1. Revue bibliographique sur les bétons auto-plaçants légers
4.4 Modèle de composite gravillons légers/mortier de sable normal pour prévoir la
4.5.4 Exemple d’application
4.5.4.1 Cahier des charges
Un béton auto-plaçant (BAP) léger de granulat d’argile expansée (ARG 4/8-750) est formulé pour un étalement de 650 ± 10 mm et une résistance moyenne à la compression à 28 jours de 50 ± 2 MPa. L’application de la méthode de composition est détaillée ci-dessous.
4.5.4.2 Mise en œuvre de la méthode
En fixant la proportion de filler calcaire dans le liant Pf, le volume d’air dans le béton Va et le
rapport volumique Vg/Vs, le choix des paramètres itératifs que sont le volume de pâte Vp et la concentration de liant ωc permet de faire tourner l’outil de calcul et de proposer in fine une formule de composition. Pour un volume de pâte donné, il existe un nombre fini de concentrations de liant. Il faut donc trouver par des itérations, la concentration de liant qui satisfasse à la condition de résistance associée à ce volume de pâte. A partir des données présentées dans le Tableau 4.8, les différentes étapes de la méthode de compostions sont présentées. La valeur de Vp et de ωc sont obtenues après plusieurs itérations. Les calculs sont effectués pour une unité de volume de béton.
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Tableau 4.8
Paramètres d’entrée de l’outil de calcul
Constantes d’entrée Paramètres itératifs
Pf Vg/Vs Va Vp ωc
0,2 1,05 0,02 415 0,47
4.5.4.3 Etapes de calculs
a) Dosage des granulats
Volume de sable ܸ௦ ൌ ሾሺͳͲͲͲ െ Ͷͳͷሻ כͳ ͳǡͲͷͳ ሿȀͳͲͲͲ ܸ௦ ൌ Ͳǡʹͺͷ݉ଷ Volume de gravillons ܸൌ ሾሺͳͲͲͲ െ Ͷͳͷሻ כͳ ͳǡͲͷͳǡͲͷ ሿȀͳͲͲͲ ܸൌ Ͳǡ͵ͲͲ݉ଷ b) Dosage du liant Dosage en ciment ܸ ൌ ሾሺͳ െ Ͳǡʹሻ כ Ͷͳͷ כ ͲǡͶሿȀͳͲͲͲ ܸ ൌ Ͳǡͳͷ݉ଷ
Dosage en addition calcaire
ܸ ൌ ሾͲǡʹ כ Ͷͳͷ כ ͲǡͶሿȀͳͲͲͲ ܸ ൌ ͲǡͲ͵ͻ݉ଷ c) Dosage en eau Eau efficace ܸ ൌ ሺͳ െ ͲǡͶሻ כ ͶͳͷȀͳͲͲͲ െ ͲǡͲʹ ܸ ൌ ͲǡʹͲͲ݉ଷ
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Eau absorbable par les granulats légers
La demande en eau des gravillons légers est ajustée avec la quantité d’eau absorbée à 1 heure dans une pâte de rapport e/c de 0,5. Le résultat indique que le granulat pré-mouillé d’une teneur en eau initiale de 11,7 % (en masse) n’absorbent pas d’eau dans la pâte à 1 heure. Le volume d’eau absorbable par le granulat léger pré-mouillé est donc égal à zéro et la demande en eau est nulle. Rappelons que la quantité d’eau d’ajout est calculée en tenant compte de la teneur en eau initiale des granulats (sable et gravillons).
d) Rapport massique Eeff/L
ܧ ܮ ൗ ൌ ͳͲͲͲ כ ሺͶͳͷ כ ሺͳ െ ͲǡͶሻ ͳͲͲͲ ൗ െ ͲǡͲʹሻ ሺ͵ͳͲ כ ሺͳ െ Ͳǡʹሻ ʹͲͲ כ Ͳǡʹሻ כ Ͷͳͷ כ ͲǡͶ ͳͲͲͲൗ ܧ ܮ ൗ ൌ Ͳǡ͵͵ e) Dosage du superplastifiant
Le dosage en superplastifiant est réalisé de proche en proche au cours du malaxage pour atteindre l’étalement visé. Un dosage de 1,06 % en extrait liquide rapporté à la masse du liant a permis d’atteindre l’étalement moyen de 650 mm.
