Phase I : Étude du potentiel d'expansion

3.1.1 Objectifs

Cette première phase consiste à évaluer le potentiel d'expansion des BRC à base d'ajout expansif dans un ciment ordinaire Type 10 (BRC-C). Dans la mesure où l'expansion est alimentée par le mûrissement humide du béton, le type et la durée du mûrissement sont les premiers paramètres pris en compte dans cette étude. De plus, le dosage en agent expansif doit être optimisé. Le but de cette phase est donc de découvrir les conditions permettant d'obtenir un bilan expansion - retrait optimal (idéalement nul).

3.1.2 Développement des mélanges de béton

La première partie du développement concerne l'optimisation du dosage en agent expansif dans les BRC-C. Les dosages étudiés sont de 5, 10 et 15 % (en remplacement massique du ciment). La seconde partie resserre le spectre d'étude des dosages en mesurant cette fois les déformations sur des éprouvettes spécialement conçues pour être les plus représentatives possible de la réalité d'une réparation mince.

La formulation est faite afin de conserver la meilleure constance possible dans les paramètres des mélanges. Ainsi, la quantité de liant est toujours de 400 kg/m et le rapport eau/ hant est toujours de 0,4. Les dosages en granulats sont ajustés de manière à conserver un rapport de sable/granulats constant et obtenir volume total de 1 m3 de béton, incluant le volume d'air

entraîné visé. Pour ces raisons, les dosages de gros granulats et de granulats fins sont variables durant l'étude puisque les lots de matériaux utilisés ont changés durant la période des essais. Les adjuvants, superplastifiant et agent entraîneur d'air, sont dosés afin d'obtenir, dans la mesure du possible, un affaissement situé entre 100 et 150 mm et une teneur en air située entre 5 et 8 %. Dans cette phase-ci, l'affaissement et la teneur en air ne sont pas des facteurs majeurs dans l'étude du dosage optimal en agent expansif à base d'oxyde de calcium. Pour cette raison, l'optimisation des dosages en adjuvants n'a pas été particulièrement rigoureuse. Les tableaux 3.1 et 3.2 présentent les formulations des mélanges ainsi que les résultats des essais sur béton frais. Les propriétés du béton frais sont mesurées par les essais d'affaissement CSA A23.2-5C et de teneur en air CSA A23.2-4C.

■ ère

Tableau 3.1 - Composition de la 1 re série de mélanges préliminaires de BRC-C BRC-C 5-1-test BRC-C 10-1-test BRC-C 10-2-test BRC-C 15-1-test Ciment ' Iype 10 (kg/m3) 375 355 355 335 Agent Expansif (kg/m3) 20 40 40 60 Eau (1/m3) 158 158 158 158 Sable (kg/m3) 724 724 724 724 Pierre (kg/m3) 960 960 960 960 Superplastifiant (1/m3) 3,3 3,3 2,8 3,3 Entraîneur d'Air (ml/m3) 100 100 113 100 Affaissement (mm) 195 200 230 200 Volume d'Air _(%) 5,5 3,6 7,0 3,8

3.2 - Composition de la 2e série de mélanges préliminaires BO - BRC-C BO Support 1 BRC-C 10-1 BRC-C 5-1 BRC-C 5-FS-l BRC-C 10-2 BRC-C 10-FS-l Ciment Type 10 (kg/m3) 400 360 380 348 360 328 Agent Expansif (kg/m3) - 40 20 20 40 40 Fumée de Silice (kg/m3) - - - 32 - 32 Eau (1/m3) 160 160 160 160 160 160 Sable (kg/m3) 735 735 738 738 738 738 Pierre (kg/m3) 980 980 996 996 996 996 Superplastifiant (1/m3) 2,8 0,9 3,0 3,0 2,0 1.8 Entraîneur d'Air (ml/m3) 100 100 76 77 76 75 Affaissement (mm) 165 130 230 170 250 190 Volume d'Air (%) 8,5 8,3 7,0 6,0 8,0 6,2

Pour cette seconde série d'essais, le superplastifiant (et son dosage) utilisé pour le mélange BRC-C-10-1 est celui conseillé par le fournisseur de l'agent expansif et est différent des autres mélanges.

3.1.3 Méthodologie

Dans un premier temps (mélanges décrits au tableau 3.1), les essais préliminaires avec l'agent expansif ont consisté à mesurer les déformations (essai ASTM C157-modifié) sur des prismes de 40 x 40 x 160 mm (rapport S/V=0,12) selon divers régimes de mûrissement. Rappelons que le rapport entre la surface exposée au séchage (S) et le volume (V) de l'éprouvette a un effet déterminant sur l'amplitude des déformations mesurées. Des éprouvettes sont laissées au séchage immédiatement après le démoulage. D'autres éprouvettes sont placées en immersion dans l'eau saturée de chaux pour des périodes de mûrissement de 3 et 7 jours. Les dernières éprouvettes sont placées dans une atmosphère saturée à 100 % d'humidité relative pour la même période de temps. Ceci vise à mesurer l'effet du type de mûrissement humide sur la réaction d'expansion. La durée du mûrissement humide est limitée pour que les essais en laboratoire soient réahstes par rapport à l'utilisation des BRC en chantier. Le démoulage a été fait 24 h après le contact eau-ciment et les mesures de déformation ont débuté à ce moment. Dans le cas du dosage de 10 %, une série supplémentaire d'essais (BRC-C-10-2-test) a été faite en démoulant et débutant les mesures à un âge de 12 h afin de mesurer l'expansion au plus jeune âge et ainsi augmenter la précision du bilan de déformations. Suite au mûrissement humide, les éprouvettes sont mises au séchage dans une chambre à climat contrôlé à 23°C et 50 % d'humidité relative.

Une seconde série d'essais (mélanges décrits au tableau 3.2) a ensuite été réahsée sur des éprouvettes de 50 x 100 x 500 mm ayant un rapport S/V de 0,04. Ces éprouvettes sont scellées sur quatre faces, comme le montre le schéma de la figure 3.1, laissant libres les deux faces de 100 x 500 mm. Ces éprouvettes représentent mieux la réalité d'une réparation mince où le mûrissement à l'eau et le séchage sont unidirectionnels.

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Les éprouvettes sont démoulées 8 heures après le contact eau-ciment. Les plots de mesures sont alors coUés avec une résine époxyde et la mesure initiale est prise à un âge inférieur à 12 heures. Le scellement est fait en plongeant les éprouvettes dans un mélange de cire et de paraffine. Les faces devant rester exposées sont préalablement masquées avec du ruban adhésif.

Les éprouvettes sont mises au mûrissement humide durant 3 jours. Encore une fois, le type de mûrissement est une variable, soit le mûrissement dans l'eau saturée de chaux, dans l'air à 100 % d'humidité relative et sous une toile géotextile humide. Les conditions de séchage demeurent les mêmes que pour la première série d'essais.

Cette seconde série d'essais comporte également la mesure des déformations flexionnelles d'éprouvettes composites. Le support est constitué d'un béton ordinaire (BO-1), de 25 mm d'épaisseur, mûri durant 3 jours dans l'eau et laissé au séchage à l'air libre durant 25 jours. Au 28e jour, une couche de 25 mm d'épaisseur de béton de réparation (BRC-C) a été coulée sur le

support. Cet essai est expliqué en détails dans la section 3.2.5.

Durant cette phase, l'effet de l'ajout de fumée de silice sur le bilan des déformations d'un BRC-C est également mesuré.

3.2 Phase U : Étude du comportement des réparations minces