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Technologie avancée de béton K.H. Khayat

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Maniabilité• La maniabilité du béton frais peut être définie comme :

– La consistance du béton frais, son aptitude à s’étaler;

– L’énergie interne requise pour surmonter la friction interne (seuil d’écoulement) entre les diverses particules dans le béton afin de s’assurer d’une consolidation complète;

– La facilité de :• Malaxage, transport,

mise en place;• Consolidation et finition sans

écoulement ni ségrégation.

Terminologie de la rhéologieet de la maniabilité du béton

3 termes en référence à la rhéologie du béton :

• La maniabilité est une mesure de la facilité ou de la difficulté de mise en place, de consolidation et de finition du béton

• La consistance est la capacité d’écoulement du béton fraîchement mélangé

• La plasticité détermine la facilité avec laquelle on peut mouler le béton


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Terminologie de la maniabilité du béton

Tattersall définit 3 classes de maniabilité :

Classe I: Qualitative

Maniabilité, aptitude à l’écoulement, compactibilité, stabilité, facilité de finition, pompabilité, consistance, etc. À utiliser uniquement dans des descriptions générales sans effort de quantification.

Classe II: Quantitative et empirique

Étalement, facteur de compaction, Ve-be, etc. À utiliser comme simples déclarations quantitatives de comportementdans un ensemble particulier de circonstances.

Classe III: Quantitative et fondamentale

Viscosité, limite d’élasticité, etc.

Maniabilité et consolidation• L’obtention d’une bonne consolidation est nécessaire pour minimiser la

porosité dans le béton il doit y avoir assez d’eau pour lubrifier les diverses particules et faciliter la consolidation.

• Si la teneur en eau est trop faible, il n’y a pas assez d’eau pour la lubrification

• Si la teneur en eau est trop élevée, l’eau libre peut suinter, ce qui provoque une baisse de la résistance.


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Facteurs affectant la maniabilité

• Temps – Plus le temps passe, plus le matériau se solidifie, changements dans les interactions des particules

• Température – Diminution de la maniabilité avec l’augmentation de la température, évaporation élevée

• Perte de maniabilité – Le taux de perte s’accroît dans les mélanges ayant de faibles teneurs en eau

• Caractéristiques du ciment – Plus fin = Plus rapide


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Moyens d’évaluer la maniabilité

• Essai d’affaissement et d’étalement,

• Étalement sous vibration (table d’écoulement DIN),

• Temps d’écoulement, K-slump, mesure de la maniabilité et de la rhéologie, .....

Affaissement: mesure communede la consistance ≠ maniabilité


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Effet des plastifiants et superplastifiants sur les

propriétés du béton frais

Utilisation des plastifiants/superplastifiants:

• Augmentation de l’affaissement

• Amélioration de l’écoulement

w/cm w/cm = 0.23 - 0.27

w/cm = 0.36 - 0.40

Slum

p, in

.

Water forHydration

Water content

12

108

6

4

2

-2

0

Water of convenience

Cement = 564 lb/yd3

Water / Cement Plasticity Curves


6

Dispersant

(plasticizer)

+

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

--

-

-

+

+

+

Flocculation

Water tied up in flocsand not available tolubricate the paste

Water released forlubrication – lower viscosity

Greater surface area for cement hydration

Water Reduction or Plasticizing Mechanism

Micrograph of cement grains suspended in water:

No admixture

With HRWRA

From Lea, 1998


7

120 160 200 240300

400

500

600

1. Réduction d’eauSans

superplastifiant

Avecsuperplasticifiant

Water Content (kg/m3)

Flo

w T

able

Sp

read

(m

m)

Effet du Superplastifiqnt

(d’après Neville, 1995)

120 160 200 240300

400

500

600

2. Béton fluide

Sans superplastifiant

Avec superplastifiant

Teneur en eau (kg/m3)

Éta

lem

ent

à la

tab

led

’éco

ule

men

t (m

m)

