État de l'art du comportement à haute température des BFUP.

23/10/2012 | Colloque Cergy – Pontoise - Performances du béton soumis à haute température |

ETAT DE L’ART DU COMPORTEMENT À HAUTE TEMPÉRATURE DES BFUP

Pierre Pimienta1, Jean-Christophe Mindeguia2 Alain Simon3, Mouloud Behloul4 Roberto Felicetti5, Patrick Bamonte5, Pietro G. Gambarova5

1: CSTB 4: Lafarge Ciment, Paris, France 2: University of Bordeaux 5: Politecnico di Milan 3: Eiffage TP

23/10/2012 | Colloque Cergy – Pontoise - Performances du béton soumis à haute température | PAGE 2

Contexte et objectifs

L’exposition au feu des structures en béton induit …

Modifications des propriétés du matériau

- mécaniques,

- thermiques, …

Variations dimensionnelles de la structure qui peuvent être

importantes

Risques d’instabilité thermique (écaillage, éclatement)

Besoins de données expérimentales


Plan de la présentation

• Transformations physico chimiques • Formules présentées • Propriétés matériaux

• Résistance en compression • Module d’élasticité • Résistance à la traction • Energie de fissuration • Dilatation thermique • Caractéristiques thermiques et DTT

• Résistance au feu • Ecaillage

Recommendations AFCG SETRA Révision 2012

• Transformations physico chimiques • Formules présentées • Propriétés matériaux

• Résistance en compression • Module d’élasticité • Résistance à la traction • Energie de fissuration • Dilatation thermique • Caractéristiques thermiques et DTT

• Résistance au feu • Ecaillage


Transformations physico chimiques

20°C Début du départ de l’eau 100°C Départ de l’eau libre

80°C-150°C déshydratation de l’ettringite 150-170°C décomposition du gypse 171°C fusion des fibres polypropylène Début de la déshydratation du CSH

200°C Augmentation de la pression interne Oxydation d’éléments métalliques

300°C Clivage des granulats siliceux 374°C Température critique de l’eau

400°C Décomposition de la portlandite Ca (OH)2→CaO + H2O

500°C 573°C Changement des phases du quartz β-α 600°C Deuxième phase de la décomposition du gel CSH

avec la formation de β-C2S.

700°C

……

Décomposition du carbonate de calcium CaCO3 → CaO + CO2

1300°C Destruction complète du béton


Formules présentées

• BSI®-feu (France) : 148 – 165 MPa

• Ductal® -AF (France) : 160 - 200 MPa (traitement thermique)

• Ductal® RPC (France) : 165 MPa • CRC (Danemark) : 158 MPa • BCV (France) : 155 MPa • Politecnico (Italie) : 121 MPa (sans fibres) • CERIB UHPC I et II (France) : 170 – 200 MPa • Rostock 1 et 3 (Allemagne) : 160 – 180 MPa


Propriétés mécaniques

C

120°

Recommandations RILEM

Plateaux de presse

Four cylindrique

Eprouvette cylindrique

104 x 300mm

Extensomètre

Exemple équipements

Photo CSTB


Essais de compression

Temps de stabilisation

Ttessai

Précharge

Essai à chaud

Essai résiduel

Vitesse de montée en T

BSI® - Fire DUCTAL® - AF

1 °C/min 2 °C/min

1 h (2 h at 90 °C)

1 h

90, 150, 300, 400, 600 °C

100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 °C

0 % 0 % 20 %

Modes opératoires (exemple)


Essais de compression

C

Courbes contrainte-déformation

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

Stre

ss [M

Pa]

Strain [µm/m]

600°C

450°C300°C90°C

20°C 150°C

BSI®-Fire

Bonne répétabilité


Résistance à la compression

Courbes Eurocodes et DTU

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800

Résistance en compression

relative (%)

Température (°C)

EC2_Granulats siliceux

EC2_Granulats calcaires

EC2_Classe 1

EC2_Classe 2

EC2_Classe 3

DTU - BO (< 60 MPa)

DTU - BHP (< 80 MPa)


Résistance à la compression

C

Résistance en compression relative

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600 700 800

BSI (hot - 0%)

Ductal (hot - 0%)

Ductal (hot - 20%)

