2.3.1
Introduction
Confectionné avec des granulats légers, le béton autoplaçant léger constitue un matériau à haute performance qui combine les avantages du béton léger de structure tels que la réduction du poids, les propriétés d’isolation thermique, une durabilité élevée, une résis- tance au feu et aux attaques chimiques, avec les caractéristiques du béton autoplaçant à savoir la capacité de remplissage et de passage du matériau et sa résistance à la ségrégation [Papanicolaou and Kaffetzakis, 2011].
2.3.2
Facteurs affectant les propriétés du béton autoplaçant léger
Les propriétés du béton autoplaçant (BAP) sont influencées par plusieurs facteurs. La résistance à la compression et le module d’élasticité du BAP léger sont similaires à ceux du béton léger de structure normal [Yao and Gerwick, 2006]. L’entraînement de l’air joue un rôle important en fournissant la plasticité requise pour la formulation du béton léger. Il permet de diminuer la masse volumique des bétons légers, d’empêcher les granulats légers de flotter dans le mortier et améliore la durabilité des bétons légers [Mailvaganam and Rixom, 1999].
Le ratio granulats légers/sable affecte également les propriétés des BAP légers. Abdelaziz [2010] a étudié les propriétés à l’état frais et à l’état durci de BAP légers. Dans le cadre de son étude, des adjuvants composés de superplastifiant à base de polycarboxylate et d’agent modificateur de viscosité ont été utilisés pour la confection des BAP légers. Les granulats légers étaient constitués d’argile expansée. Les résultats ont montré que les
2.3. BÉTON AUTOPLAÇANT DE GRANULATS LÉGERS 21 propriétés à l’état frais et à l’état durci des BAP légers sont principalement contrôlées par le dosage en adjuvants. La maniabilité, la résistance à la compression, l’homogénéité et la porosité des BAP légers peuvent être améliorées en augmentant le dosage en adjuvant, jusqu’à une proportion de 0,80% par masse de ciment. Cependant, les BAP légers perdent rapidement leurs propriétés à l’état frais avec l’augmentation du dosage d’adjuvants et du rapport granulats légers/sable. Les résultats ont montré également que la résistance à la compression, l’homogénéité et la porosité des BAP légers peuvent être améliorées en réduisant les rapports eau/ciment et le rapport granulats légers/sable et en utilisant des granulats normaux dans les formulations de BAP légers.
2.3.3
Formulation
À la différence des bétons traditionnels vibrés, les bétons autoplaçants (BAP) doivent pouvoir s’écouler sous l’effet de la gravité, et ce sans ségrégation. Pour éviter l’absorption de l’eau de gâchage par les granulats légers lors du malaxage du béton, il est recommandé de pré-humidifier les granulats légers [ACI 213R-14, 2014].
Hwang and Hung [2005] ont mené une étude comparative des performances de différents BAP légers en considérant les paramètres tels que le rapport eau/ciment et la teneur en ciment. Ils ont utilisé l’algorithme de formulation densifiée (Densified Mixture Design Algorithm (DMDA)). La méthode DMDA a été développée à partir de l’hypothèse selon laquelle les propriétés physiques seront optimales lorsque les densités sont élevées. L’objec- tif principal de la méthode DMDA est d’obtenir un béton à haute résistance et très fluide pour des besoins de construction. L’algorithme de formulation de la méthode DMDA est composé d’une phase «granulat» (gros granulats légers, granulats fins de densité normale et cendres volantes) et d’une phase «pâte» (ciment, laitier, eau et superplastifiant). Dans la méthode DMDA, la phase «granulat» forme le squelette principal en remplissant les particules grossières avec des particules fines pour minimiser la porosité (Vv), comme indi-
qué sur la figure 2.12, et pour augmenter la densité des matériaux solides, réduisant ainsi la quantité de pâte de ciment (figure 2.13). La pâte permet la lubrification et le remplissage des pores pour assurer une bonne ouvrabilité au béton (figure 2.14).
22 CHAPITRE 2. REVUE DE LITTÉRATURE
Figure 2.12 Granulats densifiés pour la réduction des vides, [Hwang and Hung, 2005]
Figure 2.13 Masses volumiques et proportions de vides dans les mélanges de granulats, [Hwang and Hung, 2005]
Shi et al. [2005] ont proposé une méthode de formulation de bétons autoplaçants (BAP) légers basée sur la méthode de l’ACI 211.2 [ACI 211.2, 2004] et la théorie de pâte excé- dentaire. La poudre de verre ainsi que des cendres volantes de classe F ont été ajoutées dans les formulations de BAP légers confectionnées pour produire un excédent de pâte, et pour augmenter la maniabilité et la résistance à la ségrégation des bétons. Les BAP légers obtenus ont présenté une bonne maniabilité et des résistances à la ségrégation [Shi et al., 2015]. La figure 2.15 illustre la méthode de formulation de BAP légers proposée par Shi et al. [2005].
2.3. BÉTON AUTOPLAÇANT DE GRANULATS LÉGERS 23
Figure 2.14 Étapes de formulation de BAP légers selon la méthode DMDA, [Hwang and Hung, 2005]
24 CHAPITRE 2. REVUE DE LITTÉRATURE Vakhshouri and Nejadi [2016] ont réalisé une analyse statistique de cent quatorze (114) formulations de bétons autoplaçants légers provenant de vingt-et-un (21) laboratoires, sur la période de 2001 à 2013. La distribution géographique des différentes formulations étudiées est présentée à la figure 2.16. À la suite de leur analyse, les conclusions suivantes ont été formulées :
– Seulement 30% des formulations analysées comportent l’utilisation de granulats nor- maux. La proportion maximale des granulats normaux dans le volume de béton est de 38,6%. Les rapports eau/ciment et eau/liant varient respectivement entre 0,25- 0,85 et 0,25-0,5 ;
– Différents types d’adjuvants chimiques ont été utilisés dans les formulations de bé- tons. Malgré l’inclusion d’un superplastifiant dans les formulations, les agents en- traineurs d’air et les adjuvants modificateurs de viscosité n’ont pas été utilisés dans les formulations de BAP légers ;
– Les rapports en poids du ciment, d’ajouts cimentaires et en liant dans le volume de béton varient respectivement entre 9,44% et 29,77%, entre 1,26% et 15,79% et entre 18,98% et 42,53%.
Figure 2.16 Distribution géographique des formulations de BAP légers analy- sées, [Vakhshouri and Nejadi, 2016]
2.3.4
Durabilité des bétons autoplaçants légers
Chia and Zhang [2002] ont étudié la perméabilité à l’eau et aux ions chlorures de BAP légers et normaux. Les conclusions suivantes ont été formulées :
– Pour des résistances à la compression variant entre 30 et 40 MPa, la perméabilité à l’eau de béton léger de rapport eau/ciment de 0,55 est inférieure à la perméabilité d’un béton de densité normale de même résistance, lorsque soumis à une pression de 4 MPa ;
2.4. MATÉRIAUX COMPOSITES DE POLYMÈRE RENFORCÉ DE FIBRES 25