Effet du superplastifiant



8

120 160 200 240300

400

500

600

Sans superplastifiant

Avec superplastifiant

Teneur en eau (kg/m3)

Éta

lem

ent

à la

tab

led

’éco

ule

men

t (m

m)

Effet du superplastifiant


Réduction de ciment

200

300

400

500

600

100 120 140 160 180 200Teneur en eau (kg/m3)

Ten

eur

en c

imen

t (k

g/m

3 )

E/C = 0,45

E/C = 0,35

170375

= 0,45

131375

= 0,35

131290

= 0,45

Reductiondu ciment

SP pour réduire L’eau

Utilisation du SP pour réduire la teneur en ciment

Avec l’ajoût de SP nous pouvons atteindre la même résistance mécanique avec moins d’eau et du ciment ($, chaleur, retrait)


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• La teneur en eau libre du béton servant à lubrifier le mélange décroît graduellement en raison de :

– L’évaporation,

– L’absorption et l’adsorption de l’eau par les granulats poreux,

– La combinaison avec les phases du ciment pour former l‘ettringite, CH, C-S-H, ...

– L’adsorption sur les surfaces de tels produits d’hydratation.

• La perte d’affaissement augmente l’énergie nécessaire pour:

– Mélanger, pomper, mettre en place, consolider et finir le béton.

• L’ajout d’eau (tempering) peut compenser pour la perte de fluidité mais a un effet néfaste sur la résistance et la durabilité.

Perte d’affaissement

Slump Loss

Influencée par :• Le temps écoulé

après le contact de l’eau et du ciment

• La température du béton frais

• La température ambiante et l’humidité relative



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- Aussi influencée par :• La composition du béton

(ciment, E/C, granulats, ...)• La finesse et la chimie du

ciment• L’utilisation de modificateurs

de prise• Certains réducteurs d’eau et

superplastifiants qui augmentent le taux de perte d’affaissement puisque la dispersion des grains de ciment accélère le taux d’hydratation

Témoin

Aff

aiss

emen

t (m

m)

Temps (min)

250

200

150

100

50

0

0 60 120 180

Les plastifiants accroissent

l’affaissement dramatiquement

Typ. WRA



• Teneurs en C3A, Na2O, and K2O : Des teneurs élevées en C3A et en alcalis augmentent souvent la perte d’affaissement (les alcalis solubles accroissent le taux de réaction du C3A et du C3S).

• La teneur en ions sulfate et leur solubilité (dépend de la forme finale du sulfate de calcium, de la finesse du gypse, ...)

• L’hémihydrate (CaSO4.1/2H2O) est plus soluble que le gypse (CaSO4.2H2O).

• Les deux sont plus solubles que l’anhydrite (CaSO4).

• Une haute teneur en SO42- peut causer une fausse

prise


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Ressuage et ségrégation

Ressuage

• L’eau est plus légère

• Crée des lignes distinctes

• Laisse des vides

• Peut être ré-adsorbée

• Trop peu (peut être un problème)

• Augmentation des fines et de l’air à la surface

Apparition d’eau à la surface après la consolidation mais avant la prise

De la laitance peut apparaître à la surface du mélangeentre les levées (époussetage : dusting)


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Ressuage externe

• Une partie de l’eau de ressuage remonte et se dépose sur la surface supérieure du béton formation d’une surface faible et poussiéreuse (E/C élevé), spécialement si l’eau de ressuage est rajoutée au mélange durant la finition

• laitance: ciment et sable fin en suspension avec l’eau de ressuage à la surface extérieure:

– Diminution de l’adhérence avec les levées successives

– Affaiblissement de la résistance à l’usure, aux sels de déverglaçage, à l’imperméabilité,…

• La laitance doit être enlevée avec des jets d'eau à haute pression ou par brossage ou par "jet de sable".


