Chapitre VII. Evolution de l’eau efficace lors du malaxage du béton à base de GBC
VII.5. Evolution de l’eau efficace réelle durant le malaxage des bétons recyclés 151
Dans cette partie, une méthode permettant de suivre l’évolution de l’eau efficace réelle dans le béton à base de GBC durant le malaxage est élaborée. Pour ce faire les courbes des puissances consommées durant le malaxage des bétons à base de GN sont utilisées comme abaques de calcul pour les bétons à base de GBC.
La Figure 107 présente les puissances consommées durant le malaxage des bétons à base de GN pour les quatre rapports Eeff (th) /P (0.338, 0.351, 0.357 et 0.371). On observe que la puissance consommée augmente quand le rapport Eeff (th)/P diminue, donc avec la réduction d’eau efficace réelle dans le malaxeur.
Figure 107. Courbes de puissance enregistrées durant le malaxage de bétons de GN à quatre rapports Eeff/P= 0.34 à 0.37, (les affaissements initiaux sont notés dans la légende).
En addition, dans toute la suite, nous faisons l’hypothèse que, lorsque la puissance dissipée pour un béton à base de GBC est identique à celle dissipée pour un béton de GN, alors les quantités d’eau efficace réelle qu’ils contiennent sont identiques. Cette hypothèse peut être justifiée sur la base des constatations suivantes :
- Les formulations des bétons à base de GBC sont proches de celles des bétons à base de GN et elles sont conçues de manière à rester dans la même gamme de consistance que les bétons à base de GN (affaissements initiaux variant entre 2 et 11cm, voir Annexe 4). Les GN sont notamment remplacés par un même volume réel de GBC,
- Dans les 4 formulations de bétons à base de GN, seule la quantité d’eau efficace change. Par conséquent les différences observées entre les puissances de ces 4 bétons sont dues uniquement à la variation de l’eau efficace d’une gâchée à une autre,
- Enfin, les puissances consommées lors du malaxage à sec des bétons à base de GN sont quasi identiques aux puissances consommées par les bétons à base de GBC (Figure 108). On suppose donc ici que c’est uniquement la variation de l’eau efficace au cours du malaxage qui est responsable de la variation de puissance d’un béton à l’autre.
Figure 108. Puissance durant le malaxage sec des bétons à base de GN et de GBC secs. Chaque puissance est la moyenne de 4 puissances enregistrées pour 4 gâchées de béton.
La Figure 109 présente un exemple d’exploitation d’une courbe de puissance obtenue pour un béton à base de GN afin d’estimer la quantité d’eau efficace réelle dans un béton à base de GBC. Dans cet exemple, les GBC du béton recyclé sont pré-saturés sous vide partiel (void-SSS) pour un rapport Eeff (th) /P =0.337. Nous pouvons, à partir des points d’intersection et avec une interpolation, déterminer l’évolution de l’eau efficace à chaque instant.
0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 GN GBC (OD) P u is san ce ( k W )
Puissance durant le malaxage sec des bétons à base de GN et de GBC secs
Figure 109. Intersection de la courbe de puissance enregistrée durant le malaxage d’un béton recyclé dont les GBC sont saturés sous vide partiel et Eeff (th) /P =0.337 (void-SSS 0.337) avec celles des quatre bétons de granulats naturels. Les points A, B, C et D sont quatres points d’intersection entre les
courbes.
Un autre exemple est considéré dans la Figure 110. On peut voir ici que, dans certains cas, la courbe de puissance du béton à base des GBC ne coupe pas les courbes abaques des bétons à base de GN. Il est alors impossible d’utiliser la méthode proposée ci-dessous.
Figure 110. Cas de non intersection entre la courbe de puissance enregistrée durant le malaxage d’un béton recyclé dont les GBC sont pré-humidifié à CT avec wi=1% et Eeff (th)/P=0.337 (air-USSS1%
A partir de l’intersection des courbes de puissance de chaque béton à base de GBC avec les courbes de puissance des quatre bétons de GN, l’eau efficace réelle est déterminée dans chaque béton à base de GBC pour 9 échéances données (0, 10, 30, 60, 90, 120, 180, 260 et 290 secondes à partir de la fin de l’introduction d’eau). Ici les échéances sont prises à partir de la fin de l’introduction de l‘eau dans le mélange. Pour chacune de ces échéances (Ti), la puissance prise en compte est la moyenne des puissances consommées entre les instants Ti et Ti+10s.
A l’instant T0, E eff (réelle, T0)/P est déterminé selon l’équation (18) en négligeant l’eau échangée par les GBC humidifiés avec le mélange durant le malaxage à sec.
