Effets de la température de cure sur les résistances à la flexion et à la traction

Trois bétons composés respectivement d’un ciment CEM I, d’un ciment CEM V et d’un ciment CEM V avec des cendres volantes, avec des rapports E/L de 0.4 et 0.5, ont été étudiés par Kim et al. (2002) pour des températures de cure de 10, 23, 35 et 50°C. Au jeune âge, plus la température de cure est importante, plus la résistance en flexion augmente, et ce quel que soit le béton testé. Cependant, pour le béton composé d’un ciment CEM I ayant subi une cure à 10°C, la résistance en flexion à 28 jours est supérieure aux résistances en flexion développées avec toutes les autres cures. Pour les bétons composés d’un ciment CEM V et CEM V avec des cendres volantes, avec un rapport E/C de 0.4, le béton ayant subi une cure à 23°C développe des résistances à la flexion à 28 jours similaires à celles obtenues pour le béton ayant subi une cure à 50°C.

Yang et al. (2009) ont travaillé sur des BFUP avec des rapports E/L de 0.15 pour des températures de cure de 20 et 90°C, avec une humidité relative de 100 %, ces cures étant appliquées jusqu’au 7è jour suivant le contact eau-ciment Figure 2.21. Quelle que soit l’échéance des essais (7, 14, 28 ou 56 jours), la résistance à la flexion était plus importante pour les bétons soumis à une cure à 90°C que pour les bétons soumis à une cure à 20°C. Sur une période allant de 7 à 56 jours, les résistances à la flexion pour les bétons ayant subi une cure à 20°C se sont accrues de manière plus importante que pour les bétons ayant subi une cure à 90°C. Cependant, ce plus grand accroissement de la résistance en flexion n’a pas permis aux différents BFUP mûris à 20°C d’atteindre des résistances en flexion à 56 jours équivalentes à celles développées par les bétons soumis à une cure à 90°C (Figure 2.21). Il n’est pas possible de dire si la cure à 20°C aurait pu permettre d’obtenir des résistances à la flexion plus élevées à très long terme qu’une cure à 90°C.

Figure 2.21: Résistances en flexion pour des BFUP avec différents types de granulats (Yang et al., 2009)

Les résistances en traction et en flexion des bétons renforcés de fibres sont directement dépendantes de l’énergie nécessaire pour arracher les fibres de la matrice cimentaire (Yoo, Banthia, Kang, & Yoon, 2016). La fumée de silice est un des composants incontournables des BHP et des BFUP en raison des avantages qu’elle procure au sein du béton (sites de nucléation des C-S-H, effet filler, réaction pouzzolanique). Cet ajout cimentaire améliore de façon conséquente la résistance à la traction et à la flexion (section 2.1.1.2). Pour rappel Chan et Chu (2004) mentionnent, pour un BFUP composé de ciment de type II, un remplacement massique optimal de ciment par la fumée de silice se situant entre 20 et 30 %. Cet optimum s’explique par le fait qu’une concentration élevée en fumée de silice permet de mieux combler les vides entre les grains de ciment, offre une plus grande capacité de réaction pouzzolanique et améliore l’interface entre les différentes phases ce qui permet notamment à la matrice cimentaire de mieux adhérer aux fibres (Figure 2.22). Cependant, un dosage trop élevé en fumée de silice (au-dessus de 30 %) tend à faire disparaître l’effet bénéfique de la fumée de silice sur l’interface fibre-matrice.

(a) fibre neuve (b) 0 % FS

(c) 30 % FS (d) 40 % FS

Figure 2.22: Zoom x300 sur la surface de fibres métalliques arrachées du béton pour différentes concentrations en fumée de silice (Chan & Chu, 2004)

Banthia (1990) a évalué l’intérêt de la fumée de silice sur la résistance et l’énergie d’arrachement de fibres dans une pâte de ciment. Les essais consistaient en un test de traction directe sur une fibre enrobée d’une matrice cimentaire, et ce pour des températures de cure de 2, 22 et 38°C (Figure 2.23). Pour une même échéance, et quelle que soit la température de cure, les pâtes contenant de la fumée de silice (à hauteur de 15 %) ont nécessité une plus grande énergie pour arracher les fibres de leur matrice comparativement aux pâtes sans fumée de silice. À long terme, en présence de fumée de silice l’énergie nécessaire pour arracher les fibres de leur matrice augmentait à mesure que la température de cure diminuait. Ainsi, à 90 jours, un chargement de 169 N était nécessaire pour arracher une fibre d’une pâte de ciment mûrie à 2°C alors que la charge n’était que de 152 N pour une pâte de ciment mûrie à 38°C.

