
fourneaux permet en gnral, de rduire le seuil et la viscosit des ptes de ciment. Cela est d
la surface vitrifie des grains de laitier qui permet un meilleur glissement entre les constituants
solide [Y.-X. Shi et al., 2004]. On remarque sur la Figure 2-13 que 30 % de remplacement du
ciment par le laitier semble tre un optimum dun point de vue rhologique.
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Figure 2-13 : Effet du taux de remplacement par le laitier de haut fourneau (L) sur les
proprits rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005]
Des rsultats similaires ont t obtenus dans ltude ralise par [Yahia et Khayat, 2003] sur
lapplicabilit des modles rhologiques au coulis haute-performance contenant des matriaux
cimentaires supplmentaires et des agents de viscosit. Dans la phase 3 de leur tude, le ciment
est partiellement remplac par le laitier hauteur de 20 %, 30 %, et 40 %. Le rapport E/L est
fix 0,4. Diffrentes combinaisons de SP-AV sont utilises pour chaque pourcentage de
remplacement. Leurs rsultats montrent que peu importe le dosage en SP et AV, plus le
pourcentage de laitier augmente, plus la fluidit (essais dtalement au mini cne) est amliore.
- La fume de silice :
La fume de silice est un sous-produit de la fabrication du silicium, de diffrents alliages de
ferrosilicium ou de zirconium. Elle est essentiellement compose de silice vitreuse et sa teneur
en SiO2 varie selon le type dalliage produit. Plus la teneur en silicium de lalliage est leve
plus la teneur en SiO2 est leve. Les particules amorphes de fume de silice se prsentent sous
forme de sphres ayant des diamtres compris entre 0,03 m et 0,3 m (le diamtre moyen est
de 0.1 m), elles sont 100 fois plus fines que les particules de ciment.
Lincorporation de la fume de silice a une influence sur lcoulement des ptes. Les tudes
menes en ce sens saccordent sur le fait que la fume de silice augmente le seuil de cisaillement
et la viscosit plastique des systmes cimentaires binaires (GU + FS) en comparaison avec une
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pte de ciment GU [Carlsward et al., 2003; Ferraris et al., 2001; Park et al., 2005; Yahia et
Khayat, 2003].
La Figure 2-14 illustre leffet du taux de remplacement du ciment par la fume de silice (FS)
sur les proprits rhologiques des ptes de ciment ayant un rapport E/L fixe (0,35) et un dosage
en SP fixe (2 % dextrait solide) [Park et al., 2005]. On remarque que le seuil de cisaillement et
la viscosit plastique augmentent drastiquement avec laugmentation du pourcentage de FS. Par
contre, dans la mme tude, les auteurs ont trouv que les systmes ternaires contenant les
cendres volantes (CV) et la fume de silice ou le laitier de haut fourneau (L) et la fume de
silice ont un meilleur comportement rhologique en comparaison avec le systme binaire
contenant uniquement la FS [Park et al., 2005].
Figure 2-14 : Effet du taux de remplacement par la fume de silice (FS) sur les proprits rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005]
2.3.2 lchelle du BAP
La rhologie du BAP est complexe. cette chelle, plusieurs paramtres entrent en jeux et
influencent les proprits ltat frais et ltat durci des BAP. Nous allons voir dans les
paragraphes suivants le rle de la teneur en eau, des ajouts cimentaires et des granulats sur les
performances des BAP ltat frais et ltat durci. Le rle des adjuvants chimique a t vu
prcdemment lchelle de la pte.
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Rle du rapport E/L
Le rapport E/L a une influence sur les proprits dcoulement des btons au mme titre que
sur les ptes. Dans ltude mene par [Assaad et al., 2004], la stabilit statique du BAP a t
value travers des mesures rhologiques et des essais de tassement, de sgrgation et de
conductivit lectrique. Les auteurs ont formul seize mlanges de BAP avec et sans agent de
viscosit, ltalement vis tant de 615 15 mm et 715 15 mm. Quatre rapports E/L (0,32 -
0,36 - 0,42 - 0,47) et deux diffrentes teneurs en ciment (500 kg/m3 et 385 Kg/m3) sont
considrs. Il ressort de cette tude que pour un talement donn et une teneur en liant donne,
la diminution du rapport E/L entraine systmatiquement une augmentation de la demande en
SP. Par ailleurs, les paramtres rhologiques sont mesurs sans un rhomtre muni dune
turbine en forme de H tournant dans un mouvement plantaire. Les rsultats montrent que les
paramtres rhologiques sont plus levs pour les BAP avec une teneur en ciment de 385 Kg/m3
que pour les BAP de 500 Kg/m3 de ciment. De plus, ces derniers ont une demande en SP plus
faible pour un mme talement. Cela est d la rduction des frottements internes rsultant
dun volume de granulats plus faible dans le cas des mlanges avec une forte teneur en ciment.
