-
7/26/2019 Rheology du beton
1/142
UNIVERSIT
DE
SHERBROOKE
Facult
de gnie
Dpartement
de
gnie civil
TUDE
DE L'INFLUENCE
DES
CARACTRISTIQUES
DES
GRANULATS
SUR
LA
PERFORMANCE
DES
BTONS
FLUIDES
RHOLOG IE ADAPTE
Mmoire de
matrise en
sciences
appliques
Spcialit :
Gnie Civil
Composition du
jury
:
Messieurs
Kamal
Khayat
Directeur
Ammr Yahia Rapporteur
Jean-Louis Gallias
Examinateur
Soo-Duck
Hwang
Examinateur
Baudouin M. AISSOUN
Sherbrooke
(Qubec), Canada
Mai
2011
w
3 1
-
7/26/2019 Rheology du beton
2/142
Library and Archives
Canada
Published
Hritage
Branch
Bibliothqueet
Archives Canada
Direction
du
Patrimoine
de
l'dition
395Wellington
Street
Ottawa
ONK1A0N4
Canada
395,
rue
Wellington
OttawaON
K1A
0N4
Canada
Yourfile Votre rfrence
ISBN:
978-0-494-83651-4
Ourfile
Notre rfrence
ISBN: 978-0-494-83651-4
NOTICE:
The
author
has granted a
non-
exclusive license allowing Library and
ArchivesCanada to reproduce,
publish,
archive, preserve, conserve,
communicate to
the public by
tlcommunicationor on the Internet,
loan,
distrbute and sell
theses
worldwide, for commercial ornon-
commercial purposes, in microform,
paper, electronic and/or any other
formats.
AVIS:
L'auteur
a
accord une
licence non
exclusive
permettant la
Bibliothque
et
Archives
Canada de reproduire, publier,
archiver,
sauvegarder,
conserver,
transmettre
au public
par
tlcommunication ou par l'Internet, prter,
distribuer et vendre des thses partout dans le
monde,
des fins commerciales ou autres,
sur
support microforme,
papier, lectronique
et/ou
autres formats.
The
author
retains
copyright
ownership and moral rights inthis
thesis. Neitherthe
thesis nor
substantial extracts
from it
may
be
printed or otherwise reproduced
without the author's
permission.
L'auteur conserve
la
proprit du
droit
d'auteur
et
des droits
moraux
qui
protg
cette thse.
Ni
la
thse ni des extraits substantiels de
celle-ci
nedoivent tre imprims
ouautrement
reproduits
sans
son autorisation.
In compliance
with
the Canadian
Privacy Act some supporting forms
may
have
been removed from this
thesis.
While these
forms may
be
included
in the document page count, their
removal does
not represent
any loss
of
content from
the thesis.
Conformment
la loi canadienne sur
la
protection de la vie prive, quelques
formulaires secondaires ont
t
enlevs de
cette thse.
Bien que ces
formulaires
aient
inclus
dans
la
pagination,
il
n'y aura aucun contenu
manquant.
Canada
-
7/26/2019 Rheology du beton
3/142
RSUM
Les caractristiques
physiques des
granulats ont
une
forte influence
sur la performance
du
bton, y
compris l'ouvrabilit du
bton, la zone
de transition, le module d'lasticit,
la
rsistance mcanique, etc. Comparativement
aux
btons conventionnels vibrs, les btons
fluides rhologie adapt (BFRA) beaucoup plus complexes, doivent
prsenter une bonne
stabilit (rsistance
la
sgrgation), une bonne rhologie
et
les rsistances mcaniques
souhaites. Le choix des
granulats
joue un rle majeur pour l'obtention de ces diffrentes
proprits. Une meilleure comprhension de l'influence des
caractristiques physiques sur
la
performance
des BFRA
est ncessaire
pour leur
optimisation afin
d'obtenir un
bon
rapport
performance-cot.
L'objectif
principal de cette tude
est
de comprendre l'influence des proprits physiques des
granulats (forme, densit, granulomtrie, module de finesse, et la
quantit de particules
plates
ou allonges)
sur
la demande en superplastifant, la rhologie et les proprits
mcaniques des
BFRA.
Les
types
de btons tudis sont les btons autoplaants (BAP) destins
la
construction de btiments,
les
btons
semi-autoplaants
(BSAP) destins pour
la
construction
et
la rparation
des
infrastructures
et les
BAP destins
la prfabrication.