Les résistances à la traction ayant un impact direct sur les résistances obtenues à la flexion (section 2.1.4.3), les résultats ici présentées en résistance à la traction pourraient avoir une incidence similaire sur ceux obtenus en résistance à la flexion.

Figure 2.23: Essai d’arrachement sur une fibre et dimensions du spécimen de test (Banthia, 1990) En conclusion, des bétons soumis à des températures de cure élevées présentent des résistances en flexion (et en traction) au jeune âge plus élevées que des bétons mûris à des températures plus basses, et ce, que les bétons soient renforcés de fibres ou non. Pour les bétons ordinaires, les résistances développées pour de faibles températures de cure tendent à égaler à long terme les résistances obtenues pour des températures plus élevées (Kim et al., 2002). Pour des BFUP, les résistances en flexion des bétons ayant subi une température de cure élevée sont supérieures à celles des bétons ayant subi des températures de cure plus basses, au moins jusqu’à une échéance de 56 jours (Yang et al., 2009). Cependant, il n’est pas possible de savoir si les résistances développées pour des cures à basse températures peuvent développer des résistances en flexion équivalentes à celles de bétons mûris à plus hautes températures à plus long terme, la littérature recensée ne présentant pas de résultats à cet effet. Il est à noter que la présence de fumée de silice favorise les résistances en flexion et en traction en permettant une meilleure interface entre la matrice cimentaire et les fibres.

2.4.6 Synthèse

Les travaux relatifs aux températures de production des bétons ordinaires montrent un accroissement de la maniabilité pour une diminution de la température du béton à l’état frais. Lors de productions en période estivale ou de production de gros volume de béton, il est fréquent d’introduire de la glace en remplacement d’une partie de l’eau de gâchage. Dans ces situations, il

est habituel d’observer un gain de maniabilité par rapport à une production standard sans glace. La diminution de la température initiale du béton permet également de diminuer la température maximale atteinte par le matériau, limitant ainsi les problèmes de fissuration et de retrait thermique notamment. Un accroissement de la température de production permet de diminuer le temps de période dormante du béton et accélère ainsi son temps de prise. Enfin, pour un béton ordinaire, la température de production semble avoir un impact sur les résistances en compression mesurées aussi significatif que celui de la température de cure, pour des températures comprises entre 10 et 32°C.

Les travaux recensés relativement à l’effet de la température de cure sur les bétons ordinaires, les BHP et les BFUP s’accordent à dire que les réactions d’hydratation et les réactions pouzzolaniques sont accélérées au jeune âge pour des températures de cure élevées. Cette hausse de la réactivité au sein des bétons apporte une certaine hétérogénéité dans la matrice cimentaire, mais semble avoir des effets contradictoires entre BO et BFUP. Pour un BO, l’augmentation de la température de cure fait augmenter la porosité à long terme, à la fois en termes de taille et de quantité, alors que pour les BFUP, la tendance semble être inversée jusqu’à un optimum de température de 150°C pour laquelle la porosité est minimale. Les résultats obtenus sur les BFUP s’expliquent en partie par la présence de fumée de silice remplissant à la fois un rôle d’effet filler et de pouzzolanicité, ce qui permet de diminuer la porosité au sein des bétons réalisés jusqu’à une température de cure optimale de 150°C.

Ces différences microstructurales causées par des cures à différentes températures ont un impact notable sur les résistances en compression et en flexion des BFUP, au jeune âge et à long terme. Au jeune âge, une température de cure élevée permet le développement rapide des résistances mécaniques des BFUP sans que ne soit décelé d’impact négatif sur la résistance en flexion à plus long terme (au moins 56 jours). L’effet à long terme sur la résistance en compression des BFUP est ambigu, les résultats issus de la littérature étant contradictoires. Certains travaux présentent une résistance en compression plus élevée pour les bétons soumis à de faibles températures de cure, d’autres présentent des résultats contraires. Les études menées sur des bétons ordinaires s’accordent à dire que la résistance en compression à long terme est supérieure pour des bétons soumis à de faibles températures de cure, alors que la résistance en flexion semble être similaire, à long terme, quelle que soit la température de cure.