Propriétés du béton léger de structure

Masse volumique

La masse volumique des bétons légers de structure peut varier entre 1200 à 2000 kg/m3

contre 2300 à 2500 kg/m3 pour les bétons de densité normale [Clarke, 1993]. D’après la

norme CAN/CSA A23.1/A23.2, le béton léger de structure doit avoir une masse volumique de moins de 1850 kg/m3.

La masse volumique à l’état frais du béton léger confectionné avec des granulats expan- sés dépend de la composition du béton, de la quantité d’air entrainé, du volume d’eau de malaxage, de la densité, ainsi que de la teneur en humidité des granulats légers [ACI

14 CHAPITRE 2. REVUE DE LITTÉRATURE 213R-14, 2014].

La masse volumique du béton léger de structure diminue à mesure qu’il sèche pour at- teindre une masse volumique d’équilibre suivant l’environnement dans lequel il est ex- posé. L’absorption et la teneur en eau des granulats légers sont les principaux facteurs qui influencent la différence entre la masse volumique à l’état frais et la masse volumique d’équilibre du béton léger de structure [NRMCA, 2007]. La masse volumique d’équilibre du béton léger de structure représente une valeur normalisée destinée à représenter la masse volumique approximative du béton en place lorsqu’il est en service. La norme ASTM C567 [ASTM C567-14, 2014] est la méthode d’essai standard pour déterminer la masse volumique du béton léger de structure. En connaissant le poids et l’humidité de tous les constituants du béton léger de structure, la masse volumique d’équilibre peut être déter- minée suivant les équations 2.1 et 2.2 [ACI 213R-14, 2014].

E = O + 50 kg/m3 (2.1)

Où :

O= (Wdf + Wdc+ 1,2Wct)/V (2.2)

Avec E la masse volumique d’équilibre en kg/m3_{, O est la masse volumique du béton séché}

au four en kg/m3_{, W}

df, Wdc, et Wct représentent respectivement les masses des granulats

fins, des gros granulats et du ciment en kg, V est le volume de béton en m3_.

Résistance à la compression

Le béton léger de structure a généralement une résistance à la compression à 28 jours comparable à celle des bétons de densité normale [Martin et al., 2013]. La résistance à la compression du béton léger dépend de la proportion des granulats (gros granulats et gra- nulats fins) ainsi que de leur résistance, et du rapport eau/liant [Chandra and Berntsson, 2002]. La résistance à la compression diminue avec l’augmentation de la proportion des granulats légers dans la formulation du béton. La résistance du squelette granulaire dans le cas du béton léger de structure peut être augmentée en diminuant la taille maximale des granulats légers [ACI Committee 213, 2014]. Les résistances à la compression de 20 à 35 MPa sont courantes dans le cas des bétons légers de structure. L’utilisation d’une forte teneur en liant et de granulats légers de bonne qualité (diamètre maximal des granulats de 9 ou 13 mm) a permis de produire des bétons légers ayant des résistances à la compression variant de 40 à 50 MPa, pour la préfabrication et la précontrainte [Mehta and Monteiro, 2013]. La figure 2.7 illustre la variation de la résistance à la compression à 28 jours de plusieurs types de bétons légers, en fonction de la teneur en liant du béton.

2.2. BÉTON LÉGER DE STRUCTURE 15

Figure 2.7 Variation de la résistance à la compression du béton léger en fonction de la teneur en liant [Owens, 2009]

Module d’élasticité

Le module d’élasticité du béton dépend fortement de la rigidité des granulats [Mehta and Monteiro, 2005]. Plus les granulats sont rigides, plus le module d’élasticité du béton est élevé. Les granulats légers ont un module d’élasticité inférieur aux granulats de densité normale en raison de leur porosité élevée. Par conséquent, le béton léger a un module d’élasticité inférieur à celui du béton normal [Mindess et al., 2002]. Aussi, il existe un faible écart entre le module d’élasticité des granulats légers et la pâte de ciment hydratée, ce qui conduit à une bonne adhérence entre les deux matériaux [Neville, 2012]. Le module d’élasticité du béton léger est habituellement compris entre 40 et 80% du module du béton de densité normale de même résistance [Page and Page, 2007]. Le module d’élasticité de la matrice cimentaire, le rapport eau/liant ainsi que la teneur en liant influence également le module d’élasticité du béton léger. La figure 2.8 présente la variation du module d’élas- ticité du béton léger en fonction de sa résistance à la compression à 28 jours. L’équation 2.3 permet de calculer le module d’élasticité du béton conformément à la norme A23.3 [CAN/CSA A23.3 :19], pour des masses volumiques variant entre 1500 et 2500 kg/m3_.

Ec= (3300 √︂ f′ c+ 6900) (︃ _γ c 2300 )︃1,5 (2.3)

16 CHAPITRE 2. REVUE DE LITTÉRATURE Avec f′

c, la résistance à la compression spécifiée du béton et γc est la masse volumique du

béton.

Figure 2.8 Variation du module d’élasticité du béton léger, [ACI 213R-14, 2014]

Résistance à la traction

La résistance à la traction du béton peut être déterminée à partir d’un essai de fendage ou à partir d’un essai de module de rupture. La résistance à la traction par fendage du béton léger varie d’environ 70 à 100 % de celle du béton de référence de densité normale et de même résistance à la compression [ACI 213R-14, 2014]. Le remplacement du sable léger par du sable de densité normale permet généralement d’augmenter la résistance à la traction par fendage du béton léger [Ivey and Buth, 1966; Pfeifer, 1968].

Les figures 2.9 et 2.10 illustrent respectivement la variation de la résistance à la traction par fendage et du module de rupture du béton léger en fonction des conditions de cure.

2.2. BÉTON LÉGER DE STRUCTURE 17

(a) Cure humide (b) Cure à l’air

Figure 2.9 Résistance à la traction par fendage [ACI 213R-14, 2014]

(a) Cure normale (b) Cure à la vapeur

Figure 2.10 Module de rupture [ACI 213R-14, 2014]

L’équation 2.4 permet de calculer le module de rupture du béton conformément à la norme CAN/CSA A23.3 :19.

fr = 0,6λ

√︂

f′

18 CHAPITRE 2. REVUE DE LITTÉRATURE Avec f′

c, la résistance à la compression spécifiée du béton et λ est le facteur de pondération

de la masse volumique du béton : λ = 1 pour des bétons de densité normale, λ = 0,85 pour des bétons semi-légers et λ = 0,75 pour des bétons légers .