4.5.4.4 Vérification
La vérification consiste à calculer l’indice du serrage de la composition théorique. L’indice de serrage du béton qui en résulte est égal à 5,0. Cette valeur d’indice de serrage compris dans l’intervalle 4,5 et 5,5 ce qui assure une auto-plaçance et une stabilité au béton. Le récapitulatif de la composition est présenté au Tableau 4.9.
Tableau 4.9
Récapitulatif de la composition en kg/m3
C AC SIL ARG 4/8-750
SP Etot Eeff Eabs Eeff/L
493 105 758 375 1,27 200 200 0 0,33
4.5.4.5 Validation
L’étalement moyen obtenu est de 650 mm. L’ajustement de l’adjuvantation est réalisé pour atteindre l’ouvrabilité souhaitée. La résistance moyenne à la compression mesurée sur des éprouvettes cubiques 15*15 cm est 50 ± 3 MPa.
Les résultats obtenus à partir de cet exemple d’application indiquent que la méthode de formulation est satisfaisante par rapport aux critères d’auto-plaçance et de performance mécanique.
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En somme, la méthode de composition repose sur des fondements physiques tirés de la littérature et adaptés aux spécificités des BAPL. L’essai d’absorption dans la pâte apporte une touche singulière et permet de réduire judicieusement la quantité d’eau libre tout en conservant le caractère auto-plaçant du béton quel que soit le type de granulat léger. C’est pourquoi elle se distingue comme la méthode de formulation basée sur l’optimisation de l’absorption des granulats légers à l’instar de celles basées sur l’optimisation de la pâte (méthode de Su and Miao 2003), du mortier (méthode de Okamura and Ozawa 1995) et du squelette granulaire (méthode de Sedran et De Larrard 1994).
4.6 Conclusion
La méthode de formulation proposée est une méthode itérative qui repose sur deux paramètres- clefs que sont le volume de pâte et la concentration de liant. Le volume de pâte associé à la quantité de pâte pilote l’ouvrabilité du matériau tandis que la concentration de liant associée à la qualité de pâte contrôle la résistance du béton.
Le niveau de serrage du squelette granulaire est adapté par le bais du modèle d’empilement compressible pour contrôler le caractère auto-plaçant au béton léger. L’application de ce modèle sur des compositions issues de l’industrie a permis de délimiter un intervalle d’intérêt de valeurs d’indice de serrage compatible avec les bétons auto-plaçants légers de sable normal faiblement adjuvantés. Un indice de serrage compris entre 4,5 et 5,5 permet de limiter le risque de ségrégation tout en garantissant le caractère auto-plaçant du béton.
La méthode de composition dans sa constitution a fait appel au modèle série/parallèle pour l’estimation de la résistance à la compression du béton après validation sur des compositions exploratoires. La confrontation des données réelles et des données du modèle indique que l’erreur moyenne du modèle est 6,0 % ; ce qui est satisfaisant à l’échelle du béton.
L’optimisation de la demande en eau des granulats légers est rendu possible par la mise en œuvre du protocole d’absorption dans la pâte de ciment sur des granulats légers pré-mouillés. Cet essai a permis de montrer que l’absorption des granulats pré-mouillés dans la pâte de ciment est nulle et par conséquent leur demande en eau dans le béton est considérée comme nulle.
