Fabrication des BFUP

1.2.5.1. Fabrication au laboratoire

La fabrication des BFUP nécessite une procédure de malaxage et un type de malaxeur spécifiques. Les études concernant la séquence de malaxage des BFUP sont rares. Une étude approfondie de (Cazacliu et al., 2006) s’est intéressée à la problématique de malaxage d’un BFUP.

Pour choisir le type de malaxeur, il faut privilégier les malaxeurs à fort gradient de cisaillement qui possèdent un grand pouvoir dispersant tel que le malaxeur EIRICH R08W (Figure 1 - 4) conseillé par (Cazacliu et al., 2006). Cependant, (Bonneau et al., 1997) a montré qu’il est possible de fabriquer un BFUP avec un malaxeur pour bétons ordinaires à volume réduit, environ la moitié de la capacité maximale à l’échelle industrielle.

Un protocole de fabrication a été établi par (Cazacliu et al., 2006) avec l’utilisation du malaxeur EIRICH R08W permettant d’obtenir une bonne ouvrabilité :

pré-malaxage des matériaux secs pendant 1 minute ;

ajout de l’eau et du superplastifiant, le superplastifiant étant mélangé avec de l’eau ;
malaxage humide pendant 5 minutes à vitesse rapide (4,17 tours/s) ;

introduction de fibres, puis malaxage pendant 1,5 minute.

Figure 1 - 4 : Malaxeur EIRICH R08W

Selon cette étude, le temps de malaxage est un des paramètres dominants qui influent sur les propriétés mécaniques du béton. Un malaxage humide de cinq minutes est suffisant pour que la matrice atteigne les propriétés mécaniques optimales. Le prolongement excessif du

malaxage avec les fibres entraîne une augmentation de la teneur en air et donc une chute des propriétés mécaniques du béton durci. Il est important de noter que l’introduction de fibres avant la phase liquide (pré-malaxage avec d’autres constituants) provoque une diminution des propriétés d’écoulement, un entraînement d’air, et une baisse de la résistance en compression et du module élastique. Ils préconisent donc l’incorporation des fibres dans une dernière étape de la séquence de malaxage. Le temps de malaxage total obtenu avec ce malaxeur est de 8 minutes environ. Ce dernier peut devenir très long, de 18 à 20 minutes, dans le cas d’utilisation d’un malaxeur conventionnel pour bétons ordinaires, pouvant entrainer une situation de reprise de bétonnage dans le cas de coulages successifs pour la confection de pièces de grand volume.

1.2.5.2. Fabrication en usine

A l’heure actuelle, les seuls BFUP réalisés en usine sont des BFUP commercialisés tels que Ductal® et BSI®, qui ne sont pas formulés par les entreprises qui les fabriquent. L’approvisionnement de la matière première se fait sous forme de Prémix, c’est-à-dire un pré- mélange à sec, comme pour le Ductal® commercialisé par Lafarge. La fabrication à base du Prémix ne pose en général pas de difficultés grâce à l’utilisation des malaxeurs spécifiques comme ceux de la marque EIRICH existant sur le marché. Cependant, (AFGC, 2002) préconise une tolérance de ± 2% concernant les matériels de pesage des constituants, en particulier la pesée de l’eau et du superplastifiant qui sont des paramètres qui conditionnent directement les performances du béton durci.

Pour la fabrication des BFUP hors Prémix, (AFGC, 2013) préconise de réaliser régulièrement des mesures de la teneur en eau des granulats pour permettre la correction des quantités d'eau à introduire. Généralement, dans les centrales à béton ou les usines de préfabrication, les trémies des sables sont équipées de sondes d’hygrométrie qui relèvent la teneur en eau régulièrement durant la fabrication afin de garantir une bonne correction de la quantité d’eau de gâchage. Concernant le pesage des matières premières, pour un malaxeur de capacité (C) en m3, selon (AFGC, 2002, 2013), les portées des bascules doivent être inférieures à :

pesée de fumée de silice (séparément) : 0,1C
pesée d’autre addition (séparément) : 0,15C

En fonction du volume de béton à fabriquer, il est nécessaire d’organiser le processus de bétonnage en prenant en compte le temps de fabrication du béton, qui peut être de 15 à 20 minutes selon la composition du mélange et le type de malaxeur utilisé. Ce temps est relativement long par rapport celui des bétons traditionnels qui est plutôt de l’ordre de 1 à 3 minutes. Il est donc conseillé de réaliser une étude approfondie à l’état frais du BFUP formulé afin d’anticiper la reprise de bétonnage.

