Projet National CALIB

SOMMAIRE

1Introductionpage 3

2L'air entran dans le bton, pourquoi ?page 4

2.1 effets du gel et des sels de dverglaage

2.2 mcanismes de protection par lair entran

2.3 principales caractristiques du rseau de bulles dair entran

3Comment entraner l'air ?page 9

3.1 action des entraneurs dair

3.2 stabilit du rseau de bulles dair entrain

4Caractrisation du rseau de bullespage 11

4.1 essai sur bton durci

4.1.1 principe de lessai

4.1.2 analyse de la mthode

4.2 laromtre

4.2.1 principe de lessai

4.2.2 analyse de la mthode

4.3 intrt dune nouvelle mthode

5Mthode AVApage 14

5.1 validation de la mthode AVA

5.1.1 principe de lessai

5.1.2 fonctionnement de lappareil

5.2 mise en uvre de la mthode et comparaison avec ASTM C457

5.2.1 comparaison des rsultats

5.2.2 comparaison dans la mise en uvre des diffrentes mthodes

6Conclusionspage 19

7Rfrences bibliographiquespage 20

1. Introduction

Lemploi des entraneurs dair pour confrer au bton une rsistance aux effets du gel svre et des sels fondants est devenu courant en France, particulirement pour les chausses et dans les rgions o le risque est patent.

Nanmoins, la diffrence des pays nordiques et de lAmrique du Nord et pour des raisons de nature de climat, les exigences rglementaires sont plus limites. Comme de plus nos pratiques du matriau bton diffrent de celles de ces pays, la transposition de leurs acquis ne peut tre faite quaprs une analyse attentive.

Le projet national CALIB, qui se proccupe dinstrumentation associe la fabrication et la mise en uvre du bton, a inscrit ltude de lvolution de lair entran dans le thme 1 - fabrication du bton.

Les moyens exprimentaux sont une des clefs de cette tude. Les nord-amricains ont diffus le concept de facteur despacement , et par la norme ASTM C457 prcis son mode de mesure sur bton durci. Ils le matrisent correctement et ont pu ainsi accumuler un nombre considrable dexpriences qui ont permis de valider des procds et des produits efficaces qui crent un rseau de bulles dair stable.

Nous ne pouvons pas en France, vu lenjeu rel du problme, refaire le mme travail pour tous nos btons. Il parat intressant dans la pratique de partir des btons dj qualifis, et de vrifier par comparaison que des btons lgrement diffrents par leur composition ou leurs modes de fabrication et de mise en uvre sont galement acceptables.

Linstrument utilis pour ce travail comparatif pourrait tre la mthode danoise AVA (Air Void Analyzer) de granulomtrie de bulles, qui prsente lavantage de travailler sur bton frais et dtre rapide et de mise en uvre aise. Cette mthode devra avant tout tre calibre et talonne sur nos btons en comparaison avec la mthode de la norme ASTM C457.

Les principes de la protection du bton contre les effets du gel et des sels de dverglaage par lemploi dentraneur dair sont dabord prsents. Puis les diffrentes mthodes de mesure des caractristiques du rseau de bulles dair entran sont exposes et analyses. Enfin la mthode AVA est prsente, dcompose, analyse, et ses potentialits valides.2. LAIR ENTRAn DANS LE BTON , POURQUOI ?

2.1 effets du gel et des sels de dverglaage

Il y a deux phnomnes prcis de dgradation qui peuvent avoir lieu indpendamment l'un de l'autre:

- la microfissuration interne,

- l'caillage de surface.

La microfissuration interne entrane la perte des proprits mcaniques et conduit la destruction complte du bton.

L'caillage de surface se caractrise par une perte progressive de petites particules de pte ou d'lments en surface du bton. Parfois, le phnomne est plus svre et peut affecter de gros lments jusqu' quelques centimtres de profondeur.

Le phnomne de fissuration interne est typique des dtriorations rencontres lors des tests en laboratoire simulant des cycles de geldgel rapides, par exemple selon les normes NF P 18 424 et 18 425. On remarque alors une vritable dcohsion du bton. Si en plus, les tests de cycles geldgel sont raliss dans l'eau ou en prsence de sels, par exemple selon les normes NF P 18 424 et 18 420, le phnomne d'caillage de surface peut venir s'ajouter au phnomne de fissuration interne.

figure 1 Carte typique de la fissuration d'un bton soumis au test de geldgel rapide, d'aprs (Pigeon 1996)

Il est difficile de savoir si les mcanismes de base entranant l'caillage sont diffrents de ceux permettant la fissuration interne. Ainsi, on connat des cas d'caillage en dehors de l'action des sels, quand par exemple, un excs de laitance, de mauvaises finitions, un chargement de surface prmatur, un manque de traitement de cure, une exposition trop rapide des tempratures leves, entranent l'affaiblissement de la surface du bton. La structure de la peau du bton devient dans ces cas fortement poreuse et donc accessible l'eau. Au cours de sa vie, cette peau mme correctement ralise subit de plus les cycles mouillageschage qui vont augmenter sa porosit et son degr de saturation.

