Bétons hautes performances et bétons brés

La composition des bétons peut inuencer au moins l'un des deux mécanismes de l'auto- cicatrisation naturelle. Agir sur la composition d'un béton pour favoriser le phénomène peut être protable en améliorant ainsi la durabilité du matériau. Dans les parties sui- vantes, il sera présenté l'eet sur l'autocicatrisation de la composition de diérents bétons, l'autocicatrisation étant, parfois l'eet recherché, ou parfois un eet collatéral inattendu. Ciment Ductal r

Le béton Ductalr _{est un matériau faisant partie des UHPFRC, Ultra-High Performance}

Fibre Reinforced Concretes, les bétons ultra-hautes performances renforcés de bres. Les UHPFRC présentent une haute teneur en ciment, une forte quantité d'éléments ultras-ns, tels que la fumée de silice, de la farine de quartz. Avec de faibles rapports E/C, ces bétons ont une large part de leurs grains de clinker sous forme non hydratée, typiquement de l'ordre de 50 % des grains.

Pimienta et al., [92] a cherché à évaluer le comportement de deux types de bétons Ductalr

en suivant l'évolution des caractéristiques mécaniques de spécimens ssurés immergés dans des milieux agressifs.

Sable Ciment Filler Fumée de Fibre_{silice (% vol) ratio}Fibre W/C Ductalr _{FM 1,43 1 0,30 0,325 Acier 2,0 0,20}

Ductalr _{FO 1,43 1 0,24 0,30 APV 4,2 0,27}

Le tableau 2.4 détaille la composition des deux bétons. La principale diérence entre ces deux bétons est la quantité et la nature des bres utilisées : 2 % de bres d'acier pour le Ductalr_{FM et 4,2 % de bres d'alcool polyvinylique pour le Ductal}r_{FO. Les échantillons}

fabriqués sont ssurés lors d'un essai de exion 4 points. Ils sont ensuite soumis à diérents milieux agressifs. La gure 2.9 montre l'évolution de la fréquence de résonance du béton Ductalr _{FM au cours du temps pour les diérents milieux agressifs.}

Figure 2.9 Évolution de la fréquence de résonance en fonction du temps pour le Béton Ductal r _{FM exposé à diérents environnements agressifs. [92]}

Il ressort une nette amélioration du comportement mécanique malgré le fait que ces envi- ronnements aient été supposés agressifs. Ce comportement inattendu est attribué à l'hy- dratation des grains de ciment anhydres via la pénétration de l'eau dans les ssures. La forte proportion de grains de ciment anhydres dans ce type de béton rend l'explication probable et des observations des ssures montrent la formation de nouveaux produits d'hydratation.

Plusieurs autres études ont mis en évidence le fort potentiel des bétons brés à hautes per- formances. Kunieda et al. [72] ont observé le comportement de l'autocicatrisation dans un béton ultra-hautes performances bré : Ultra-High Performance-strain Hardening Cemen- titious Composites (UHP-SHCC). La présence de bres permet de maintenir l'ouverture des ssures constamment en dessous de 50 µm lors des diérentes sollicitations en traction du matériau. Les périodes de cure à l'eau ont permis de voir une nette diminution de la perméabilité à l'eau et à l'air des bétons. Le même mécanisme mis en évidence par Pimeta et al. [92] est à l'÷uvre, l'hydratation des grains de ciment anhydre résiduel. Il est aussi observé la formation de cristaux de carbonate de calcium. Mais l'étude met aussi en avant

l'eet des bres sur le potentiel de cicatrisation, la réduction de l'ouverture des ssures en deçà de 50 µm de largeur rend les ssures rapidement cicatrisables.

Poursuivant sur l'intérêt des bres pour optimiser l'autocicatrisation, Homma et al. [49] et Nishimaki et al. [82] ont cherché à comprendre l'inuence de diérents types de bres. Il ressort de leurs travaux que la quantité, la forme, la rugosité, la continuité des bres, mais aussi leur polarité jouent un rôle important sur la formation des produits et notamment de la calcite dans les ssures. La polarisation, la présence de groupement hydroxyle (OH−₎

dans la constitution chimique des bres et la rugosité, orent de meilleures zones de nucléation pour les cristaux de calcite.

Inuence du seuil de détérioration

Une étude comparative est eectuée entre des bétons hautes performances, BHP, et des bétons ordinaires [137]. La gure 2.5 détaille leur composition respective. Le béton hautes performances, série 1, contient des granulats de laitier de haut fourneau (GGBS), et de la fumée de silice (SF). Le béton "normal" contient des cendres volantes.

Séries Ciment Cendre volante GGBS SF Sable Granulats Eau Superplastiant

1 280 71 0 0 747 1126 165 3,3

2 205 0 184 21 706 1153 131 4,92

Tableau 2.5 Tableau de la composition des bétons contrôle et BHP. (unité : kg/m3_{). [137]}

Le taux d'autocicatrisation est mis en relation avec le degré de détérioration des bétons. Les éprouvettes sont soumises à un eort de compression. Le degré de détérioration est quantié par des mesures de rigidité via les vitesses d'ultrasons. Le taux d'autocicatrisation est évalué par la variation de la résistance en compression selon l'équation (2.4).

D = 1 − ν ν0 A = Ra− R R (2.4) Avec : - D le degré de dégradation ;

- ν0 et ν respectivement la vitesse de l'onde ultrasonore avant et après le chargement ;

- A le degré d'autocicatrisation ;

- Ra la résistance en compression après l'autocicatrisation ;

Un eet de seuil est observé. En deçà d'un certain degré de détérioration, l'autocicatrisation est de plus en plus ecace lorsque le degré de détérioration augmente. Mais après le dépassement de ce seuil, le taux d'autocicatrisation décroit lorsque le degré de dommages augmente (gure 2.10).

Figure 2.10 Relation entre l'endommagement "D" et l'autocicatrisation "A" pour des bétons endommagés à 7, 14 et 28 jours. avec graphique a) un béton conventionnel, graphique b) un BHP. [137]

Il semble donc apparaitre, avec un certain degré de détérioration, des conditions optimales propices à l'autocicatrisation du matériau. La valeur de ce seuil est variable selon la nature du béton. Ainsi, ce seuil optimal en terme de potentiel d'autocicatrisation est plus élevé pour les bétons normaux (Doptimal ≈ 0,6/0,7) que pour les bétons à hautes résistances

(Doptimal ≈ 0,4). Ce phénomène de seuil est explicable par la nature des mécanismes

mis en jeu dans l'autocicatrisation. La ssuration plus importante permet une meilleure pénétration de l'eau dans l'échantillon, et donc d'hydrater les grains de ciment anhydre. Au-delà d'un degré de dommages, ces ssures deviennent trop larges pour une cicatrisation ecace. Les bétons hautes performances ont une plus grande quantité de grains anhydres et demandent donc un réseau de ssures plus réduit pour permettre à l'eau de venir réagir avec eux.