Influence sur l’état durci

L’état durci d’un béton peut être caractérisé par plusieurs propriétés du matériau. Dans le cadre de ces recherches, la résistance en compression a été sélectionnée car elle permet de définir la capacité de portance du produit. Elle est évaluée à l’aide de l’essai décrit dans la norme NF EN 772 – 1

Méthodes d’essai des éléments de maçonnerie – Partie 1 : Détermination de la résistance en compression. La littérature montre que la résistance en compression du béton dépend de son dosage en

ciment, de son rapport Eeff/C, de sa teneur en air occlus et de la présence de filler.

En effet, la présence de pores fragilise la structure. La figure 31 présente ce phénomène pour des teneurs en air occlus légèrement inférieures à celles utilisées dans les produits à démoulage immédiat. Dans le cas des blocs, la porosité est due à l’eau en excès dans le béton, l’air occlus dans la pâte et l’espace inter-granulaire non rempli par de la pâte. Elle va fortement impacter les performances mécaniques du béton, tout en obtenant in fine la résistance mécanique normalisée sur le bloc.

Figure 31 : Influence de la teneur en air sur la résistance en compression [19]

De plus, les performances mécaniques des produits sont issues de l’hydratation du ciment par l’eau. Ainsi, l’augmentation du dosage en ciment entraine un accroissement des hydrates et donc de la résistance en compression [20]. Ce phénomène est également piloté par le rapport massique Eeff/C, comme indiqué sur la figure 32.

Si le rapport Eeff/C est faible car le dosage en eau est limité, cela entraine un défaut de compaction, une teneur en air importante et donc une perte de résistance. Dans le cas où la faible valeur est due à un dosage en ciment important, l’influence de celui-ci est limitée car il n’y a pas assez d’eau pour assurer son hydratation totale. En général, un rapport minimal de 0,38 est nécessaire, pour les ciments CEM I, principalement utilisés par les industriels du bloc d’après l’enquête réalisée [20] [21]. Si le rapport Eeff/C est important, l’eau inutilisée pour l’hydratation du ciment créé un réseau de pores capillaires qui vont fragiliser le matériau. Dans le cas des blocs, les résultats de l’enquête auprès des industriels indiquent un rapport Eeff/C compris entre 0,7 et 1. Ainsi, la quantité d’eau est supérieure au besoin d’hydratation et une porosité capillaire importante est à prévoir.

La littérature montre que la résistance en compression des bétons est influencée par leur teneur en fillers calcaires, en particulier lorsqu’ils sont fins (figure 33). Pour des taux élevés, ceux-ci s’associent à la pâte de ciment pour modifier les propriétés de rigidité de la matrice (par création de carbo-aluminates), améliorant l’adhérence avec les granulats et donc les performances mécaniques [22] [23].

Figure 33 : Résistance à la compression en fonction de la teneur en fines calcaires pour différents affaissements [23]

Plusieurs relations permettent de relier cette propriété à la formulation, dont l’équation de Bolomey actuelle, obtenue par amélioration de la formule initiale présentée précédemment :

f_cm= F_CE * k_b ൬_m^{mc + kAmA}

eeff + Mv_e V_a ^{- 0,5}൰ (Eq 19)

Avec :

· ^FCE : classe vraie du ciment à 28 jours ;

· ^kb : coefficient de Bolomey modifié, dépendant de la nature et de la taille des granulats

· ^mc, mA, meeff : respectivement les masses de ciment, addition et eau efficace (kg/m3) ;

· kA : coefficient d’activité de l’addition ;

· Mve : masse volumique de l’eau (kg/m3) ;

L’équation de Féret a également évolué et s’utilise aujourd’hui sous la forme suivante : f_cm = F_CE* k_b ¹ ቂ1+ ^Mvc Mv_e m_eeff + Mv_eV_a m_c + k_Am_A ቃ² EMP^-0,13 EMP = D_maxቌඨ^{3 g}_g^*-1ቍ (Eq 20) Avec :

· g* : compacité du mélange sable et gravillon pour un indice de serrage de 9 ;