On connat depuis longtemps les effets des sels de dverglaage qui augmentent l'caillage des surfaces lors de l'action du froid, notamment sur les chausses et cause des projections sur les bordures de trottoirs et les piles de ponts. Des tests en laboratoire ont t raliss aux U.S.A., montrant nettement les effets nuisibles des produits fondants et les effets positifs de l'emploi d'entraneurs d'air. Ils ont montr que la concentration dommageable tait de l'ordre de 3 4 % suivant le produit fondant utilis.

L'action des produits fondants sur les surfaces semble tre physique et non chimique, sauf dans le cas de forte concentration en sel et sur une longue priode.

La prsence de sels dissous dans l'eau des pores de la pte de ciment a deux effets fondamentaux:

la baisse de la pression de vapeur,

la diminution de la temprature laquelle la formation de la glace est possible.

Ceci a deux consquences. L'une est positive, car lusage de sel diminue la quantit de glace forme, d'o priori moins de contraintes internes. L'autre est ngative car l'eau pntre plus facilement dans les pores capillaires si elle contient une petite quantit de sel en raison de la pression osmotique.

La svrit des dommages de l'action combine des cycles geldgel et des sels vient du fait que la peau du bton (2 3 cm) est d'une porosit leve, et que les agressions hivernales augmentent les dfauts en maintenant ltat de saturation, en provoquant des chocs thermiques et en crant des gradients de concentration saline.

L'caillage d aux sels de dverglaage est actuellement le problme le plus important et le plus souvent rencontr en France. La meilleure protection contre l'caillage reste l'air entran. Cependant, les essais sont gnralement effectus en laboratoire sur des btons soumis des conditions artificielles conformes aux normes mais parfois un peu svres. Peu d'expriences ont t faites en conditions naturelles.2.2 mcanisme de protection par lair entran

Il est important en prliminaire de dfinir et de prciser les principales dimensions des vides et des pores qui interviennent dans les mcanismes de gel lintrieur du bton.

Les premiers types de pores rencontrs dans le bton sont les pores capillaires qui occupent les emplacements initialement remplis deau entre les grains de ciment et non occups par les produits dhydratation. Leur taille est comprise entre 5 nm et 1 (m. Ils dpendent du rapport E/C et du degr dhydratation. Leur rle dans la durabilit des btons est fondamental.

Les seconds sont les pores gels. Ils reprsentent la fine couche adsorbe sur les hydrates et ont une surface spcifique trs grande. Ils sont lis la surface du solide par les forces de Van der Vaals et les ponts hydrogne. Leur plus grande taille peut atteindre quelques nm. Ils ne dpendent ni du rapport E/C, ni du degr dhydratation et sont toujours saturs.

Les troisimes sont prsents dans les granulats et leur dimension est similaire celle des plus grands pores capillaires. Du fait de lorigine naturelle des granulats, leur porosit et la taille de leurs pores sont trs variables.

Les derniers sont les bulles dair entran cres en ajoutant un adjuvant entraneur dair. On cherchera ce que ces vides dair sont trs nombreux et trs proches les uns des autres. A titre dexemple, un mlange prsentant un volume dair total de 5 6 % contient 0.5 1.5 millions de bulles par centimtre cube de pte de ciment hydrat. Lespacement entre ces bulles est de lordre de 100 (m et la plupart des bulles sont comprises entre 10 et 100 (m.

Ce type de bulles nest pas confondre avec les vides contenus naturellement dans un bton ordinaire, qui sont toujours suprieures 1 mm et de forme plutt irrgulire. Cet air pig dans le bton durci constitue ce que lon appelle lair occlus. Il est totalement inefficace pour lutter contre le gel et dgrade les proprits mcaniques.

Depuis plus de cinquante ans, de multiples thories ont t dveloppes pour expliquer l'action du froid sur les btons. On dispose ainsi de modlisations des mcanismes causant des dommages dans le bton . Elles conduisent justifier le rle protecteur du rseau de bulles d'air entran.

