Résistance en compression et facteurs influents

Les études sur la résistance en compression des matériaux cimentaires sont nombreuses dans la littérature. Ceci est dû au fait que c’est l’une des propriétés les plus importantes de point du vue structural, car les éléments en béton sont principalement conçus pour résister aux efforts de compression.

La résistance en compression est obtenue selon les normes en vigueur, qui régissent tous les paramètres liés à la mesure. Ainsi une étude sur l’influence des facteurs qui interviennent pendant la mesure n’a pas été faite. Cependant, plusieurs facteurs liés à la composition du mélange, ou aux facteurs externes, affectent le comportement et les propriétés mécaniques du matériau.

• Effet de la finesse du ciment

L’augmentation de la surface spécifique des grains solides augmente la cinétique d’hydratation, et plus d’hydrates sont formés en début d’hydratation. Ceci a une influence directe sur l’évolution de la résistance au jeune âge, qui est intrinsèquement liée à l’apparition des amas de

particules solides à travers la microstructure. La résistance en compression est ainsi d’autant plus importante que la surface spécifique est grande [BYF80].

• Effet de la porosité

L’effet de la porosité sur l’évolution de la résistance en compression a été montré par de nombreuses études ([POW47], [BYF80], [RÖß85], [BEA71], [YAM02a]). Les résultats expérimentaux montrent qu’une plus importante porosité mène vers des valeurs plus faibles de la résistance en compression. Cependant, la porosité est générée par plusieurs facteurs. Tout d’abord, le rapport eau – ciment initial détermine l’espace qui existe en début d’hydratation entre les grains solides. Pour les forts rapports e/c, la porosité initiale n’est pas complètement comblée par les produits d’hydratation, et sa porosité capillaire va être plus importante. Ainsi, une relation existe entre le rapport e/c et la résistance développée par le matériau, qui sera d’autant plus faible, que le premier est important, comme cela est montré sur la Figure 1-58.

Figure 1-58 : Influence du rapport e/c sur la résistance en compression [BYF80]

Figure 1-59 : Influence de la porosité sur la résistance en compression [YAM02a]

La porosité capillaire ne définit pas à elle seule la porosité totale du matériau. L’apport de l’air entraîné doit être aussi pris en compte. Byfors [BYF80] montre clairement, pour un même rapport eau – ciment, l’influence négative de l’air entraîné sur les valeurs de la résistance en compression, sur un suivi de l’évolution jusqu’à 28 jours. Yaman et al. [YAM02a] découplent l’effet des deux types de porosités, comme montré sur la Figure 1-59. Tenant compte des observations expérimentales, des relations reliant la porosité à la résistance en compression ont été établies, et sont présentées au paragraphe 1.7.1.1.

• Effet des inclusions granulaires

La résistance de la pâte de ciment est généralement considérée plus grande que celle de béton (avec des différences jusqu’à 30% entre les deux, en fonction du matériau testé [BRE01]). Cette différence dérive de plusieurs facteurs : la géométrie des granulats (forme, dimensions), les propriétés mécaniques des granulats utilisés, leurs propriétés de surface (comme la rugosité) qui gèrent l’adhérence pâte – granulat, la fraction volumique des inclusions, l'auréole de transition (ITZ). Une étude étendue sur l’influence de ces facteurs a été faite par [LEE98].

0 10 20 30 40 50 60 0 200 400 600 Âge (heures) R és is ta n ce c om p re ss ion ( M P a) e/c = 0.40 e/c = 0.58 e/c = 1.0 30 40 50 60 0 10 20 Porosité (%) fc (M P a) Pores capillaires Air entraîné Porosité totale

Si une différence de comportement entre les pâtes de ciment et les bétons, tel qu’illustré sur la Figure 1-60, est généralement observée, des études montrent que dans certaines conditions (faible e/c, ajout de fumée de silice), la résistance mécanique du béton peut excéder celle de la pâte correspondante ([BRE01]).

L’évolution des propriétés mécaniques des matériaux cimentaires dépend de l’évolution de la réaction d’hydratation, comme montré par [BYF80] (Figure 1-61). En effet, si on regarde l’évolution des résistances en compression en termes de la valeur relative (valeur mesurée au temps t, rapportée à la valeur de la résistance à 28 jours), des différences notables n’ont pas été observés pour des mélanges de béton ayant des granulats de tailles différentes dans leur composition. L’évolution de la résistance en compression relative semble donc indépendante des ajouts granulaires.

Figure 1-60 : Comportement comparatif en compression d'une pâte, d'un béton et d'un

granulat [MIN81]

Figure 1-61 : Influence des inclusions granulaires sur l’évolution relative des

résistances [BYF80]

• Effet de la température

Les études sur les effets de la température de cure sur la résistance en compression des matériaux cimentaires ne mènent pas vers des résultats systématiques [BRE01]. Cependant, deux traits communs aux résultats trouvés dans la littérature peuvent être répertoriés :

- au très jeune âge, les valeurs des résistances sont d’autant plus importantes que la température augmente. En effet, la réaction d’hydratation est thermoactivée et une augmentation de la température augmente la cinétique d’hydratation.

- après 28 jours, et pour des températures au-delà de 20° C, l’augmentation de la température de cure se traduit par la diminution des résistances en compression. Comme cela a été montré par [REG82], ceci est du à une différence de la nature, structure et disposition dans la matrice des produits d’hydratation formés à hautes températures. Cet effet ne peut pas être pris en compte par la thermoactivation. Ça reste une limite des modèles type Arrhenius, et des approches maturométriques.

La désynchronisation des résultats obtenus dans la littérature concerne les mélanges qui ont subi une cure entre 5°C et 20°C. Une conclusion nette sur l’influence de la température à long terme dans ce cas ne peut pas être tirée, car les résultats présentés sont contradictoires et

varient en fonction du type de ciment utilisé, de sa finesse et de l’utilisation des adjuvants ([POP92], [BRE01], [KAN99], [EZZ07], [KSZ02]).