Quatre
rapports sable/granulat total
(S/G),
deux
sables composs
(manufactur et naturel) au
laboratoire
de
diffrentes
finesses (MF =
2,5 et
MF =
3)
et
un sable naturel
provenant
d'usines
ont t utiliss.
L'influence
de
la compacit
granulaire, du type de
sable
(naturel
vs
manufactur)
et
de la teneur en fines du squelette granulaire sur les proprits
rhologiques et
mcaniques
des
BFRA est tudie. Douze mlanges
de
BSAP ont t
formuls
cet effet.
L'influence du type de
granulomtrie
(continue ou
discontinue),
du
diamtre nominal
maximal des gros granulats (10, 14
et
20
mm)
et
de
la forme des gros granulats (roul,
aplati
et allong) sur
les
proprits rhologiques et mcaniques
des BFRA ont t tudies. Quatre
types de gros granulats provenant de l'industrie et sept gros
granulats reconstitus en
laboratoire
ont
t utiliss
pour
prendre en
compte
tous
ces
paramtres.
Les rsultats montrent que la compacit granulaire
est
une donne importante prendre
en
compte
pour
la
formulation
d'un
BFRA
(BAP
ou BSAP).
Cette tude
a
galement
montr que
les particules
fines
de diamtres infrieurs
315 ^m
sont celles qui influencent les paramtres
rhologiques
des BSAP. Pour un rapport
E/L
constant
et un
diamtre
d'talement fixe,
l'augmentation
de la
teneur de
particules
passant
le
tamis
315 fim
augmente
la
viscosit
plastique, diminue
le
seuil de cisaillement
et
augmente
la
stabilit statique
des
btons. Cette
tude
prconise
l'utilisation
des
granulats
concasss de
granulomtrie
continue
contenant
des
particules quidimensionelles pour amliorer
les
proprits rhologiques des btons.
Enfin, grce cette tude, la production
des
BAP dans les industries connatra
une
avance
majeure par un choix stratgique
des
granulats. Les industries
pourront
notamment faire une
utilisation
optimale
des superplastifiants,
adapter la
rhologie
des
BAP (viscosit plastique et
seuil de cisaillement) au type de BAP
tout
en conservant
leurs
caractristiques mcaniques.
Cette tude
bien
que
scientifique, rpond en
d'autres
termes aux besoins de
l'industrie
car elle
propose
un
bon
rapport
performance-cot des BAP.
Mots
Cls : Btons fluides; granulats; rhologie, stabilit, compacit
granulaire.
i
-
7/26/2019 Rheology du beton
4/142
REMERCIEMENTS
La rdaction
d'un
mmoire
est
un processus difficile raliser
seul.
Elle fait intervenir
plusieurs
acteurs
qui
mritent
d'tre
remercis.
A cet effet,
je me fais
le
plaisir
et
l'agrable
devoir
d'exprimer toute ma
reconnaissance
l'endroit
de mon directeur de recherche,
Monsieur
Kamal
KHAYAT,
non
seulement pour
son
soutien pdagogique, matriel
et
financier mais aussi
et
surtout pour sa disponibilit
et
ses conseils sans lesquels ce projet
n'aurait
pas pu
se raliser.
Je ne
saurais oublier Monsieur
Soo-Duck
HWANG
qui a
particip
activement
la
supervision de
cette
matrise.
Mes
remerciements
vont galement
Monsieur Jean
louis GALLIAS et
Monsieur
Sbastien
REMOND, qui m'ont
conseill pour
la
premire
fois l'Universit
de
Sherbrooke.
Merci
pour
vos
conseils
et
vos
encouragements.
Je tiens galement exprimer
ma gratitude
tout le
personnel du groupe
bton (professeurs,
professionnels de recherche, techniciens
et
tudiants) pour
leur
troite
collaboration dans
l'accomplissement de mes travaux.
A
toutes mes amies
et
tous
mes
amis
du
groupe
bton,
avec qui nous avons partag
d'inoubliables moments, sans oublier toutes celles
et
ceux, qui, de
loin
ou de prs,
ont
contribu
l'aboutissement de ce
projet. Merci.