POWERS a propos des quations qui permettent de dterminer la quantit d'air qu'il faut introduire dans un bton pour le protger. Elles font intervenir la notion d'espacement des vides d'air en fonction de la permabilit de la pte de ciment et de la vitesse de refroidissement.

Le principe est le suivant. Lorsque la temprature passe sous 0 C, l'eau des pores capillaires commence geler, provoquant une augmentation de volume de 9 % due la transformation de l'eau en glace. De plus, la prsence dlments chimiques dissous va moduler la formation de glace suivant la baisse de la temprature.

Si la pte est sature, la formation de glace est limite par le volume des pores. Cela se traduit par l'expulsion de l'eau qui n'a pas encore gel. C'est la vitesse de refroidissement qui dtermine cette quantit d'eau.

Les seules places disponibles o l'eau peut aller et geler sans causer de dommages sont les vides d'air. Mais pour les atteindre, l'eau doit traverser la pte de ciment poreuse, qui prsente une certaine permabilit. A ce mouvement d'eau correspond une pression hydraulique s'exerant sur la pte de ciment., selon la loi de DARCY.

Lmax, demi distance entre pores maximale pour ne pas avoir de fissuration dans la pte par excs de pression hydraulique, est donc inversement proportionnelle la vitesse de refroidissement, et proportionnelle la rsistance la traction de la pte de ciment et sa permabilit.

figure 2 -vide dair entour de sa sphre dinfluence selon POWERS, daprs (Pigeon 1996)

POWERS suppose que la quantit totale d'eau pouvant geler augmente linairement avec la baisse de temprature. Sachant que la pression hydraulique est fonction du volume d'eau oblige d'vacuer les pores capillaires par unit de temps, la vitesse de refroidissement est un paramtre important alors que la temprature minimale n'a pas d'influence sur le phnomne.

A la suite de ces travaux, la notion de facteur d'espacement des bulles d'air a t adopte. Elle est dfinie par la norme amricaine ASTM C 457 comme tant la demidistance moyenne qui spare les parois de deux bulles d'air adjacentes appartenant un rseau suppos rgulier.

A partir de rsultats de laboratoire, la valeur maximale du facteur despacement pour une pte sature a t estime 250 m pour une vitesse de refroidissement de 11C/heure.

Cette thorie est la seule qui tablisse un rapport entre les proprits de la pte de ciment, la vitesse de refroidissement et l'espacement des vides d'air. Elle a pour inconvnient majeur de considrer une bulle d'air idale unique. Pour gnraliser, il faut que tous les vides d'air soient de la mme taille et soient galement espacs, ce qui n'est jamais le cas.

La valeur de L max doit donc tre considre comme une valeur limite.

POWERS en 1975 a essay de complter son approche thorique en prenant en compte la pression osmotique.

La formation de la glace entrane l'augmentation de la concentration dans l'eau non gele des sels dissous. La glace arrte de se former quand il y a quilibre entre la temprature de la glace et le point de solidification de l'eau dans le pore.

Ce phnomne cre un dsquilibre entre les pores o la formation de glace a eu lieu et les pores plus petits o la glace n'est pas encore forme et o la concentration des produits chimiques est reste faible.

Alors intervient le phnomne osmotique, o l'eau passe du milieu le moins concentr vers le milieu le plus concentr pour rtablir lquilibre des concentrations. Le phnomne osmotique par la mise en mouvement de leau cre une pression supplmentaire, mais l'quilibre est atteint plus rapidement.

POWERS pense que le rle des bulles d'air est de faire concurrence aux pores capillaires. Si les bulles sont peu distantes les unes des autres, elles gagneront la comptition sur les pores capillaires et la pte sera protge contre les dommages du froid (figure 3).

figure 3 -

Schma illustrant le principe de la pression osmotique, daprs (Pigeon 1996)

Cette thorie permet dexpliquer le phnomne de retrait observ par de nombreux chercheurs lors du gel de ptes de ciment bien protges par des bulles d'air rapproches. De plus, elle est bien adapte la description des phnomnes de gel en milieu enrichi en sels (cas de l'caillage sous l'action de sels fondants).

Par contre, le facteur vitesse de refroidissement n'intervient pas, et cest la longueur de la priode de gel qui devient prpondrante.

