CHAPITRE 3 : COMPORTEMENT A L’ETAT FRAIS
3.2. Résultats et discussions
3.2.1. Propriétés rhéologiques immédiatement après le malaxage
3.2.1.1. Essais d’étalement au mini-cône et d’écoulement à la mini-boite en L Les mesures d’étalement au mini-cône et d’écoulement à la mini-boite en L ont été réalisées après chaque temps de repos. Nous présentons sur la Figure 3 – 4 les valeurs d’étalement (a) au mini-cône et de temps d’écoulement (b) mesurées à la mini-boîte en L à l’instant initial t0 pour tous les bétons étudiés.
a) Valeurs d’étalement b) Valeurs du temps d’écoulement Figure 3 – 4 : Etalements au mini-cône et temps écoulement à la mini-boite en L à t0
Les valeurs d’étalement des BFUP au mini-cône sont comprises entre 30 cm et 34 cm, ce qui est conforme à la valeur conseillée par (Wille et al., 2012). Compte tenu de la dispersion des résultats, on peut considérer que les étalements sont équivalents pour tous les BFUP qui présentent de fait un caractère autoplaçant, ce qui permettra de mettre en œuvre ces matériaux sans vibration. On peut toutefois noter que l’étalement est légèrement supérieur pour la formulation 880-1,5%-MK, qui présente un dosage moindre en fibres, ce qui peut s’expliquer par des frottements atténués par rapport aux autres formulations. Ceci est en accord avec la diminution de l’étalement des bétons autoplaçants et des bétons ordinaires en présence de fibres observée par (Hughes et Fattuhi, 1976), (Rossi, 1992), (Grünewald, 2004), (Dhonde et al., 2007), et qui est accentuée lorsque la teneur en fibres augmente.
En ce qui concerne le temps d’écoulement, le premier temps mesuré T_Lbox_1 de 3 secondes est identique pour tous les BFUP. En revanche, le second temps mesuré T_Lbox_2 du BFUP avec fumée de silice est plus faible que celui des BFUP avec métakaolin. Ceci signifie que le BFUP contenant de la fumée de silice s’écoule plus rapidement que ceux avec métakaolin. Ce résultat confirme les tendances observées par (Rahman et al., 2014) sur le fait que la forme arrondie des grains de fumée de silice facilite l’écoulement par rapport à la
forme en plaquettes du métakaolin, augmentant ainsi la vitesse d’écoulement. Le temps d’écoulement T_Lbox_2 maximal est obtenu avec la composition 880-2%-MK, qui contient les plus grandes teneurs en métakaolin et en fibres des trois formulations à base de métakaolin.
3.2.1.2. Mesures au rhéomètre
A partir des enregistrements du couple et de la vitesse de rotation appliquée en fonction du temps, nous pouvons construire les courbes d’écoulement. Les courbes d’écoulement de chaque BFUP à l’instant t0 sont tracées et présentées sur la Figure 3 – 5.
Figure 3 – 5 : Courbe d’écoulement de différents BFUP à t0
Pour faciliter l’exploitation des résultats, nous supposons que dans les intervalles de gradients de vitesses testés de 2,5 s-1 à 13 s-1pour le béton avec fumée de silice et de 1,5 s-1 à 6,7 s-1 pour les bétons à base de métakaolin, ces bétons présentent un comportement Binghamien (valeurs des coefficients de corrélation de la loi de régression linéaire supérieurs à 0,95). Il est donc possible de déduire la viscosité plastique ηp qui est la pente de la droite passant par les points expérimentaux. Ces valeurs ont été déterminées à t0 et sont présentées dans le Tableau 3 – 2 avec celles du seuil statique de cisaillement. Nous rappelons que le seuil statique de cisaillement correspond à la valeur maximale obtenue durant la première phase du rhéogramme (Figure 3 – 3) et traduit la contrainte à appliquer pour faire écouler un matériau initialement au repos.
Tableau 3 – 2 : Seuil statique de cisaillement et viscosité plastique à t0
Les seuils statiques de cisaillement obtenus à t0 varient de 76 à 188 Pa. Bien que faibles, ces valeurs sont plus élevées que celles obtenues par (Roussel et Cussigh, 2008) pour les bétons autoplaçants (48 à 70 Pa). Ceci peut être attribué au volume de pâte supérieur des BFUP, qui induit une plus forte capacité de structuration du matériau au repos (Roussel et al., 2012). La comparaison entre deux premières formules qui ont la même teneur en fibres et un volume de pâte quasiment équivalent montre des valeurs de seuil statique assez proches. Une réduction du seuil est notée pour la formule 680-2%-MK, qui comporte le volume de pâte le plus faible. La valeur minimale du seuil statique est obtenue pour la formule 880-1,5%-MK, ce qui peut être dû à la teneur inférieure en fibres, qui semble réduire la capacité de structuration.
Les valeurs des viscosités plastiques obtenues sont comprises entre 30 Pa.s et 169 Pa.s, et dépendent de la composition du mélange. Ces valeurs sont donc très inférieures à 300Pa.s au-delà de laquelle les bétons sont difficiles à manier, à vibrer, et à talocher et présentent souvent un bullage grossier au démoulage. Les BFUP avec métakaolin ont des valeurs de l’ordre de 100 à 200 Pa.s semblables à celles des BHP. (Cyr et Mouret, 2003) ont montré que la viscosité plastique devient élevée si une grande quantité de superplastifiant est utilisée comme très souvent pour des BHP. Or, pour nos BFUP de très faibles rapports E/L (de 0,17 à 0,21), un fort dosage en superplastifiant a été incorporé afin d’obtenir une bonne maniabilité.
Néanmoins, nous pouvons considérer que les valeurs de viscosité plastique obtenues demeurent relativement modérées compte tenu du rapport E/L et du dosage en superplastifiant utilisés. Ceci peut être expliqué par deux aspects : l’utilisation d’un seul sable roulé comme granulat qui réduit les frottements ; le volume de fines important qui permet d’écarter les granulats les uns des autres, et par conséquent de limiter les frictions intergranulaires.
Par rapport aux résultats obtenus, nous pouvons identifier deux types d’écoulement distincts. Le BFUP contenant de la fumée de silice est caractérisé par une viscosité plastique significativement inférieure à celle des BFUP à base de métakaolin. Ces résultats montrent que le BFUP avec fumée de silice présente une meilleure aptitude à l’écoulement que les
BFUP contenant du métakaolin. Les mesures du temps d’écoulement à la mini-boite en L confirment cette observation avec des temps d’écoulement plus faibles pour le 880-2%-FS.