Felekolu et al., (2007) ont tudi leffet du rapport E/L sur les proprits ltat frais et ltat
durci du BAP. Cinq btons autoplaants ont t formuls avec un dosage en ciment Portland
fixe, et un filler calcaire afin dassurer la stabilit ncessaire. Le rapport E/L varie de 0,37
0,22 (le rapport E/L volumique varie de 1,07 0,62). Un superplastifiant de type
polycarboxylate est utilis diffrents dosages. Les essais entrepris afin de dterminer
louvrabilit des BAP sont : ltalement et T50, le temps dcoulement au V-Funnel, la capacit
de remplissage la L-Box, ainsi que la teneur en air. Les rsultats montrent que pour obtenir
un talement de 700 15 mm, le dosage en SP et le temps dcoulement au V-Funnel
augmentent avec la diminution du rapport E/L, tel quillustr sur la Figure 2-15.
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Figure 2-15 : Effet du rapport E/L et du dosage en SP sur ltalement et le temps dcoulement au V-Funnel [Felekolu et al., 2007]
Le rapport E/L influence les proprits ltat durci des btons. Plus la teneur en eau augmente
plus la rsistance la compression diminue [Felekolu et al., 2007]
Figure 2-16 : Effet du rapport E/C sur le dveloppement des rsistances la compression [Felekolu et al., 2007]
Rle des ajouts cimentaires
Les ajouts cimentaires amliorent les proprits dcoulement des BAP, aident maintenir une
bonne stabilit, viter le ressuage et diminuer le dgagement de chaleur [Khayat, 1999].
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Il est bien tabli que lutilisation des cendres volantes amliore louvrabilit et contribue au
dveloppement des rsistances mcaniques et de durabilit long terme, grce la forme
sphrique des CV et leur action pouzzolanique et/ou hydraulique.
Les travaux mens lUniversit de Sherbrooke concernant la rhologie des BAP sont dune
grande pertinence. Manai (1995) a tudi leffet des ajouts chimiques et minraux sur la
maniabilit, la stabilit et les performances des btons autonivelants. Tous les BAP tudis
avaient un rapport E/L de 0,41. Pour ce qui est des mlanges binaires, il se trouve que
lincorporation de 3 % de fume de silice est un optimum pour lamlioration de louvrabilit
(maniabilit et capacit de remplissage). La cendre volante (CV) a aussi t tudie pour des
dosages de 10 %, 20 % et 30 %. Lajout de 20 % de CV amliore louvrabilit grce la
diminution des frottements entre les grains de ciment en raison de la forme sphrique et vitreuse
de la CV. Cependant lajout de 30 % de CV densifie le mlange et leffet de labsorption de
leau devient prdominant. Concernant le laitier de haut fourneau (L), lauteur montre que pour
le mme dosage en superplastifiant et dagent de viscosit, lajout de 40 % de L amliore
louvrabilit en comparaison avec 10 % de L [Manai, 1995]. Par ailleurs, les rsultats obtenus
dans ltude sur la maniabilit, uniformit et comportement structural du bton autonivelants
haute performance montrent que le meilleur taux de remplacement du ciment dans les mlanges
ternaires est de 20 % CV + 3 % FS, 10 % CV + 40 % L afin davoir la maniabilit et la stabilit
vises [Trudel, 1996].
Lachemi (2001) a tudi leffet de lincorporation de volumes levs de cendres volantes de
classe F (40 60 %) sur les performances des BAP. Ces rsultats montrent quil est tout fait
possible de produire un BAP avec 50 % de CV de classe F avec un rapport E/L de 0,45 et une
rsistance la compression 28 jours de 35 MPa [Lachemi, 2001]. Il faut noter toutefois que
la CV-F a des proprits hydrauliques lies sa forte teneur en CaO. Lauteur suggre de plus
amples recherches en ce sens. Une autre tude faite sur les performances des btons
autoplaants contenant des cendres volantes de classe C nous informe que lon peut aller jusqu
60 %, voire 80 % de remplacement du ciment [Khatib, 2008]. Ce dernier a formul des BAP
avec un rapport E/L de 0,36. Pour un dosage en SP donn (0,7% en masse totale du liant),
lincorporation de CV amliore la fluidit en comparaison avec le tmoin. Les rsistances la
compression progressent nettement au bout de 56 jours, le retrait de schage diminue avec
laugmentation du pourcentage de CV (voir Figures 2-17 et 2-18).