· g : volume de granulat dans une unité de volume de béton ;

· EMP : épaisseur maximale de pâte (mm). Elle représente le plus grand intervalle qui existe entre deux grains dans un processus de dilatation constante. Cette approche, développée par De Larrard [2], repose sur le principe que la pâte placée entre deux grains proches sera plus comprimée que les contraintes enregistrées si les deux grains étaient en contact. Cette théorie est valable si la quantité de pâte est suffisante pour remplir les espaces inter-granulaires. Elle ne semble donc pas applicable dans le cas des blocs où l’espace entre les grains n’est pas rempli par la pâte.

De Larrard a développé un modèle liant résistance et formulation prenant en compte l’adhérence entre pâte et granulats ainsi que l’effet plafond dû aux granulats dans le domaine des résistances élevées. Après validation expérimentale, il a pu obtenir les équations Eq 21, Eq 22 et Eq 23 [2].

La résistance en compression est calculée à partir de la résistance de la matrice cimentaire (Rm). Elle dépend des performances mécaniques et d’adhérences des granulats utilisés.

f_cm= ^pRm(t)

q R_m(t)+ 1 ^{(Eq 21)}

Avec :

· ^{p : valeur empirique, décrivant essentiellement l’adhérence entre pâte et granulat ;}

· ^{q : valeur empirique, décrivant essentiellement la résistance intrinsèque du granulat.}

La résistance de la matrice cimentaire est calculée à partir de la résistance de la pâte (Rp) et de l’épaisseur maximale de pâte (EMP).

R_m= Rpሺtሻ* EMP-0,13= Rpሺtሻ* ൮Dmax ቌඨ^{3 g}_g^*_- 1ቍ൲

-0,13

La résistance de la pâte est calculée à l’aide d’une adaptation de l’équation de Féret. R_p=13,4* FCE ൬_V ^Vc

c+ Ve+ Va൰

2,85

(Eq 23) Dans le cas d’utilisation d’additions, il est possible de calculer la quantité de ciment équivalent, ceq, à prendre en compte dans les équations de résistance en compression [2]. Sedran a modifié cette formule pour obtenir l’équation Eq 24 [24].

c_eq= m_cቌ1 + 0,054 tC₃Aቆ1- e

-19,6 m_fi

t_C3A m_cቇቍ (Eq 24)

Avec :

· t_C3A : taux de C3A dans le ciment ;

· ^mfi : masse de filler dans le mélange.

Il existe divers moyens de calculer la résistance en compression d’un béton. Néanmoins, comme pour l’état frais, ils ne semblent pas directement applicables aux cas des bétons secs à démoulage immédiat :

· l’ensemble de ces relations a été obtenu ou validé à l’aide de campagnes expérimentales comprenant des essais sur éprouvettes cubiques ou cylindriques de bétons à démoulage différé. Par ailleurs, les résistances des bétons étudiées ne sont pas adaptées à celle d’un bloc (20 MPa minimum [2]). Ces domaines d’étude ne prennent pas en compte les caractéristiques spécifiques des blocs ;

· les équations de De Larrard sont valables pour un volume de pâte suffisant pour remplir les espaces inter-granulaires. Or, la formulation d’un béton de bloc repose sur le principe inverse, permettant un volume d’air suffisant pour assurer une masse volumique et un prix de revient adéquats ;

· l’ensemble des équations considère uniquement le volume d’air occlus, tandis que dans un bloc il est nécessaire de prendre en compte l’espace inter-granulaire non rempli par la pâte, qui entraine un volume d’air important ;

· ^{il est d’ailleurs possible de considérer l’influence de teneurs en air élevées à l’aide}

d’un coefficient correctif (0,5) dans l’équation de Féret [19].

Ainsi, il est nécessaire de mettre au point une relation entre la formulation et la résistance en compression prenant en compte les spécificités des blocs, l’utilisation de filler calcaire et le volume d’air. Pour cela, il est intéressant de différencier ce dernier entre le volume d’air dans la pâte et celui entre granulats.