Une autre thorie (propose par LITVAN) dite thermodynamique considre le dsquilibre des pressions induit par la temprature et le degr hygromtrique dans le matriau poreux que constitue la pte de ciment. L'eau dans les pores capillaires ne gle pas quand la temprature de la pte de ciment descend audessous de 0 C. Cette eau des pores capillaires dite "glace" provoque l'asschement de la pte voisine.

Les dommages mcaniques qui peuvent apparatre viennent du fait que l'vaporation ne peut pas se faire dans de bonnes conditions si la vitesse de refroidissement est trop forte, et si la distance que l'eau doit parcourir pour atteindre une surface libre et geler est trop grande.

Cette thorie explique les phnomnes fondamentaux lorigine de l'action du froid:

l'eau dans les pores capillaires ne peut pas geler insitu,

le mouvement forc de l'eau est cr par une diffrence de pression de vapeur.

Elle n'tablit pas formellement la relation entre l'espacement des bulles d'air ncessaire pour protger la pte de ciment, la vitesse de refroidissement et les proprits de la pte.

Il existe en conclusion de nombreuses contradictions entre les diffrentes thories, mais les diffrences sont plus apparentes que relles car en fait elles se compltent par de nombreux points. Elles permettent galement de mieux comprendre les consquences dune mauvaise stabilit du rseau de bulles dair entran.2.3 Principales caractristiques du rseau de bulles dair entran

figure 4 -

Vue dun rseau de bulles dair entran, daprs (Pigeon 1996)

Un rseau de bulles dair entran dans un bton est caractris par 3 valeurs:

- La teneur en air: A (%) qui est le rapport entre le volume total des vides et le volume de bton. Malheureusement, cette teneur en air inclut lair entran et lair occlus. Cette grandeur ninforme donc pas sur les capacits du bton rsister aux effets du gel.

- La surface spcifique: ( (mm-1) qui est le rapport entre la surface des bulles et leur volume. Elle est donc inversement proportionnel au diamtre. Plus cette valeur est grande et plus le rseau sera constitu de petites bulles.

- Le facteur despacement: (mm) qui correspond approximativement la demi-distance sparant deux bulles voisines du rseau de vides dair suppos rgulier. En gnral un bton rsistera au gel si son facteur despacement est infrieur environ 250 (m. Cette valeur limite est appel facteur despacement critique (crit). Si > crit, le rseau de bulles est moins efficace. crit dpend des conditions climatiques (vitesse de refroidissement,...) et de la composition du bton ( E/C, types dadjuvants,...).

Ce qui gouverne la rsistance au gel nest donc pas le volume dair lui-mme mais la distance moyenne entre les bulles. Certes, il peut y avoir un lien direct entre ces deux paramtres puisque taille de bulles gale, plus le volume dair est grand, plus les bulles sont rapproches. Mais il est possible aussi de les distinguer car volume dair gal, la distance entre les bulles dcrot avec leur dimensions (plus les bulles sont grosses, plus elles sont cartes). Dun point de vue pratique, il est toujours prfrable de produire un rseau constitu de bulles les plus petites possible. On peut ainsi diminuer la distance moyenne entre les bulles sans ncessairement augmenter le volume total dair entran et sans trop affecter les caractristiques mcaniques.3. COMMENT entraner de lair ?

3.1 Action des entraneurs dair

Les bulles dair sont cres par cisaillement lors du malaxage du bton mais, en labsence dadjuvant, la plupart de ces bulles clatent aussitt. Le but premier de lentraneur dair nest donc pas de crer des bulles mais de les stabiliser.

Un grand nombre de produits chimiques peut thoriquement tre utilis comme entraneurs dair, la plupart tant issus de produits recycls de diffrentes industries chimiques (papeterie, ptrochimie...). Mais dans la pratique, seules quelques molcules sont utilises.

Pour comprendre le mcanisme dentranement dair, la notion dnergie de surface doit tre aborde.

Lnergie de surface est gale la tension de surface du matriau multiplie par la surface concerne. Donc, toute bulle dair dans le bton frais possde une certaine quantit dnergie gale la tension de surface de leau qui emprisonne la bulle multiplie par la surface de la sphre. Lors du malaxage, lair peut tre entran de deux faons, soit par le fait que le bton tombe sur lui mme (malaxeur de type tambour), soit par laction mme de malaxage (malaxeur de type plan). Pour diviser ces bulles en de plus petites, de lnergie est demande. Si, par exemple durant le malaxage une bulle de 1 mm de diamtre est divise en bulles de 50 (m, il y aura cration de 8000 bulles et leur surface totale (comme lnergie correspondante) sera 400 fois plus grande que la bulle de 1 mm.