𝐸𝑒𝑓𝑓 (réelle, 𝑇0) = 𝐸𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒− 𝑤𝑖∗ 𝑀𝐺𝐵𝐶 (18)
Où, wi est la quantité d'eau initiale dans les GBC de masse MGBC.
A 10, 30, 60, 90, 120, 180, 260 et 290 secondes après la fin de l’introduction de l’eau, Eeff (réelle) / P est extrapolée linéairement à chaque instant en utilisant les puissances et les Eeff
(th) /P des bétons à base de GN.
La même procédure est utilisée pour toutes formulations avec les GBC dans différents états d’humidité initiale et avec différents Eeff (th)/P. Pour la présentation des résultats dans les figures suivantes, nous allons prendre pour origine de l’axe des temps, le tout début du malaxage à sec.
Figure 111. Évolution des rapports Eeff (réelle)/P pour les bétons recyclés avec GBC secs pour différents rapports théoriques Eeff (th) / P.
La Figure 111 montre l’estimation de l’évolution de l’eau efficace réelle dans le béton recyclé à base de GBC secs durant le malaxage.
Nous pouvons observer dans la figure que l’eau efficace réelle estimée diminue avec le temps de malaxage. On observe par ailleurs que, quel que soit le temps de malaxage, l’eau efficace réellement présente dans le béton est systématiquement plus élevée que l’eau efficace théorique déterminée à partir de la norme européenne [NF EN 1097-6]. Par conséquent, les GBC n’arrivent pas à absorber toute la quantité d’eau ajoutée pour compenser leur absorption. Nous pouvons conclure de cela que l’absorption d’eau des GBC dans le béton doit être déterminée par une autre méthode que celle utilisée pour les bétons à base de GN.
La Figure 112 présente l'évolution de l'eau efficace réelle dans le mélange de bétons recyclés contenant des GBC pré-humidifiés avec différents modes (sous air (CT) et sous vide partiel (LT)) et avec différentes quantités d'eau initiale (wi =1- 1.2% et 2%). Nous pouvons remarquer que le même comportement est obtenu pour l’évolution de l’Eeff (réelle) /P dans tous les cas présentés. En effet l’eau efficace diminue durant les premières 300 s du malaxage. Après elle reste sensiblement constante jusqu’à la fin du malaxage. Eeff (réelle) /P se stabilise ainsi après environ 300 secondes durant le malaxage, pour tous les bétons à base de GBC pré-humidifiés avec des petites quantités d’eau que ce soit sous vide ou sous air. Nous pouvons conclure ici que les GBC échangent de l’eau avec le mélange durant le malaxage et absorbent de l’eau jusqu’à avoir la stabilisation de l’Eeff (réelle)/P dans le mélange.
La Figure 113 présente l'évolution de l'eau efficace réelle dans les bétons recyclés contenant des GBC pré-humidifiés avec différents modes (sous air (CT) et sous vide partiel (LT)) et avec des quantités d'eau initiale (wi = 3-3.22% et 4-4.3%) plus élevées que dans le cas précédent. Nous observons que l’eau efficace réelle augmente avec l’eau efficace théorique. De plus, l’eau efficace réelle estimée augmente au début du malaxage jusqu’à environ 60 secondes puis diminue durant le malaxage jusqu’à atteindre une stabilisation. Cette stabilisation semble se produire plus tôt que pour les teneurs en eau initiales plus faibles de la Figure 112 (environ 240 secondes au lieu de 300 secondes précédemment). Ainsi, avec une pré-humidification sous vide partiel, la stabilisation de l’Eeff(réelle) semble être plus rapide.
Figure 113. Évolution des rapports Eeff (réelle)/P pour les bétons recyclés avec GBC pré-humidifiés à CT et à LT avec deux wi= 3 ou 3.2 et 4 ou 4.3% pour différents rapports théoriques Eeff (th)/ P.
Enfin pour les deux cas de saturation sous air (air-SSS) et sous vide partiel (void-SSS), la Figure 114 présente l’évolution de l’eau efficace réelle estimée dans le mélange durant le malaxage des bétons à base des GBC saturés. Les teneurs en eau initiales dans ces essais sont plus proches ou égales au coefficient d’absorption des GBC déterminé par la norme [NF EN 1097-6] sous air (4.9%) et sous vide (6%). Au début du malaxage humide, et après la fin de l’ajout d’eau de gâchage, le rapport Eeff (réelle)/P augmente considérablement. Au-delà du pic, Eeff (réelle)/P diminue avec le temps. Là encore, une stabilisation de Eeff (th)/P est atteinte après environ 180 secondes. Ce qui confirme qu’avec une humidité initiale élevée la stabilisation de l’Eeff (réelle)/P est plus rapide.