Ductal (residual - 0%)

Ductal (residual - 20%)

EC2 - Class 1 (C 55/67, C 60/75)

EC2 - Class 2 (C 70/85, C 80/95)

EC2 - Class 3 (C 90/105)

Temperature (°C)

f c(T)

/ f c

(20°

C) (

%)

100 300 °C : pas de diminution

Rc résiduel > Rc à chaud

20 – 100 °C : essais à chaud diminution de Rc (10 à 20 %)

50 %

300 700 °C : diminution régulière de Rc avec la T

Résultats en bon accord avec EC2

Ductal (hot – 0 %)

BSl (hot – 0 %)

Essais à chaud – sans précharge


Résistance à la compression Essais à chaud

Résultats dépendants des formules et des modes opératoires

0

20

40

60

80

100

120

140

0 200 400 600 800

Résistance en compression

relative (%)

Température (°C)

BSI_chaud (0 %)

DUCTAL_chaud (0 %)

DUCTAL_chaud (20 %)

Politecnico_chaud (0 %)

CERIB_UHPC I_chaud (20 %)

CERIB_UHPC II_chaud (20 %)

Rostock_1_chaud (0 %)

BCV®_chaud (0 %)



EC2_Classe 1

EC2_Classe 2

EC2_Classe 3

DTU - BO (< 60 MPa)

DTU - BHP (< 80 MPa)

sans

20 % de

Légende

600 °C : - 10 à -50 % 800 °C : -80 %


Module d’élasticité

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800

Module d'élasticité relatif

(%)

Température (°C)



DTU

Courbes Eurocodes et DTU


Module d’élasticité

Résultats dépendants des formules et des modes opératoires

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800

Module d'élasticité

relatif (%)

Température (°C)

BSI_chaud (0 %)

DUCTAL_chaud (20 %)

DUCTAL_résiduel (20 %)

Politecnico_résiduel (0 %)

CERIB_UHPC I_chaud (20 %)

CERIB_UHPC II_chaud (20 %)

Rostock_1_chaud (0 %)

BCV®_chaud (0 %)



DTU

sans

20 % de

mesure à chaud

mesure

Légende

600 °C : - 50 à -80%


Déformation thermique

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Déformation thermique

(µm/m)

Température (°C)

BSI Ductal Rostock_3 EC2_calcaires EC2_siliceux DTU

T ==> Dilatation des granulats et retrait de la pâte

2 familles de courbes Nécessité de poursuivre la recherche


Principaux modèles

Mécanisme Thermo-Hydrique

Harmathy 1970 Khoylou, England 1996 Kalifa & Al. 2000 Yanko, Consolazio 2006

Teneur en eau Pressions de vapeur d’eau

Mécanisme Thermo-Mécanique

Bazant 1997 Ulm & Al. 1999 Msaad & Al. 2006 Sercombe & Al. 2006 Jansson 2008

Contrainte axiale


B40 B55 B60

Influence de la compacité

C40 C55 C60

Instabilité thermique - Ecaillage

Photos CSTB


B40 B55 B60

C40 C55 C60


Influence de la compacité



Photo CSTB

Essais de résistance au feu

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 20 40 60 80 100 120 140

Time (min)Temperature (°C)

ISO

HCM

4 m

3 m

2 m


Poteaux de Ductal®-AF et de Ductal®-FO

Courbe ISO834

Efficacité des fibres PP


Photo CSTB


BFUP CERIB UHPC II

Courbe ISO834

Avec fibres Sans fibre

Efficacité des fibres PP


Photos CERIB


Essai exposition feu HCM petite éprouvette

Poreux

Pas de fibres métal.

Oxydation liée au sciage à l’eau

≈ 2cm Présence de fibres métal.

Pas de fibres

Feu HCM

Pas d’écaillage


BSI® Photo CSTB


En résumé

Propriétés matériaux

Propriétés mécaniques dépendantes des formules et des modes opératoires

2 familles de courbes de dilatation thermique

• Résistance au feu Instabilité forte si pas de dispositions particulières prises

Grande efficacité de l’ajout de fibres polypropylène


Merci de votre attention

www.FireSpalling2013.fr Vulcain : 9 m x 3m

État de l'art du comportement à haute température des BFUP.

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