Paramètres de l’environnement contrôlé

Afin d’étudier l’effet de la température et de l’agitation de BAP, la fabrication et les tests dans le temps ont été réalisés dans une chambre environnementale afin de garder la température constante pendant l’essai. Les paramètres d’environnement contrôlé sont présentés ici :

2.1.1.1 Température

Selon les températures limites des bétons lors de leur mise en place (Tableau 1.1) et les températures limités de la chambre environnementale dans laboratoire, une température de référence de béton (22°C), deux températures représentant un temps froid (8°C et 15°C) et deux températures représentant un temps chaud (29°C et 36°C) ont été étudiées pour chaque type de mélange (béton ou mortier). La température de la chambre environnementale d’où on fabrique le béton et la température initiale du béton étaient identiques. Tous les essais ont été réalisés dans la chambre environnementale afin de contrôler la température de béton frais pendant les tests (± 1°C). Jusqu’à 7 jours, les bétons ont durci et mûri à cette même température. 7 jours après, les bétons ont été sortis de cette chambre et mûris à la température de référence (22°C).

2.1.1.2 Agitation

À chaque type de mélange, deux vitesses d’agitation (faible ou élevée) ont été choisies. Pour les bétons, la vitesse faible était de 2 tr/min et la vitesse élevée de 6 tr/min. Pour les mortiers, la vitesse faible ou élevée étaient plus grandes grâce à la meilleure stabilité du mélange, soit 6 et 18 tr/min respectivement. La vitesse minimale du malaxeur pour le MBE était de 60 tr/min. Deux types de malaxeur pour le béton ont été utilisés : malaxeur horizontal à vitesse fixée en France (60 tr/min) ; malaxeur vertical à vitesse variable au Canada (4 à 20 tr/min). Comme il n’était pas possible d’avoir une agitation continue (malaxeur horizontal à vitesse fixée) dans le temps avant la mise en place, nous avons choisi l’utilisation de l’agitation discontinue dans le temps à la place de l’agitation continue. Vickers (Vickers et al., 2005) a montré que la variation de fluidité de béton dépend plutôt de l’énergie d’agitation. Si le nombre de tour cumulé est identique (à la vitesse faible mais avec la durée de malaxage élevée ou à vitesse élevée mais avec la durée de malaxage faible), les résultats sur l’étalement seront similaires (Figure 2.1). Le principe

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utilisé pour l’agitation dans cette thèse était : pendant la même période, le nombre de tours cumulés contenus dans l’agitation discontinue était égal à celui de l’agitation continue. Cette agitation discontinue donne le même effet sur le BAP que l’agitation continue. Donc deux types de malaxage continu ou discontinu pour les mélanges cimentaires étaient appliqués pendant une durée (Figure 2.1).

Figure 2.1 : Deux agitations à vitesse élevée et vitesse fiable pour le béton et le mortier

2.1.1.3 Humidité relative et évaporation

Avec la condition limite de la chambre environnementale, l’humidité relative (HR) de la chambre variait avec la température (Tableau 2.1). Avant la fabrication du mortier ou du béton, les matériaux étaient bien stockés sans influence de l’HR de la chambre. Pendant la fabrication et les essais, l’effet de l’HR de la chambre environnementale sur les mélanges cimentaires était négligé. La température d’ambiance et la température de béton étaient quasiment identiques (± 1°C) et il n’y a pas de courant d’air. Une évaporation élevée existe quand l’HR est faible et la vitesse du vent élevée (Topçu et Elgün, 2004). Selon la Figure 2.2 on a considéré que l’évaporation de l’eau en surface des mélanges cimentaires était négligeable sauf pour les mélanges à 36°C. A température élevée (36°C), l’évaporation du mélange cimentaire apparait, la température de mélange diminue rapidement dans le temps après la fabrication. Finalement, les essais étaient arrêtés 40

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minutes après le contact eau-ciment à 36°C à cause de la variation significative de la température de mélange et de l’évaporation.