Chapitre 5
Validation expérimentale de la méthode de formulation
Sommaire
5.1 Introduction... 163 5.2 Cahier des charges... 163 5.3 Composition et mise en œuvre des bétons du cahier des charges ... 165
5.3.1 Validation de la méthode de formulation ... 165 5.3.1.1 Compositions des bétons auto-plaçants légers de sable normal (BAPLSN) 166 5.3.1.2 Propriétés à l’état frais ... 168 5.3.1.3 Propriétés à l’état durci ... 169 5.3.1.4 Bilan de la mise en œuvre de la méthode formulation ... 170 5.3.2 Formulation des bétons de la famille BAPL I ... 170 5.3.2.1 Présentation des compositions ... 171 5.3.2.2 Propriétés à l’état frais ... 173 5.3.2.3 Propriétés à l’état durci ... 173 5.3.2.4 Bilan sur la formulation des bétons de la famille BAPL I ... 174 5.3.3 Formulation des bétons de la BAPL II ... 174 5.3.3.1 Synthèse et analyse des résultats de la première étape ... 175 5.3.3.2 Synthèse et analyse des résultats de la seconde étape ... 179 5.3.3.3 Bilan sur la formulation des bétons de la famille BAPL II ... 183 5.3.4 Formulation des BAPL III ... 184 5.3.4.1 Présentation des compositions ... 184 5.3.4.2 Propriétés à l’état frais ... 186 5.3.4.3 Propriétés à l’état durci ... 187 5.3.4.4 Propriétés de durabilité ... 188 5.3.4.5 Bilan sur la formulation des bétons de la famille BAPL III ... 189
5.4 Confrontation des résultats expérimentaux des BAPLSN avec les modèles de la littérature ... 188
5.4.1 Rapport entre la masse volumique sèche et la masse volumique réelle à l’état frais 189 5.4.2 Estimation de la résistance à la compression de BAPLSN ... 191 5.4.3 Estimation du module d’élasticité... 193
5.5 Formulation des bétons auto-plaçants légers de sable léger (BAPLSL) ... 195
5.5.1 Particularité des bétons de sable léger ... 196 5.5.2 Approche de formulation ... 197 5.5.2.1 Contrôle de l’ouvrabilité et de la résistance... 197 5.5.2.2 Contrôle de la ségrégation... 198 5.5.3 Synthèse et analyse des résultats ... 198 5.5.3.1 Compostions des BAPL de sable léger ... 198 5.5.3.2 Compositions de mortier et pâte ... 198 5.5.3.3 Propriétés à l’état frais ... 200 5.5.3.4 Propriétés à l’état durci ... 202 5.5.3.5 Bilan sur la formulation des BAPLSL de la famille BAPL I ... 203
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5.1 Introduction
La méthode de formulation est élaborée pour mieux appréhender l’effet de l’absorption étroitement liée à la porosité des granulats légers et la nette propension à la ségrégation des granulats légers du fait de leur légèreté comparée à la matrice cimentaire.
L’adaptation du niveau de serrage du béton frais à l’aide du modèle d’empilement compressible et l’optimisation de la demande en eau des granulats légers à l’aide du protocole d’absorption dans la pâte ont permis la mise au point d’une méthode de composition. La validation et la mise en œuvre de cette méthode vont permettre de proposer des formules de bétons auto-plaçants légers (BAPL) dont les propriétés sont conciliables avec les objectifs du cahier des charges.
La résistance à la ségrégation des BAPL est vérifiée de façon théorique par le seuil de stabilité défini et de façon expérimentale par l’indice de ségrégation à l’aide de l’essai à la colonne. Pour contrôler la teneur en eau initiale des granulats légers et limiter le raidissement précoce du béton dans la période dormante, un protocole de pré-mouillage a été élaboré et appliqué dans la préparation des BAPL.
Ce chapitre présente la démarche adoptée pour proposer des bétons appartenant aux trois familles de BAPL et expose les caractéristiques à l’état frais et à l’état durci des bétons formulés. Les propriétés des BAPL sont ensuite analysées et comparées aux objectifs du cahier des charges en termes de masse volumique réelle sèche et de résistance moyenne à la compression.