CHAPITRE 4 : Intérêt des additions dans le béton projeté par voie sèche
2. Influence des additions sur le rebond
2.3. Discussion sur l’effet des additions
2.3.1. Rebond représentatif
Le rebond des mélanges contenant du métakaolin, de la fumée de silice et du laitier, a été présenté dans les parties précédentes, en fonction des consistances obtenues. Afin de faciliter les comparaisons, on propose de calculer une valeur de rebond représentative pour chaque mélange.
Pour cela, on fait l’hypothèse que la variation de rebond en fonction de la consistance (Pstatique+Pdynamique) est linéaire pour l’ensemble des mélanges. Les coefficients de corrélations, calculés pour les courbes de tendance linéaire, sont tous supérieurs à 0,73 ; excepté pour T-1/5-FS10 pour lequel R²=0,48, et pour les mélanges T-1/2-MK20 et T-1/5-MK20, pour lesquels le rebond est quasi constant. Le rebond représentatif de chaque mélange est calculé à l’aide d’une régression linéaire pour une valeur de consistance intermédiaire, propre à chaque mélange, et égale à :
[(Pstatique+Pdynamique)max + (Pstatique+Pdynamique)min ]/2
La Figure IV.9 présente le rebond représentatif calculé, ainsi que les limites hautes et basses de rebond mesurées pour les différents mélanges.
On constate que deux groupes se détachent : les mélanges T-1/2 avec des rebonds représentatifs compris entre 28,9% et 34%, et les mélanges T-1/5 dont les rebonds varient entre 22,2% et 30,3%. Il apparait que les mélanges formulés avec une base granulométrique plus fine (T-1/5) génèrent moins de rebond que les mélanges formulés avec une granulométrie plus grossière (T-1/2), en particulier lorsque des additions sont utilisées.
Figure IV.9 : Rebond calculé pour une consistance moyenne, rebond maximal et minimal pour chaque mélange avec et sans additions 32.8% 34.0% 33.8% 28.9% 30.3% 22.3% 26.1% 22.2% 24.7% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% Re b o n d T-1/2 T-1/5
108
2.3.2. Influence des additions sur la contrainte de contact dynamique
D’après les résultats obtenus dans le paragraphe 2.2, il a été constaté que le rebond diminue lorsque la consistance (Pstatique + Pdynamique) diminue. Au vu des résultats obtenus avec les mélanges contenant la fumée de silice et le laitier, il semble que la réduction du rebond soit liée, en particulier, à la diminution de la partie dynamique de la consistance (Pdynamique).
Pour le vérifier, on trace sur la Figure IV.10 les valeurs des rebonds représentatifs et des consistances (Pdynamique) maximales et minimales obtenues pour les différents mélanges.
On peut remarquer dans un premier temps, que les trois additions utilisées génèrent une diminution du Pdynamique maximal par rapport aux références. On constate dans un second temps, que le rebond suit les mêmes variations que Pd max pour les mélanges T-1/5.
Figure IV.10 : Rebond (courbe noire) et consistances dynamiques maximales et minimales pour les mélanges étudiés. La recherche d’un faible rebond passerait donc par le maintien d’une faible consistance dynamique. La consistance (statique comme dynamique) est fortement dépendante de la teneur en eau. On peut donc se questionner sur les propriétés nécessaires à une addition pour réduire la consistance.
Dans le cas d’un béton coulé, la fumée de silice comme le métakaolin, a tendance à augmenter la consommation d’eau pour le maintien d’une maniabilité constante (San Nicolas 2011; Cyr 1999; Ambroise, Maximilien, and Pera 1994; Sabir, Wild, and Bai 2001). Tattersall and Banfill (1983) ainsi que Zhao et al. (2015) soulignent que l’utilisation du laitier peut réduire la consommation d’eau à maniabilité constante.
Cependant, dans le cas d’une mise en place par projection, le métakaolin, la fumée de silice et le laitier mènent à une réduction de la consistance (P dynamique). Il semble donc que les modifications de maniabilité, apportées par une addition à un béton coulé, ne soient pas identifiables à celles apportées à la consistance dynamique des bétons projetés.