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Ressuage externe

• Une partie de l’eau de ressuage remonte et se dépose sur la surface supérieure du béton formation d’une surface faible et poussiéreuse (E/C élevé), spécialement si l’eau de ressuage est rajoutée au mélange durant la finition

• laitance: ciment et sable fin en suspension avec l’eau de ressuage à la surface extérieure:

– Diminution de l’adhérence avec les levées successives

– Affaiblissement de la résistance à l’usure, aux sels de déverglaçage, à l’imperméabilité,…

• La laitance doit être enlevée avec des jets d'eau à haute pression ou par brossage ou par "jet de sable".

• La finition finale doit être effectuée après la fin du ressuage externe pour éviter les boursouflures et la délamination

• Il est préférable de laisser s’évaporer l’eau de ressuage externe avant la finition finale pour éviter de la mélanger avec le béton supérieur


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Ressuage interne

Une partie de l’eau de ressuage est emprisonnée sous le gros granulat et les barres d’armature fixées

– Augmentation de E/C localement et de la porosité capillaire; et

– Formation d’emplacements riches en eau sous les granulats et les barres d’armatures décroît :

• Résistance à la tension, fatigue, ... (T.Z.)

• Module d’élasticité

• Adhérence aux barres d’armature, ...

Comportement non isotropique


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Ségrégation

• Avant sa prise, le béton est une SUSPENSION(dispersion) peu stable de grains de tailles et densité diverses (C, S, gg, ...).

• Les composantes du béton de grandes densités (gg, sable et ciment) commencent à se séparer et à ségréger vers le fond en déplaçant l'eau vers le haut béton hétérogène.

• Stabilité du béton décrit = résistance à l'écoulement en l’absence de contraintes extérieures (résistance contre la ségrégation et le ressuage).

•


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Ségrégation

• Raisons

• Granulat lourd

• Trop humide ou trop lourd

• Gros granulats

• Peu de fines

• À éviter

• Augmenter la teneur en air

• Réduire le rapport E/C

• Accroître le taux d’hydratation

• Utiliser des pouzzolanes

• Utiliser des agents colloïdaux

Séparation des composants dans le béton frais

Effet de divers paramètres sur le ressuage

• A. Fluidité

– Augmentation de le fluidité du béton (plus grande teneur en eau, utilisation de réducteur d’eau et de superplastifiant), plus grande quantité d’eau libresujette au ressuage.

– L’étalement est souvent un indice de ressuage

• B. Teneur en air

– L’air entraîné augmente la cohésion et retient les molécules d’eau

– Les AEA peuvent être des surfactants polaires avec de fortes des charges électriques à l’extrémité des chaînes polymériques la surface extérieure des bulles d’air peut attirer les molécules d’eau fixation de l’eau et réduction du ressuage


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Effet de la finesse Blaine du ciment

Effet de la teneur en fumée de silice

C. Superplastifiant

L’effet du superplastifiant dépend de :

• temps écoulé suite à l’ajout d’eau;

• température du béton;

• mode d’utilisation (pour augmenter la fluidité vs. réduire la teneur en eau).


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Mortier SP : 0, dosage ‘D’

et 3 x ‘D’

E/C diminue avec l’utilisation de SP pour maintenir un étalement constant

E. Hauteur de coulée de béton • En général, le ressuage externe augmente peu

avec l’augmentation de la hauteur de coulée pour un béton d’un faible affaissement.

• Avec l’addition de superplasticifiant (béton fluide), le ressuage externe augmente en proportion avec la hauteur de mise en place.

• L’autre partie d’eau ressuée demeure emprisonnée en-dessous des barres d’armatures, gros granulats ou bien dans des canaux de ressuage.

E. Température• Le ressuage diminue avec l’augmentation de la

température (hydratation).


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Effet du rapport E/C et du dosage en agent colloïdalsur le ressuage externe (H = 700 mm)


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Essai de tassement de la surface

Comparateurà cadran

600

mm

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 1 2 3 4 5 6Elapsed time (hour)

Su

rfac

e se

ttle

men

t (%

)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

Set

tlem

ent

rate

(%

/hou

r)

Surfacesettlement

Settlement rate at5-min intervals

Tassement de la surface

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