Rhéologie des matériaux testés

 Bétons

Chaque essai de pompage nécessite 300 litres de bétons pour bien remplir la totalité du circuit. Avec un malaxeur de 200 litres, chaque béton a été fabriqué en deux gâchées de 150 litres. Nous avons constaté que pour un même béton, la maniabilité à la sortie du malaxeur est différente de celle du béton prélevé directement du circuit lors du pompage. Cette différence est caractérisée par les essais d’étalement (Tableau 4-3). On peut observer une augmentation d’étalement quand un béton est pompé (Figure 4-2). Ce phénomène est le résultat d’un malaxage supplémentaire dû à l’énergie apportée par le malaxeur de la pompe. D’autre part, comme c’est un circuit de pompage fermé, le béton est mélangé à plusieurs reprises. En conséquence sa maniabilité augmente.

Béton SCC1_juin SCC2_juin SCC3_juin SCC4_juin SCC5_juin étalement à la sortie de

malaxeur (cm) 70 70 71,75 68,25 69,25

étalement lors du

pompage (cm) 79,1 79,8 85 75 77

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Figure 4-2 Relation entre l’étalement lors du pompage et celui à la sortie de malaxeur des cinq bétons testés

Les mesures rhéologiques sont réalisées sur les bétons prélevés du circuit de pompage. Les résultats de rhéologie des bétons sont fournis dans le Tableau 4-4.

Béton SCC1_juin SCC2_juin SCC3_juin SCC4_juin SCC5_juin o (Pa) 30,470 30,443 15,000 40,300 28,100

K (Pas) 22,400 23,000 12,000 15,000 16,980

n 1,370 1,404 1,375 1,386 1,455

Tableau 4-4 Rhéologie des cinq bétons

 Mortier

Les mortiers ont été prélevés directement en tamisant les bétons correspondants. Le tamisage a été effectué sur les bétons prélevés du circuit de pompage avec un système composé de trois tamis d’ouverture respectivement de 10 mm, 8 mm et 4 mm (Figure 4-3). La rhéologie de ces mortiers a été mesurée avec le rhéomètre à mortier Anton Paar MCR-52.

74 76 78 80 82 84 86 68 68.5 69 69.5 70 70.5 71 71.5 72 é talem e n t lo rs d u p o m p ag e ( cm )

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Figure 4-3 Tamiser un des cinq bétons avec le système composé de trois tamis d’ouvertures 10 mm, 8 mm et 4 mm

Avec la correction des erreurs apportées par l’écoulement en bloc se produisant dans le rhéomètre, nous obtenons les paramètres rhéologiques au Tableau 4-5.

Mortier SCCM1_juin SCCM2_juin SCCM3_juin SCCM4_juin SCCM5_juin

o (Pa) 2,867 2,251 2,380 2,275 2,792

K (Pas) 5,545 5,620 5,837 7,313 7,877

n 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

Tableau 4-5 Rhéologie des mortiers

1.4. Résultats de la mesure de vitesse

Avec le même système d’acquisition d’image présenté dans le chapitre précédent, le profil de vitesse des cinq bétons a été mesuré. En analysant les images, nous avons constaté qu’il y a aussi une couche limite d’épaisseur de 2 milimètres qui se développe à l’interface entre le béton et la paroi pour tous les bétons. Cette observation est confirmée par les analyses PIV (Particle Image Velocimétrie). La Figure 4-4 montre clairement que l’évolution de la vitesse en fonction de la distance de la paroi n’est pas représentée par une parabole unique. A 2 mm environ de la paroi, un changement de pente assez brusque a lieu. Sur cette distance de la paroi, la vitesse évolue très rapidement avec un gradient beaucoup plus élevé. A partir de cette position jusqu’au centre, la vitesse augmente avec un gradient nettement moins important. Cette observation se répète pour l’ensemble des cinq bétons même s’ils n’ont pas la même valeur d’épaisseur maximale de pâte. Ce changement de gradient peut seulement être expliqué par une hétérogénéité de matériaux.