La plupart des adjuvants entraneurs dair sont des agents de surface qui rduisent la tension superficielle de leau qui sert emprisonner les bulles. Cette rduction peut tre de lordre de 30 % avec les dosages normalement utiliss.

Lautre rle dun entraneur dair est de stabiliser les bulles lors du transport et de la mise en uvre du bton. En raison du fait que tout systme tende vers sa plus petite valeur dnergie libre, les petites bulles dair vont se runir spontanment pour former de plus grosses bulles, ce qui augmentera le facteur despacement. De plus ces dernires seront facilement expulss du bton frais.

Les entraneurs dair contribuent la stabilisation du rseau de bulles de diffrentes faons. Ils peuvent former un film lastique autour des bulles qui rduit le risque de fusion en cas de collision. Pour cela ils ragissent avec lhydroxyde de calcium pour former une membrane glatineuse et impermable autour des bulles dair.

En rsum, un bon agent entraneur dair doit:

- former un film lastique linterface air-eau,

- rduire la tension superficielle de leau,

- empcher la fuite de lair travers linterface,

- ne pas se dtriorer tant que le bton est frais,

- ne pas modifier significativement les proprits du bton.

3.2 Stabilit du rseau de bulles dair entran (Pleau 1996)Trois phnomnes peuvent affecter le rseau de bulles dair:

- lexpulsion vers la surface

- la fusion de bulles

- la dissolution de lair dans la pte

Le premier phnomne est caus par la pousse hydrostatique qui tend faire remonter les bulles la surface du bton frais. Il est contrari par la viscosit de la pte et la prsence dobstacles comme les granulats. Ce phnomne est comparable la sgrgation, mais de bas en haut. Il affecte principalement les bulles de grande taille, car la force ascendante est proportionnelle au carr du rayon. Il a donc peu deffets sur la rsistance au gel.

Le second phnomne vient dtre voqu propos du rle des entraneurs dair. Il affecte la rsistance au gel du bton en augmentant le facteur despacement.

Le troisime phnomne correspond la dissolution de lair dans leau de la pte de ciment. Il dpend de la pression de lair, qui est inversement proportionnelle au rayon de la bulle, comme le rapport de sa surface son volume.

Ceci explique pourquoi les bulles de trs petite taille, infrieure 10 m, ne subsistent jamais dans le bton frais. Comme prcdemment, ce phnomne peut affecter sensiblement la protection contre le gel, en ne modifiant que trs peu la teneur en air globale puisque seules les trs petites bulles reprsentant un faible volume dair disparaissent.

Un certain nombre de facteurs influence la stabilit du rseau de bulles dair

La viscosit de la pte de ciment est un des facteurs les plus importants. Elle agit ds la formation des bulles lors du malaxage, et contribue viter la remonte. Elle est relie la disponibilit de leau qui peut absorber lair par dissolution.

Le ciment et les ajouts jouent un rle physique par leur finesse, relie la disponibilit de leau. Dun point de vue chimique, il faut viter une forte libration dalcalins, qui engendre un rseau de bulles plus grossier.

Les adjuvants peuvent interagir avec lentraneur dair et rduire son efficacit. Les superplastifiants par leur effet sur la viscosit de la pte de ciment doivent donner lieu un contrle systmatique.

Les granulats jouent un rle gomtrique important. En particulier la dimension et la rpartition des vides inter-ranulaires influent fortement sur la formation et la stabilit du rseau de bulles.

La composition du bton, en particulier E/C, doit prendre en compte ce qui vient dtre expos. Le slump est un indicateur qui peut tre jug suffisamment reprsentatif de la viscosit de la pte de ciment.

Durant le transport et le serrage par vibration, il semble que ce soient les grandes bulles qui schappent sans affecter le facteur despacement. Il nen va pas de mme avec le pompage dont linfluence doit tre tudie avec soin, en particulier en cas de mise en dpression du bton.

La stabilit du rseau de bulles dair entran est donc le rsultat dune combinaison complexe de facteurs plus ou moins favorables. Les extrapolations de formulations acceptes dans dautres conditions doivent tre pratiques avec prcaution, ce qui explique la ncessit des vrifications exprimentales.

4. CARACTRISATION DU RSEAU DE BULLESLa dtermination du facteur despacement se fait sur bton durci par analyse dune section polie au microscope. Elle respecte la norme amricaine ASTM C 457.