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Figure 2-17 : Influence de la teneur en CV sur les rsistances la compression (SP = 0,7%)
[Lachemi, 2001]
Figure 2-18 : Influence de la teneur en CV sur le retrait de schage (SP = 0,7%)
[Lachemi, 2001]
[Hannesson et al., 2012] ont tudi linfluence dun fort taux de remplacement du ciment par le
laitier de haut fourneau et les cendres volantes sur les rsistances mcaniques des BAP matrice
binaire destins une application structurale. Les auteurs ont fix le rapport E/L (0,35),
ltalement vis se situait entre 660 740 mm, la teneur en liant de 474 Kg/m3. Deux types de
cendres volantes (classe C et F) et deux types de laitier sont utiliss pour remplacer le ciment
(20 % 100 %). Soulignons que ces ajouts sont dorigine nord-amricaine. Il est intressant de
constater que tous les mlanges formuls avec 20 %, 40 %, 60 % et 80 % dajouts cimentaires
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ont des rsistances la compression qui dpassent respectivement 90 MPa, 85 MPa, 70 MPa et
45 MPa.
Par ailleurs, lutilisation dun volume lev en ajouts cimentaires contribue fortement
lamlioration de la durabilit des BAP [Gesolu et al., 2009; Lovric, 2005; Nehdi et al., 2004].
Dans ltude de Nehdi et al. (2004) il est clair que la pntration des ions chlorures diminue
avec laugmentation du dosage en ajouts cimentaire (Figure 2-19), la rsistance aux cycles de
gel-dgel et lcaillage sont aussi amliores.
Figure 2-19 : Pntrabilit des ions chlorures 28 et 91 jours des BAP (E/L = 0,38)
[Nehdi et al., 2004]
Pour ce qui de la fume de silice (FS), elle est souvent utilise dans le bton en combinaison
avec les cendres volantes ou le laitier de haut fourneau ou bien elle entre dans la composition
des ciments ternaires. Sa teneur nexcde pas 5 % du volume total de liant pour obtenir une
bonne ouvrabilit [Abdi, 2005; Hwang et al., 2006; Lovric, 2005; Omran, 2009; Sotomayor
Cruz, 2012]. Lincorporation de la fume de silice amliore la stabilit et la rsistance au
ressuage des BAP, augmente les rsistances aux jeunes ges ainsi que la durabilit. Les effets
bnfiques de la fume de silice sont dus la forme sphrique de ses particules, sa grande
finesse et sa forte ractivit, elle contribue la densification de la matrice cimentaire et
-
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laugmentation de la compacit granulaire. En outre, la fume de silice a un rle de filler, elle
comble les vides intergranulaires entre les particules de plus grandes dimensions et peut
constituer un site de nuclation pour les C-S-H impliquant un raffinement des pores du bton.
Rle des granulats
Les granulats sont des matriaux inertes composs de sable, de graviers ou de cailloux. Ils
constituent le squelette granulaire du bton et ont diverses origines : naturelle, artificielle ou
recycle. Il est bien connu que lcoulement du bton est rgi en grande partie par le
comportement rhologique de la pte qui le constitue, cependant, les caractristiques des
granulats et leur proportion peuvent constitus des critres de performance des BAP [Hwang et
al., 2006; Okamura et Ouchi, 2003]. Dans ce qui suit, nous allons nous intresser leffet de la
teneur en granulats et du diamtre maximal des granulats.
- Effet de la teneur en granulats :
Dans les BAP, la teneur en gros granulats varie entre 28% 35% du volume total du bton
autoplaant [Domone, 2006; Ghezal, 1999]. Mecheymach (2005) rapporte que daprs ltude
de Yuguri et coll (1989) plus la teneur en gros granulats augmente, plus la capacit de
remplissage diminue, donc le volume des gros granulats dans le bton est un facteur important
pour le contrle de la maniabilit. Daprs Bethmont (2005), Edamatsu et al. (1999)
mentionnent que la quantit de sable contenue dans le mortier a une influence sur la capacit
de remplissage et doit donc tre contrle. LAFGC recommande lutilisation dun rapport S/G
(Sable/Gravillon) de lordre de 1 afin dassurer une bonne dformabilit du BAP.
- Effet du diamtre maximal du granulat (MSA):
Afin daugmenter la dformabilit du bton autoplaant et limiter le risque de blocage dans les
rgions troites dun coffrage, il est important de rduire le diamtre maximal des gros granulats
[Khayat, 1999]. Assad et Khayat (2006) ont tudi leffet des caractristiques des gros granulats
sur la pression latrale du BAP. Ils ont compar les proprits ltat frais des BAP avec 10,
14 et 20 mm de MSA. Leurs rsultats montrent que laugmentation du MSA de 10 20 mm
entraine une diminution des performances des BAP lors des essais au J-Ring et L-Box. Cela
peut tre d laugmentation de la friction interne et des collisions entre les granulats, ce qui
empche un bon coulement [Assaad et Khayat, 2006]. Nanmoins, il est possible de choisir
-
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un plus grand diamtre de granulat dans le cas o la section couler est suffisamment large et
que le confinement et la densit du ferraillage sont faibles.