147 C’est-à-dire que le matériau s’écoulant à moins de 2 mm de la paroi n’est pas le béton mais un fluide dont la viscosité est plus faible. Donc cette distance doit représenter l’épaisseur de la couche limite. Ici, nous observons aussi une valeur non nulle à la paroi. Comme ce qui est expliqué dans le chapitre précédent, il s’agit d’une erreur commune de l’analyse PIV (Singh et al. 2006, Medhi et al. 2011).

Figure 4-4 Profile de vitesse des bétons dont l’épaisseur maximale de la pâte variée

Figure 4-5 Profile de vitesse normalisé (V/Vmax) des bétons dont l’épaisseur maximale de la pâte variée 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 -0.00125 0.00875 0.01875 0.02875 0.03875 0.04875 Vi te sse (m /s) Distance de la paroi (m) SCC5 SCC4 SCC3 SCC2 SCC1

Fin de la couche limite

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 V/ Vm ax (m /s) Distance de la paroi (m) SCC5 SCC4 SCC3 SCC2 SCC1

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1.5. Discussions

Comme les bétons ont des propriétés rhéologiques très proches, pour le même débit, les profils de vitesse sont assez similaires. La différence entre ces profils de vitesse est la conséquence d’une combinaison de plusieurs facteurs.

Le premier facteur est le débit que l’on ne pouvait pas contrôler d’une façon absolument précise. En effet, le débit est contrôlé manuellement avec un système hydraulique qui permet de changer le temps entre chaque mouvement de piston. Comme chaque mouvement de piston génère un bruit, un chronomètre est utilisé pour mesure le temps entre deux bruits consécutifs. Donc le contrôle du débit volumique a été fait par le biais du control de temps! Cette manipulation ne peut pas assurer une précision absolue. D’autre part les cylindres de la pompe ont un coefficient de remplissage inférieur à 1. Ce coefficient est estimé de l’ordre de 0,8 et a été maintenu constant pour tous les bétons. Alors qu’en principe, ce coefficient ne doit pas être le même pour les bétons de rhéologie différente. En conséquence, le contrôle du débit ne pouvait pas être idéal.

Le deuxième facteur est l’influence de la vitesse de glissement de la couche limite. Comme le comportement rhéologique de la couche limite varie en fonction de la composition du béton, la vitesse de glissement varie également. En conséquence le profil de vitesse ne varie pas uniquement en fonction de la rhéologie du béton.

Comme la rhéométrie de béton n’est pas une science exacte, en conséquence, il y a donc une erreur sur les paramètres rhéologiques mesurés.

En outre, pour cette série d’essai, la différence des profils de vitesse ne sont pas si grande comparé à celle de la série d’essais de variation de Dmax. Ceci est logique car pour cette série, la rhéologie des bétons est plus similaire.

2. Caractéristiques de la couche limite

La couche limite est une couche de lubrification entre béton et la paroi de tuyaux de pompage, qui conditionne l’avancement du béton dans les tuyaux grâce à un gradient de vitesse très important par rapport à celui du béton. Donc pour estimer correctement le débit en fonction de la pression de pompage, la prédiction de la vitesse de glissement du béton dans les tuyaux de pompage devient crucial.

Comme l’épaisseur de la couche limite est déterminée, il reste maintenant à prédire son comportement rhéologique pour arriver au but défini.

149 Pour chaque béton, il existe une relation entre la rhéologie du béton, celle du mortier et celle de la pâte de ciment (Erdem et al. 2009) (Ferraris et Gaidis 1992, Wallevik 2003). En partant de ce principe, on pourrait trouver une relation entre la rhéologie du béton et celle de la couche limite. Ainsi, l’objectif ici, est de trouver une façon de récupérer cette couche limite pour étudier sa rhéologie.

2.1. Méthode de prélèvement de la couche limite du