4.1 Essai sur bton durci (selon ASTM C 457)

4.1.1 Principe de lessai

Cet essai consiste observer avec un microscope un nombre donn de points sur des lignes transversales espaces rgulirement sur toute la surface dun chantillon de bton poli et plac sur un plateau mobile pouvant se dplacer dans deux directions perpendiculaires. La surface analyse dpend du diamtre des granulats. La norme ASTM C 457 fixe un minimum de 3 chantillons examiner pour dterminer les caractristiques du rseau de bulles dair:

- La teneur en air A;

- La surface spcifique (;

- Le facteur despacement .

Deux mthodes existent pour caractriser ce rseau (figure 5).

Figure 5 -principe des mthodes de mesure, daprs (ASTM)

La mthode de traverse linaire de Rosiwal:

Elle consiste mesurer le long de lignes transversales espaces rgulirement les cordes interceptes par les vides dair, la pte de ciment et les granulats.

On dtermine la longueur cumule des cordes interceptes par les vides dair (Lv) et par la pte de ciment (Lp), la longueur totale examine (Lt) et le nombre total de vides dair (N). Connaissant la distribution des cordes interceptes dans une dimension, il est possible de reconstruire mathmatiquement la distribution en 3D grce des hypothses simplificatrices.

A = Lv / Lt * 100

SYMBOL 97 \f "Symbol" = 4 * N / Lv

= Lp / ( 4 * N ) quand P / A est infrieur 4.342 (P tant la proportion de pte),

et = 3 / SYMBOL 97 \f "Symbol" * ( 1.4 * ( P / A + 1 ) 1/3 - 1 ) quand P / A est suprieur 4.342,

La mthode du calcul des points modifis:

Les observations sont faites sur des points discretiss distribus rgulirement le long des lignes transversales. Pour chaque observation, loprateur doit dcider si le point est situ sur un vide, un granulat ou la pte de ciment. Le nombre total de points (St), le nombre de points sur vides dair (Sv) et sur la pte de ciment (Sp), et le nombre total des vides dair (non ncessairement localiss aux points darrt, N) sont dtermins. Il est encore possible par des hypothses simplificatrices de reconstruire une distribution en 3 D.A = Sv / St * 100

SYMBOL 97 \f "Symbol" = 4 * N / Sv * I (I tant la distance entre les points soit 750 m)

= ( Sp * I ) / ( 4 * N ) quand P / A est infrieur 4.342,

et = 3 / SYMBOL 97 \f "Symbol" * ( 1.4 * ( P / A + 1 ) 1/3 - 1 ) quand P / A est suprieur 4.342,

Une autre mthode existe base sur lanalyse dimage qui permet de dterminer la distribution en 3 D connaissant la distribution des vides dair dans 2 dimensions (2D).

Les quations mathmatiques permettant dobtenir la teneur en air, la surface spcifique, et le facteur despacement sont bases sur les lois de la strologie, science qui tudie les relations mathmatiques entre les caractristiques dun systme de particules disperses dans 3 dimensions et la projection de ce systme sur une surface, une ligne ou un groupe de points discrtiss. Cest Powers qui en 1949 a tabli ces quations.

4.1.2 Analyse de la mthode

La prcision de la dtermination microscopique des caractristiques des vides dair est fonction de plusieurs paramtres:

- la qualit du polissage,

- la puissance du microscope,

- la taille de lchantillon.

Les trs petites bulles (10 25 (m) occupent seulement un petit volume mais peuvent avoir une grande influence sur la valeur du facteur despacement. Ces bulles ne peuvent tre vues laide du microscope que si la qualit de polissage est trs bonne et que si le grossissement est suffisant. Une tude sur plus de 600 btons air entran (Pleau 1990) examins selon la mthode du calcul des points modifis a permis de dfinir la prcision des 3 paramtres du systme de vides dair. Les rsultats montrent que lerreur maximale est fonction du nombre de plaques de bton examines. Elle dcrot exponentiellement avec le nombre dprouvettes examines.

Lexamen microscopique est subjectif et deux oprateurs diffrents examinant le mme chantillon de bton ne trouveront pas ncessairement le mme rsultat. Pour des oprateurs expriments, dans des cas extrmes, lerreur peut atteindre 12%, la moyenne tant de 3% (pour A et ( ) et 5% (pour ). Lerreur peut tre encore plus grande pour des oprateurs peu expriments puisquelle peut atteindre 50%.

Il semble raisonnable dadditionner les deux erreurs (dpendant du nombre de plaques tudies et de lexprience de loprateur) pour estimer la prcision de la mthode.

