Effet des Additions

D’après une étude de Bindiganavile & Banthia (2001), l’effet des additions sur le rebond serait conditionné par la finesse des particules. Plus une addition est fine, plus le rebond pourra être réduit. Cette constatation s’appuie sur des essais de rebond réalisés avec 4 additions de tailles différentes. Pour Pfeuffer & Kusterle (2001) une addition sera efficace si elle permet d’abaisser la viscosité au voisinage des impacts de particules, et d’augmenter le seuil au maximum pour assurer la stabilité du mélange.

Les additions présentées dans cette partie sont celles qui ont été utilisées dans les études concernant la réduction du rebond.

 Fumée de silice

La fumée de silice est un sous-produit issu des usines de fabrication d’alliage de silicium et de ferrosilicium, obtenu à partir quartz et de charbon. C’est une addition pouzzolanique, dont les particules sphériques sont de l’ordre du dixième, voire du centième de micron.

Cette addition est reconnue pour faire diminuer le rebond, améliorer la qualité du béton, améliorer la tenue au gel/dégel, réduire la perméabilité aux chlorures et l’absorption d’eau (Gérômey 2003) ; Beaupré 1994). En voie sèche elle permet aussi d’augmenter l’épaisseur maximale des passes (Morgan & Wolsiefer 1991).

Pfeuffer & Kusterle (2001) montrent que l’utilisation de fumée de silice permet de faire diminuer le rebond (Figure I.28b) et de réduire la viscosité (représentée par la pente de la courbe (Figure I.28a)), tout en augmentant le seuil de cisaillement (ordonnée à l’origine (Figure I.28a)) pour la projection par voie sèche.

Bindiganavile & Banthia (2000) ont réalisé des essais avec de la fumée de silice, dans du béton projeté par voie sèche, (particules de 0.1µm en moyenne, surface spécifique 44m²/g, forme sphérique) en remplacement à 5% et 10% de la masse de ciment. L’addition a été ajoutée à des mélanges sec contenant 19% de ciment, 65% de sable et 16% de graviers roulés 3/8. Le rebond passe de 30% (sans fumée de silice) à environ 20% pour les 2 mélanges avec fumée de silice. La résistance en compression obtenue à 28j est sensiblement la même que pour le mélange de référence (environ 50MPa).

Figure I.28(a) : Effet de la fumée de silice en fonction du % de remplacement de masse de ciment, sur la

viscosité et le seuil de cisaillement.

Figure I.28(b) : Effet de la fumée de silice sur le rebond (Pfeuffer & Kusterle 2001)

31 D’après Bolduc (2009), les pertes par rebond obtenues en ajoutant de la fumée de silice (entre 10% et 15% de la masse de ciment) à un mélange projeté par voie sèche, varient entre 19.1% et 35.4%, tandis que pour un mélange sans fumée de silice, le rebond varie entre 32.7% et 41.7% (variations dues à la variation de consistance, donc de la teneur en eau).

De plus, Bolduc (2009) constate que le rebond, avec un mélange additionné de fumée de silice et d’un entraineur d’air en poudre, est environ 5% plus faible que sans entraineur d’air.

La fumée de silice est abondante et très utilisée en Amérique du Nord. Cependant, son utilisation en France est plus rare. Son efficacité sur la réduction du rebond est néanmoins prouvée et cette addition peut servir de témoin pour la réduction des pertes.

 Métakaolin

Le métakaolin provient de la calcination du kaolin entre 600°C et 800°C. C’est une addition pouzzolanique dont la granularité est légèrement supérieure à celle de la fumée de silice (60µm environ pour le Dmax contre 10µm pour la fumée de silice (Cyr 1999)). Dans le béton coulé, le métakaolin est reconnu augmenter la consommation d’eau et modifier la viscosité. De plus le métakaolin est connu pour réduire la taille moyenne des pores capillaires et limiter la pénétration et la diffusion de l’eau et des ions néfastes (Sabir et al. 2001).

Bae et al. (2005) ont comparé l’efficacité du métakaolin hautement réactif (HRM), à celle de la fumée de silice, dans le cas du remplacement partiel (de 4% et 8%) de ciment portland ordinaire, pour une application de béton projeté par voie humide. Les études portant sur les propriétés mécaniques n’ont pas révélé de différences entre l’utilisation de HRM ou de fumée de silice.

Il n’existe que peu d’études sur l’utilisation du métakaolin dans les bétons projetés par voie sèche. La principale a été réalisée par Bindiganavile & Banthia (2001) et montre que le métakaolin (HRM) a des propriétés légèrement moins intéressantes que la fumée de silice : le rebond est réduit d’environ 5% par rapport à la référence sans addition (contre 10% pour la fumée de silice). La résistance en compression à 28j varie très peu par rapport à la référence.

 Fillers calcaire

Géromey (2003) trouve que l’augmentation de la teneur en éléments fins, et en particulier de filler calcaire (taille maximale 100µm) en ajout de 22% et 48% de la masse de ciment, réduit les pertes en matériaux de 49% à 21% dans le cas de son étude. Cette addition étant inerte, son action est principalement liée à sa finesse.

 Autres additions

o Cendres volantes

Bindganavile & Banthia (2000) ont testé l’effet de cendres volantes, de taille moyenne 10µm, et remarquent une réduction du rebond d’environ 12% pour un remplacement à 5% de la masse de ciment, et un maintien de la résistance en compression. Cabrera & Woolley (1996) constatent aussi que l’addition de cendres volantes réduit le rebond et augmente la compacité du béton in-situ.

o Noir de carbone

Le noir de carbone est un filler inerte dont les particules sphériques sont de l’ordre de 0.05µm. Bindiganavile & Banthia (2000) ont utilisé cette addition et ont constaté une réduction du rebond d’environ 20% par rapport au témoin et une augmentation de l’épaisseur de passe maximale grâce à une amélioration de la cohésion. Son efficacité augmenterait avec l’augmentation du dosage. Cependant, le remplacement de ciment par cette addition à 5% et 10% ferait diminuer la résistance en compression à 28j de 52% et 60% respectivement (Bindiganavile & Banthia 2000).

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o Poudre de verre

Fily-paré (2015) a effectué une étude en intégrant de la poudre de verre au béton projeté par voie sèche. Cette addition inerte, a une surface spécifique équivalente au ciment, mais une plus faible densité (2,54 contre 3,15). L’utilisation d’un taux de remplacement de 20% augmente le rebond. Lorsque cette addition est utilisée en combinaison de fumée de silice, le rebond est fortement diminué.

Dans l’étude menée, la fumée de silice a été utilisée pour servir de témoin pour la réduction du rebond. Du métakaolin et du filler calcaire, abondant dans la région, ont été employés dans le but d’exploiter leurs propriétés aussi bien rhéologiques que physique. Enfin, du laitier moulu de haut fourneau a aussi été utilisé. L’effet de cette addition ne semble pas avoir fait l’objet de tests spécifiques pour la réduction du rebond lors de l’utilisation de béton projeté par voie sèche, mais des retours chantier font état de pertes moins importantes lors de l’utilisation de CEMIII.