Formulations

Dans le but d’étudier l’influence des additions sur le rebond, différents mélanges ont été réalisés et sont présentés dans cette partie. Les formulations T-1/5 et T-1/2 (décrites au Chapitre 3, §2.1) servent de base granulaire, et la part massique de liant est maintenue constante. Les additions ont été utilisées en substitut massique d’une partie du ciment.

1.1. Choix des additions et additifs

Pour modifier les mélanges de référence, différents types d’additions et d’additifs ont été employés. Les informations recueillies dans la bibliographie ont permis d’orienter les choix vers des matériaux étant déjà reconnus pour réduire le rebond (fumée de silice, éther de cellulose), ou susceptible d’être efficace du fait de leur caractéristiques physique (finesse, forme) (métakaolin, bentonite…). Les additions et additifs utilisés sont présentés au Chapitre 2 et rappelés ici.

1.1.1. Métakaolin

Le métakaolin a été utilisé pour son comportement particulier vis-à-vis de la consommation d’eau. De plus les émissions de CO2 lors de sa fabrication sont 8 à 10 fois moins importantes que pour la fabrication d’un CEM I. Une précédente étude de Bindiganavile & Banthia (2000) a mis en évidence une réduction du rebond avec un métakaolin hautement réactif. Pour le métakaolin, la norme

96 préconise une substitution maximale de 15%, mais le but étant de réduire au maximum la part de ciment, il a été choisi de se placer au-delà des recommandations avec des taux de substitutions de 20% et 30%.

1.1.2. Fumée de silice

La fumée de silice densifiée a été employée dans un premier temps, car c’est l’addition la plus citée et la plus employée en béton projeté, à la fois pour la réduction du rebond et l’obtention de bonnes performances mécaniques (Royer 2013; Gérômey 2003; Morgan and Wolsiefer 1991; Jolin 1999; Bindiganavile & Banthia 2000). La plupart de ces études sont réalisées avec des taux de substitution compris entre 7% et 10%. Le taux de remplacement dans notre étude a été fixé à 10% afin de maximizer l’effet de l’addition, tout en restant sur des valeurs comparables à celles de la bilbiographie.

1.1.3. Laitier de haut fourneau

Le laitier de haut fourneau est une addition est intéressante, car, en plus de ses caractéristiques physiques et de sa production peu génératrice de CO2, la norme NF EN 206/CN permet des taux de substitution jusqu’à 50% de la masse de ciment. Cependant, l’emploi de cette addition peut réduire la résistance à court terme. C’est pourquoi un activant, du carbonate de sodium, a été utilisé en complément afin d’accélérer la prise du liant.

1.1.4. Additifs

Des additifs ont été utilisés en complément de certains mélanges afin de modifier les propriétés du béton frais et tenter de limiter le rebond. Ils sont présentés au Chapitre 2 et rappelés dans cette section.

 Ether de cellulose

L’éther de cellulose, qui est un régulateur d’eau, est utilisé ici en complément d’un mélange contenant du laitier de haut fourneau, dans le but de modifier la viscosité du mélange, et de réduire le rebond. D’après la thèse de Brumaud, (2012), concernant l’emploi d’éther de cellulose dans les mortiers projetés, cet additif permet une amélioration de l’adhérence au support via une augmentation de la rétention d’eau.

 Bentonite

Dans l’optique de modifier les propriétés rhéologiques du béton, de la bentonite a été employée en complément d’un mélange contenant du laitier de haut fourneau. D’après Röck and Mitteregger, (1999), cet additif viscosant permet de réduire le rebond en béton projeté par voie sèche. Dans leur étude, la bentonite était employée sous forme hydratée. Le choix a été fait de tester la bentonite sous forme pulvérulente afin de l’intégrer directement au mélange sec et de ne pas alourdir le dispositif de projection.

 Carbonate de sodium

Le carbonate de sodium Na2CO3 a été utilisé en complément de mélanges contenant du métakaolin ou du laitier, avec deux buts principaux :

 Activer la prise dans le cas du laitier.

 Utiliser l’effet de raidissement rapide de la pâte entrainé par ce carbonate alcalin.

Ce dernier point peut présenter un intérêt pour la réduction du rebond, dans le sens où la consistance serait impactée.

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1.2. Dénomination des mélanges

Afin de différencier les mélanges utilisés lors des campagnes de projection, la notation présentée sur la Figure IV.1 a été utilisée.

Figure IV.1 : Notation des formulations Les mélanges sont répertoriés par :

 Un premier groupe comprenant :

o Une lettre identifiant le dispositif de projection employé : T pour le laboratoire LMDC à Toulouse, Q pour l’université Laval au Québec, C pour le dispositif du chantier test. o Une fraction indiquant le rapport Gravillon/Sable.

 Un deuxième groupe comprenant :

o Des lettres mentionnant le type d’addition.

o Un nombre se référant au taux de substitution massique de ciment par cette addition.

 Un troisième groupe comprenant :

o Des lettres correspondant à un additif.

o Un nombre correspondant au pourcentage massique ajouté au liant.

Si seul le premier groupe est mentionné, le mélange ne contient pas d’additions, c’est donc une référence.

98 1.3. Composition des méla nge s

99 Pour les formulations projetées avec le dispositif Q, les gravillons et le sable étaient concassés et sont présentés au chapitre 2. De même, le type de ciment utilisé était un ciment GU1 _{équivalent à un CEM} I. Les mélanges Q sont présentés dans le Tableau IV.2.

Tableau IV.2 : Formulations des mélanges de base granulométrique Q-1/6, Q-1/3 et Q-1/1 exprimées en % massique du mélange sec Q-1/6 Q-1/3 Q-1/1 Q-1/6-FS8 Q-1/3-FS8 Q-1/1-FS8 Gravillons concassés 15% 24% 38% 15% 24% 38% Sable concassé 63% 54% 40% 63% 54% 40% Ciment GU 22% 22% 22% 19,2% 19,2% 19,2% Fumée de silice 1,8% 1,8% 1,8%

Les formulations utilisées sur chantier sont présentées dans le Tableau IV.3. Les gravillons, le sable et le ciment utilisés sont différents de ceux utilisés en laboratoire. Les granulats sont concassés et le ciment est un CEM II B 52.5N. Le CEM II B contenant déjà du laitier, à hauteur de 24%, la part de laitier ajoutée au mélange C-1/5-L50 a été ajustée afin d’obtenir autant de clinker que de laitier dans le mélange final.

Tableau IV.3 : Formulation des mélanges de chantier exprimée en % massique du mélange sec

C-1/5 C-1/5 - L50 Granulats 4/10 Calcaire concassé 22% 22% Sable 0/4 Calcaire concassé 59,7% 59,7%

CEM II B 52,5N 18,3% 12,5%

Laitier de haut fourneau - 5,8%