4.2 LaromtreIl permet la dtermination de la teneur en air globale sur bton frais laide dun instrument portatif relativement simple.

Il existe trois mthodes pour dterminer cette teneur en air: volumtrique, gravimtrique et pressiomtrique. Cette dernire est la plus couramment utilise en France.

4.2.1 Principe de lessai

Cette mthode est base sur le principe suivant. Quand on exerce une pression sur un chantillon de bton, son volume est rduit par la compression des vides dair (le reste tant suppos incompressible). La teneur en air peut tre estime partir de la diffrence de volume.

Laromtre est constitue dune cuve dune capacit de 5 litres recevant lchantillon de bton et dun couvercle rigide muni dun tube vertical en verre gradu. Lensemble couvercle-cuve est fix par un mcanisme tanche et le tout est rempli deau jusquau niveau zro.

Lessai consiste appliquer une pression sur lchantillon en utilisant une pompe air installe en partie suprieure du tube. Cette pression provoque une baisse du niveau deau proportionnelle la diminution des vides dair. Selon la loi de Mariotte, le produit de la pression par le volume dun gaz parfait est constant pour une temprature donne

La teneur en air totale A est directement proportionnelle la baisse du niveau deau. Lappareil est calibr afin de donner la teneur en air totale en % en lisant directement le niveau deau sur lchelle gradue.

4.2.2 Analyse de la mthode

Cet essai a lavantage dtre rapide et peut donc donner le volume total dair dans le bton frais juste aprs la fin du malaxage, contrairement aux essais sur bton durci exposs prcdemment. Cest pour cela que la teneur en air est devenue un critre dacceptation sur chantier. Malheureusement, comme cela a dj t dit, la mesure de la teneur en air ne permet pas daffirmer que le bton est protg des effets du gel.

La relation entre teneur en air mesure sur bton frais et sur bton durci (selon ASTM C457) pour un grand nombre dchantillons de laboratoire et de chantier est prsente sur la figure 6. On remarque que pour des teneurs en air infrieures 8 %, les rsultats sont correctement distribus des deux cts de la ligne dgalit, ce qui signifie que les deux mthodes donnent des rsultats similaires, bien que ceux-ci soient assez disperss (avec des diffrences parfois suprieures 2% pour la teneur en air). Cela peut sexpliquer par le fait que:

- il y a des variations statistiques normales dues lhtrognit du bton,

- le bton dans laromtre nest pas ncessairement mis en uvre de la mme manire que les chantillon utiliss pour des examens microscopiques,

- les vides dair de ces chantillons peuvent disparatre avant la prise;

- les deux mthodes sont relativement imprcises.

Figure 6 -Relation entre la teneur en air mesure sur bton frais et sur bton durci (Saucier 1991)4.3 INTRT DUNE NOUVELLE MTHODE

Le climat franais est relativement tempr, et les prescriptions nord amricaines de facteur despacement ne prennent un sens que pour les zones de gel svre, et dans ce cas plus particulirement pour les btons des parties douvrages exposes.

De plus la France a pris le parti dassurer la durabilit des btons par des dosages en ciment minimaux ou des rsistances minimales en accord avec les classes denvironnement (norme P 18 305).

Cela amne minimiser lemploi des entraneurs dair comme protecteurs des btons contre les effets du gel et des sels.

Par contrecoup la pratique de la mesure du facteur despacement est peu courante; elle a donc un cot relativement plus important que dans les pays climat plus rigoureux.

Par ailleurs la mesure du facteur despacement est entache des hypothses qui permettent son calcul, ce qui fait que pour certains btons elle nest plus bien corrle avec la rsistance au gel ou lcaillage du bton. Plutt que de donner ce facteur despacement une valeur absolue, certains pays prfrent ne retenir que la proportion de bulles de taille infrieure 350 m, qui seules apportent la protection contre les effets du gel et des sels. Un appareil permettant simplement de connatre cette proportion devrait donc tre suffisant pour qualifier les btons rsistants.

Une mthode a vu le jour au Danemark dans cet esprit, prsentant de plus lavantage important de permettre la mesure sur bton frais. Elle a t dveloppe par HANSSON et HENRICHSEN en 1993, do son nom de mthode danoise. Reprise par Germann Instrument, elle a pris le nom dAVA: Air Void Analyzer (Germann).