Tableau 2.1 : Humidité relative et Température dans la chambre environnementale Environnement conditions dans la chambre environnementale

Température (°C) 8 15 22 29 36

Humidité relative (%) 70 50 40 35 30

Figure 2.2 : Estimation du taux d’évaporation d’eau en surface du béton (Menzel, 1954)

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2.2.2 Paramètres d’essai

L’effet de la température et de l’agitation a été étudié sur les propriétés chimiques, rhéologiques, calorimétriques et les propriétés de durabilité du mortier et du béton. Les paramètres de meure en détail sont présenté ci-après :

2.2.2.1 Paramètres chimiques

La structure chimique et la masse moléculaire des PC utilisés dans cette thèse sont inconnues. La méthode de l’Ultraviolet/Visible (UV/Vis) spectroscopie et le BET seront utilisé pour comprendre l’efficacité de PC à différentes températures. L’effet de SP sur la fluidité des mélanges cimentaires est liée à l’adsorption de SP et la surface spécifique des hydrates (Hanehara et Yamada, 2008). Cette dernière est mesurée par le BET. La spectrophotométrie UV permet de mesurer l’adsorption de la lumière et de calculer la concentration libre de PC dans la solution, ce qui aide à expliquer la tendance de l’adsorption de PC par l’effet de la température. Mais cette méthode utilisée ne peut pas calculer la quantité de l’adsorption de PC sur les grains de ciment.

La spectrophotométrie UV aide à estimer la consommation de PC, ce qui est liée à l’adsorption de PC. Son principe est simple : un faisceau de lumière de longueur d’onde λ traverse la solution à analyser. En mesurant la différence d’intensité du faisceau entrant et sortant on peut calculer l’intensité lumineuse absorbée par la solution et en déduire la concentration de la substance absorbante (Perche, 2004).

Tous les étalons sont préparés afin que leur absorbance soit dans le domaine linéaire de la loi de Beer-Lambert (Équation 2.1) :

Équation 2.1: A =  l C

Avec l: Longueur du trajet d'adsorption dans le milieu. C: Concentration de l'échantillon.

: Coefficient d'adsorption.

La procédure d’UV/Vis spectroscopie commence par chercher à calibrer l’équation. Selon Nader Ghafoori (Ghafoori et Diawara, 2010 ; Barfield et Ghafoori, 2012), toutes les courbes de calibration sont créées pour la longueur d’onde d’adsorption à 265 nm et par les concentrations variables de PC dilué dans l’eau distillé. Deux types de SP (PNS et PC) et 4

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concentrations pour chaque type de SP (10, 30, 50 et 70 g/litre d’eau) sont testés afin de déterminer la courbe de calibration avec les variations des températures (8°, 22° et 36°C).

Après le malaxage, une quantité de mortier est placée dans un flacon et centrifugée pendant 5 min à la vitesse de 3500 tr/min. La phase liquide en surface est testée 40 minutes après le contact eau-ciment par UV/Vis spectroscopie pour estimer l’absorbance de la solution. La phase solide est analysée par la technique de BET afin de connaitre la surface spécifique d’hydrate (SSA m2/g).

2.2.2.2 Paramètre d’ouvrabilité

L’ouvrabilité des mortiers ou des bétons qui s’exprime par l’étalement, est mesurée par le mini-cône pour les mortiers ou le cône d’Abrams pour le béton (Figure 2.3). L’étalement du béton autoplaçant (BAP) est réalisé selon la méthode de la norme ASTM C1611. Mais pour le béton semi-autoplaçant (BSAP), qui est légèrement moins fluide que le BAP, le cône est rempli en une seule couche avec un pilonnage de 10 coups (Sotomayor Cruz, 2012). L’étalement de mortier de béton équivalent (MBE) correspond au BAP ou au BSAP est réalisé selon la méthode de la norme ASTM C1437 modifiée. Le MBE correspondant au BAP ou au BSAP est plus fluide que celui correspondant au béton conventionnel, donc le remplissage se faisait en une seule couche, sans pilonnage.

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2.2.2.3 Paramètres rhéologiques

Les propriétés rhéologiques des mortiers et des bétons sont décrites par les paramètres fondamentaux du modèle de Bingham : le seuil de cisaillement (o) et la

viscosité plastique (µp). Elles sont mesurées par le Rhéomètre ConTec, qui est un

rhéomètre à cylindres coaxiaux, avec les dimensions des cylindres montrées dans le Tableau 2.2. Un comportement de Bingham est montré à l’Équation 2.2.