2. 4 La poudre de verre dans les btons
La poudre de verre est un ajout cimentaire alternatif de couleur blanche. Elle est obtenue aprs
la collecte et le broyage des fragments de verre color. Sa haute teneur en silice amorphe SiO2
lui confre des proprits pouzzolaniques en se combinant avec la chaux pour produire dautres
hydrates. Lutilisation de la PV comme ajout cimentaire a fait lobjet de plusieurs recherches
depuis plus dune vingtaine dannes [Abdalla, 2012; Idir et al., 2011; Jain et Neithalath, 2010;
Schwarz et al., 2008; Shao et al., 2000; Shayan et Xu, 2004, 2006; C. Shi et Wu, 2005; Taha et
Nounu, 2008a, 2008b; Zidol, 2009]. Ses effets sur louvrabilit, les proprits mcaniques et
la durabilit des btons sont exposs dans les paragraphes suivants.
2.4.1 Proprits ltat frais
Leffet de la poudre de verre (PV) sur louvrabilit des btons frais dpend de plusieurs facteurs,
notamment, de sa finesse de mouture. Zidol (2009) a tudi leffet de la finesse de la PV sur les
performances ltat frais et ltat durci des btons (ordinaire, haute performance et
autoplaant). Il savre quune finesse semblable celle du ciment soit une valeur optimale
pour lobtention dune ouvrabilit acceptable. Pour un BAP ayant un rapport E/C = 0,4,
lincorporation de 20 % de poudre de verre diminue le seuil de cisaillement de 32 % et la
viscosit plastique de 21% en comparaison avec un bton tmoin (100% ciment). De plus, la
demande en superplastifiant diminue mesure quaugmente le pourcentage de remplacement
du ciment par la poudre de verre [Zidol, 2009]. Labsorption quasi nulle de la poudre de verre
constitue aussi un facteur de diminution du dosage de SP requis pour un talement donn.
Cependant, pour les besoins rhologiques des BAP, une finesse suprieure celle du ciment
peut tre apprciable, notamment pour le maintien de la stabilit. Lutilisation dun agent de
viscosit peut tre nglige si la matrice contient un plus grand nombre de particules pour un
volume donn.
-
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2.4.2 Proprits ltat durci
Proprits mcaniques
Il est dmontr que la poudre de verre a une pouzzolanicit similaire, voire suprieure celle
des cendres volantes [Schwarz et al., 2008]. De ce fait, cet ajout alternatif contribue aux gains
de rsistances mcaniques et de durabilit dans le temps. Les tudes sur le bton ordinaire
montrent que lon peut incorporer jusqu 30 % de PV en remplacement partiel du ciment
[Abdalla, 2012; Aladdine, 2009; Schwarz et al., 2008; Shayan et Xu, 2004; Zidol, 2009].
Tout comme les cendres volantes, la PV na pas dinfluence sur les rsistances jeune ge. Les
rsistances la compression 28 jours sont plus faibles par rapport un bton de ciment
Portland. Au-del de 56 jours et jusqu 91 jours les rsistances des btons avec PV sont
quivalentes, voire suprieures au bton tmoin. En outre, le dveloppent des rsistances la
compression augmente avec la teneur en PV entre 28 et 91 jours [Zidol, 2009]. En effet, des
btons hautes performances ont t formuls avec un dosage en liant de 400 kg/m3 et un
rapport E/L de 0,40. Lincorporation de 20 % et 30 % de PV confrent au bton un taux de
dveloppement des rsistances la compression respectivement de 12 % et 18 %, alors que
pour bton tmoin, ce mme taux est de 9 %.
Shayan et Xu (2006), ont tudi la performance de la poudre de verre comme un matriau
pouzzolanique dans le bton. La finesse de la PV que les auteurs australiens ont utilis est le
double de celle du ciment GU, soit 800 m2/kg. Les btons tudis sont formuls afin datteindre
une rsistance la compression de 40 MPa 28 jours. Le remplacement partiel du ciment est
de 20 30 % de PV et 10 % de FS. Le bton tmoin est dos 380 kg/m3 de GU. Il savre
quavec 20 % de PV, la rsistance vise 28 jours est atteinte. Cependant avec 30 % de PV ce
nest qu partir de 90 jours que la rsistance atteint 55 MPa.
Par ailleurs, la poudre de verre peut tre incorpore avec la fume de silice pour produire des
btons matrice ternaire. Abdalla (2012), a compar les performances ltat durci de quatre
btons ordinaires ayant un rapport E/L de 0,45. Trois dentre eux contiennent diffrents ajouts
cimentaires savoir : ciment compos base de 20 % PV + 5 % FS pour le premier mlange,
TerC3 (20 % CV + 5 % FS) pour le second m