5. METHODE AIR VOID ANALYZER AVA

5.1 Validation de la mthode AVA

Dans une premire tape, il faut analyser le fonctionnement de lappareil pour en apprcier la sensibilit et les limites

Lanalyseur de vides dair (AVA) permet de mesurer sur bton frais les caractristiques du rseau des bulles dair (A, (, ) et offre lavantage de pouvoir approcher en plus la granulomtrie des bulles.

5.1.1 Principe de lessai

Un chantillon de mortier est prlev et introduit la base dune colonne de liquide (figure 7). Un agitateur magntique va permettre de librer les bulles du mortier en le mlangeant avec ce liquide. Les bulles vont monter travers la colonne et tre recueillies par un enregistreur de pousse. La vitesse des bulles dans leau tant constante, la rsistance oppose par leau est gale la force ascendante. On peut donc en thorie tablir une quation qui montre que le temps dascension est inversement proportionnel au carr du diamtre des bulles. Il dpend galement de la viscosit de leau, qui dpend de la temprature.

Comme dans la pratique un talonnage a t ralis dans des conditions prcises une fois pour toutes par analyse de clichs de bulles diffrents temps, il faut respecter lors de lessai les mmes conditions pour pouvoir associer un temps darrive un diamtre de bulle. Une temprature plus faible correspond une viscosit plus leve, qui entranera une dure dascension plus longue. Ainsi, les bulles seront analyses plus petites quelles ne sont.

INCLUDEPICTURE "C:\\FBB\\Projets nationaux\\Calib\\air entrain\\Germann Instruments - AVA_fichiers\\ava_sy.jpg" \* MERGEFORMATINET Figure 7 -Prsentation de lAVA, daprs (Germann)

5.1.2 Fonctionnement de lappareil

LAVA est compos dune colonne remplie deau la base de laquelle est plac un liquide spcial. Ce dernier est plus dense que leau, pour pouvoir rester au fond de la colonne. Leau est dsare en la laissant reposer 12 heures une temprature de 20C. Le liquide spcial et leau doivent tre environ 22C lors de lessai. En partie suprieure, un disque, immerg dans leau, est soutenu par un axe de balance reli un enregistreur de pousse connect un micro-ordinateur.

A laide de lchantillonneur, on vient prlever une partie de bton frais dont les lments sont infrieurs 6 mm. Pour cela, on utilise une perceuse percussion au bout de laquelle est fixe un rcipient coiff dune cage mtallique jouant le rle de tamis. Le rservoir dune seringue de 20 cm3 place dans le rcipient de lchantillonneur est ainsi rempli de mortier.

On entre dans le micro-ordinateur un certain nombre de donnes relatives au bton car lanalyse ne porte que sur la fraction mortier. Ce sont les suivantes:

volume de mortier analys,

proportion dans le bton de mortier (eau + ciment +sable < 6mm),

proportion dans le bton de pte de ciment (eau + ciment) P,

teneur en air attendue.

Ces donnes tant entres, lessai proprement dit peut commencer. La seringue avec le prlvement est vide par un orifice en bas de la colonne. Lessai dbute par la mise en mouvement de lagitateur magntique pendant 30 secondes. Cela permet au mortier de bien se disperser dans le liquide spcial. Ce liquide permet dindividualiser les bulles dair et daider la dispersion du mortier. Les bulles dair montent travers la colonne deau pour tre recueillies par le disque. Lordinateur enregistre le poids total des bulles arrives toutes les minutes (ainsi que 15 secondes avant et 15 secondes aprs, et la moyenne est calcule). Il dtermine galement la diffrence de pousse entre deux minutes conscutives et trace le graphe correspondant (figure 8). Lessai se termine lorsque la diffrence de pese est nulle ou aprs 25 minutes.

Lappareil a enregistr le volume dair arriv chaque minute, auquel il est possible grce ltalonnage dassocier une taille moyenne. Les diffrentes caractristiques du rseau de bulles peuvent alors tre calcules:

( La teneur en air du bton pour les bulles infrieures 2 mm A( La teneur en air du bton pour les bulles infrieures 0.35 mm

( La teneur en air de la pte pour les bulles infrieures< 2mm et pour les bulles < 0.35mm( La teneur en air de la pte are pour les bulles < 2 mm et pour les bulles < 0.35 mm

( La surface spcifique: (( Le facteur despacement:

Il est dtermin laide des quations proposes par Powers partir de (, P et A en distinguant le cas o P est suprieur 4,33.

Dans le cas o P/Abeton < 4.33, le facteur despacement correspond au rapport entre le volume de pte et la surface des bulles:

= P/(A)

On remarque dans cette quation que si le produit (..A btonar