Taille et forme des particules
Une précédente étude (Bindiganavile and Banthia 2000) suggère que l’efficacité des additions sur le rebond est due à leur taille plus qu’à leur forme. En se rapportant au Tableau IV.4, présentant les propriétés physiques pour les additions utilisées dans cette étude, on constate que la taille moyenne des particules des additions, mesurée par granulométrie laser, est de 31,8µm et 23,6µm pour le
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 R ebon d P dy na m iqu e (Mpa )
Pd min Pd max Rebond
T-1/5 T-1/2
109 métakaolin et la fumée de silice respectivement, contre 14,7µm et 16,2µm pour le laitier et le CEMI respectivement. Malgré une taille de particules plus élevée pour le métakaolin et la fumée de silice, le rebond représentatif des mélanges T-1/5-MK20 et T-1/5-FS10 sont inférieurs au rebond de T-1/5-L50 et T-1/5. Plusieurs hypothèses peuvent être émises :
Soit la forme des particules joue un rôle aussi important que leur taille. Pour le métakaolin, qui a une structure en feuillet, cela entraine la possibilité d’absorber plus d’eau.
Soit les particules trop fines floculent et donnent ainsi des amas plus grossier laissant moins de surface libre pour le contact avec l’eau
Soit les caractéristiques physiques des particules ne sont pas les paramètres déterminant pour la réduction du rebond.
Tableau IV.4 : propriétés physiques des additions et du ciment Cement CEM I
52.5R
Laitier de hauts Fourneaux
Metakaolin Fumée de silice
Surface spécifique 4100 cm²/g (Blaine) 3900 cm²/g (Blaine) 16,5 m²/g (BET) 22 m²/g (BET) Masse volumique réelle 3,13 g/cm3 2,90 g/cm3 2,54 g/cm3 2,24 g/cm3
Forme Angulaire Angulaire Feuillets Sphérique
Granulométrie D10 (µm) 2,2 2,2 4,2 5,1 D50 (µm) 12,9 12,6 24,7 20,8 D90 (µm) 35,1 30,7 70,2 46,1 Dmoyen (µm) 16,2 14,7 31,8 23,6 Remarque :
La mesure par granulométrie laser permet généralement une défloculation de la poudre par ultrasons, mais dans le cas de la fumée de silice, les charges surfaciques élevées ne permettent pas une bonne séparation des grains (Hang 2015). Cependant, lors de la projection, les additions ne sont pas défloculées, donc la mesure serait représentative de la réalité. Dans le cas du métakaolin, la valeur est rapportée à une sphère équivalente, or cette addition présente des particules de forme allongées, donc malgré les facteurs correctifs, la référence à un diamètre reste une approximation. Dans notre cas, il est peut-être plus pertinent de comparer les surfaces spécifiques3.
Surface spécifique
La surface spécifique du ciment est supérieure à celle du laitier (4100 cm2/g contre 3900 cm2/g) mais très inférieure à celle du métakaolin et de la fumée de silice (16,5 m²/g et 22 m²/g). Il est donc difficile de conclure sur l’effet de ce paramètre sur les consistances dynamiques mesurées lors des projections, qui sont toutes inférieures au mélange de référence lors de l’utilisation d’addition (Figure IV.10).
3 Les surfaces spécifiques sont mesurées par deux méthodes : la méthode Blaine est une méthode de mesure par perméabilité à l’air. La méthode BET est une mesure par adsorption de molécules d’azote permettant les mesures sur les poudres les plus fines.
110 Masse volumique
Les masses volumiques des additions sont en revanche toutes inférieures à celle du ciment. La formulation des mélanges a été réalisée par substitution massique du ciment, il en résulte donc un volume de liant supérieur dans les mélanges avec additions. Avec 10% de fumée de silice, le volume augmente de 3,7% par rapport à un mélange avec 100% de CEM I. Cette augmentation est de 3,1% pour 50% de laitier, 4,7% pour 20% de métakaolin et 7% pour un remplacement massique de 30% de métakaolin.
Fily-paré (2015) remarquait que l’opérateur en charge de la projection ajuste la quantité d’eau par rapport au volume projeté. La quantité d’eau dans un mélange projeté serait donc liée au volume de pâte et non à la demande en eau du liant. Ceci expliquerait les faibles valeurs de consistance dynamique relevées après projection des mélanges additionnés, puisque plus d’eau est ajoutée aux mélanges avec additions.
Le rebond dépend de la consistance et donc de la quantité d’eau ajoutée au mélange. Cette quantité d’eau est liée au réglage effectué par le lancier et semble dépendre du volume de liant dans le mélange. Plus le volume de liant sera important, plus l’ajout d’eau sera important.
Cependant, le béton projeté n’est pas caractérisé uniquement par sa partie liante. Le squelette granulaire entre aussi en compte dans la formulation, et d’après les résultats obtenus, il semble que l’effet des additions dépende de la base granulométrique du mélange.