Figure 114. Évolution des rapports Eeff (réelle)/P pour les bétons recyclés avec GBC pré-saturés à CT sous air et à LT sous vide partiel avec deux wi= 4.9 et 6% respectivement pour différents rapports
théoriques Eeff (th)/ P.
VII.6. Estimation de l’eau absorbée par les GBC durant le
malaxage des bétons recyclés
Les données analysées précédemment permettent de déterminer l’eau piégée « WT » dans les GBC à chaque instant « T » du malaxage selon l’équation (19). Cette dernière tient compte de Eeff (th), de « Eeff, T (réelle) » à l’instant T déterminée par la méthode discutée précédemment, de la quantité de poudres P (ciment et filler), de la masse des GBC (MGBC) et du coefficient d’absorption des GBC (WA24, GBC). Ensuite la capacité d’absorption d’eau des GBC au cours du malaxage (Wabs, béton) est estimée en utilisant l’équation (20). Wabs,béton
représente donc la quantité d’eau absorbée par les GBC au cours du malaxage.
𝑊𝑇 = ((𝐸𝑒𝑓𝑓(𝑡ℎ) 𝑃 ) − ( 𝐸𝑒𝑓𝑓, 𝑇(𝑟é𝑒𝑙𝑙𝑒) 𝑃 )) ∗ 𝑃 𝑀𝐺𝐵𝐶+ 𝑊𝐴24, 𝐺𝐵𝐶 (19) 𝑊𝑎𝑏𝑠, 𝑏é𝑡𝑜𝑛 = 𝑊(𝑇=5 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑒𝑠)− 𝑤𝑖 (20) La Figure 115 montre la variation de la capacité d’absorption d’eau des GBC dans le béton au cours du malaxage en fonction de leurs états initiaux d’humidité et mode de pré-humidification (spraying ou immersion sous vide), et en fonction de Eeff(th)/P. Une différence peut être observée entre la capacité d’absorption d’eau des GBC secs (OD) et des GBC sous-saturés avec (wi= 1, 2 ou 3%) à CT et à LT. Avec une pré-humidification à long-terme (sous
Pour les GBC partiellement saturés (USSS2%, USSS3-3.2% et USSS4-4.3%), l’absorption d’eau est de 0.5 à 1% plus grande lorsque les GBC sont pré-mouillés sous vide partiel que quand ils sont pré-mouillés normalement sous pression atmosphérique. Les mêmes observations ont été faites dans la partie V.3.3 qui discute de l’influence de l’histoire d’humidification initiale des GBC sur la capacité d’absorption d’eau après une deuxième immersion dans l’eau.
Figure 115. Capacité d’absorption d’eau des GBC dans différents états de pré-humidification, OD, air-USSD et void-USSD. Les barres rouges représentent l’eau initialement présente dans les GBC
après leur humidification et avant leur incorporation dans le mélange du béton sous la pression atmosphérique. Les barres rouges avec motif correspondent à la pré-humidification sous vide partiel.
Les barres vertes représentent l’eau absorbée par les GBC au cours du malaxage du béton.
La Figure 116 montre la variation de la capacité d’absorption d’eau des GBC dans le béton en fonction de leurs états initiaux d’humidité, et leur mode de pré-humidification (spraying ou immersion sous air ou sous vide), et en fonction de Eeff(th)/P. Ici, les cas étudiés sont les états de sous-saturation avec wi proche de 80% de WA24 (air-USSS4% et void-USSS4.3%) et les états de saturation (air-SSS et void-SSS).
Figure 116. Capacité d’absorption d’eau des GBC dans différents états de pré-humidification, air-USSS4%, void-USSS4.3%, air-SSS et void-SSS. Les barres rouges représentent l’eau initialement présente dans les GBC après leur humidification et avant leur incorporation dans le mélange du béton
sous la pression atmosphérique. Les barres rouges avec motif correspondent à la pré-humidification sous vide partiel. Les barres vertes représentent l’eau absorbée par les GBC au cours du malaxage de
béton.
Mis à part pour l’état initial void-USSS4.3% qui absorbe une petite quantité d’eau, les absorptions des 3 autres états étudiés sont toutes négatives. Ce résultat diffère de ce qui a été observé dans la partie V.3.3 où l’absorption dans l’eau était négligeable. De plus, les GBC sous saturés par spraying avec 80% de WA24 (air-USS4%) relarguent plus d’eau dans le mélange que les GBC saturés sous vide. Ces résultats confirment les observations sur les résultats des affaissements initiaux de ces bétons et les courbes de puissances.
En revanche les GBC saturés sous air (air-SSS) relarguent moins d’eau dans le béton que les GBC saturés sous vide partiel (void-SSS) ce qui confirment les résultats de l’essai d’absorption dans la pâte de ciment (Chapitre VI, Tableau 30 et Tableau 31).