1.2.5.3. Mise en œuvre

Selon (AFGC, 2013), la mise en œuvre des BFUP peut se faire avec ou sans vibration, ceci dépend de sa consistance et de sa fluidité. Il faut toutefois éviter les hauteurs de chute supérieures à 0,5 m. Dans le cas contraire, il faut justifier par une étude de la faisabilité vis-à- vis des fibres (absence de ségrégation et/ou formation d’oursin). Il est également recommandé d’effectuer des coulages continus pour réduire le phénomène de dessiccation entre les couches (AFGC, 2013). Pour le bétonnage par temps froid, les recommandations pour les bétons classiques s’appliquent aux BFUP. C'est-à-dire que, lorsque la température est inférieure à +5°C, tout bétonnage est déconseillé, sauf dispositions particulières (AFGC, 2013) :

réchauffage des granulats et/ou de l'eau de gâchage,
utilisation de coffrages en bois épais ou isolés,

utilisation d'un adjuvant accélérateur de prise et de durcissement.

Les corps d’épreuves doivent être confectionnés afin de valider les performances mécaniques au jeune âge avant le décoffrage, à l’instant du levage des pièces, et à long terme. Enfin, la cure des BFUP est systématique et doit être soignée afin d’empêcher la dessiccation du béton avant sa prise, et sa microfissuration pendant la prise (AFGC, 2013).

1.2.5.4. Cure et traitement thermique

La cure consiste à protéger le béton contre le séchage au jeune âge afin d’assurer l’obtention des propriétés escomptées (résistances mécaniques et résistance aux agressions environnementales). Pour les BFUP, la cure est systématique et doit être soignée pour garantir les propriétés requises. Deux types de cure peuvent être distingués, à savoir une cure humide selon la norme (NF EN 13670, 2013) et une cure thermique, que l’on appelle traitement thermique (TT).

La cure humide consiste à maintenir les éléments fabriqués dans une ambiance humide à humidité relative (HR) de 95±5% et à une température de 20±2°C. Ces conditions favorisent le bon développement des performances mécaniques (EN 12390-2, 2009).

Le processus de traitement thermique consiste à porter le béton à une température relativement élevée pendant plusieurs heures. Il existe deux types de traitement thermique pour les BFUP selon (AFGC, 2013) :

- le traitement thermique de type I à température modérée, c’est-à-dire inférieure à 65°C, et qui correspond à une cure thermique décrite dans la norme (NF EN 13369, 2013), a pour but d’accélérer, par activation thermique, les réactions d’hydratation et la prise. Il est appliqué rapidement dans les premières heures qui suivent la mise en œuvre, c’est-à-dire à l’état frais pendant une durée de 12 heures (PR NF P18-470). - le traitement thermique de type II, à une température de 90°C et à une humidité

relative proche de la saturation (95±5%HR), est appliqué aux bétons après la prise pendant quelques dizaines d’heures (PR NF P18-470). Ce traitement thermique de type II a pour but de développer de nouveaux hydrates afin d’augmenter les résistances mécaniques. Les études de (Richard and Cheyrezy, 1995) ont montré que les BFUP ayant subi un traitement thermique de type II présentent une augmentation de 26% de la résistance en compression. Ceci peut s’expliquer par le changement de la nature cristalline des hydrates avec la température. Le diagramme de (Verbeck et Copeland, 1972) décrit les différentes phases de C-S-H et d’hydrates formées en fonction de la température appliquée et du rapport molaire CaO/SiO2, noté C/S, sur la

Figure 1 - 5: Diagramme de phase des C-S-H de (Verbeck et Copeland, 1972)

Les hydrates présentant des propriétés mécaniques élevées sont de type tobermorite et xonotlite. La réduction du rapport C/S à une valeur de 1 par l’ajout de fumée de silice et de quartz broyé et l’élévation de température jusqu’à 250°C permettent d’atteindre la zone de formation de xonotlite. Lorsque ce rapport est réduit jusqu’à 0,83, la formation de tobermorite est possible à une température de 200°C environ. Il faut toutefois éviter la formation des hydrates de type C2SHα car ils présentent des propriétés mécaniques médiocres (Taylor,

1990).