Ma reconnaissance s'adresse aussi la section
locale
de l'ACI de l'est
et
de
l'Ontario
pour
^l'honneur qui m'a
t fait en m'octroyant une bourse pour ce
sujet
de matrise. Cette
reconnaissance
a
t
pour
moi
un
regain
d'nergie pourmener bien ces travaux.
Enfin
je
remercie
ma famille,
particulirement mon
pre
pour
l'assistance
financire
et le
soutien moral
qu'il
a
toujours
su
m'apporter
tout au long de
mes
tudes.
Je
ne
saurais terminer
sans
remercier
la
Providence divine
pour
son assistance spirituelle.
Merci encore
toutes et
tous.
ii
-
7/26/2019 Rheology du beton
5/142
TABLE DES MATIERES
CHAPITRE
1 : INTRODUCTION
1
CHAPITRE 2 :SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
5
2.1.
GRANULATS
DANS LE BETON 5
2.1.1.
S O U R C E S
D E
G R A N U L A T S 5
2.1.2.
C A R A C T R I S T I Q U E S
D E S
G R A N U L A T S
T L E U R I N F L U E N C E
S U R L A
R H O L O G I E
D E S
B T O N S
7
A. M O D U L E
D E
F I N E S S E 11
B.
G R A N U L O M T R I E
7
C. D I A M T R E N O M I N A L MAXIMUM D E S G R A N U L A T S
12
D. F O R M E E T T E X T U R E D E
S U R F A C E
D E S P A R T I C U L E S
14
E. C O M P A C I T D U S Q U E L E T T E G R A N U L A I R E
22
2.1.3: Q U E L Q U E S M T H O D E S D ' O P T I M I S A T I O N
D E S G R A N U L A T S
P O U R
L A F O R M U L A T I O N
D E S
B T O N S 27
A. M T H O D E
E M P I R I Q U E D E
S H I L S T O N E
27
B. M T H O D E ACI
( A M E R I C A N
C O N C R E T E I N S T I T U T E )
29
C.
M T H O D E
F R A N A I S E
D E D R E U X
30
2.2. PROPRIETES
A
L'ETAT FRAIS DES BETONS AUTOPLAANTS 33
2.2.1
N O T I O N S D E R H O L O G I E 33
A. LE
S E U I L D E
C I S A I L L E M E N T
E T L A V I S C O S I T
P L A S T I Q U E
33
B. LES R H O M T R E S 36
2.2.2
N O T I O N
D E S T A B I L I T
36
2.3.
SYNTHESE 37
CHAPITRE 3
:
BUT
DE
LA
RECHERCHE
ET PROGRAMME
EXPERIMENTAL 38
3.1. PROBLMATIQUE ETBUT DE RECHERCHE 38
3.1.1.
T U D E D E
L ' I N F L U E N C E
D E
L A
C O M P A C I T
D U
S Q U E L E T T E
G R A N U L A I R E
39
3.1.2.
T U D E D E L ' I N F L U E N C E
D E
L A F I N E S S E
T
D U T Y P E D E G R A N U L A T S F I N S (SA B LE ) 40
3.1.3.
T U D E
D E
L ' I N F L U E N C E D U T Y P E
D E
G R A N U L O M T R I E T D E L A F O R M E D E S
P A R T I C U L E S
41
3.2. PROGRAMME EXPRIMENTAL : 41
3.2.1. I D E N T I F I C A T IO N D E S G R A N U L A T S
T B T O N S .
R~ . . T ; . ; 42
3.2.2.
T U D E D E
L ' I N F L U E N C E D E
L A C O M P A C I T T D E
L A
F I N E S S E
D U
S A B L E
S U R L E S
P E R F O R M A N C E S
D E S BFRA...
45
3.2.3.
T U D E
D E
L ' I N F L U E N C E D U T Y P E
D E
G R A N U L O M T R I E 47
3.2.4.
E T U D E D E
L ' I N F L U E N C E D E L A F O R M E
D E S
G R A N U L A T S S U R L A
P E R F O R M A N C E
D E S B T O N S 49
CHAPITRE
4:
CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX ET PROCEDURES
EXPERIMENTALES51
4.1
CARACTRISTIQUES DES
MATRIAUX
51
4.1.1.
C I M E N T
51
4.1.2.
C E N D R E
V O L A N T E
51
4.1.3.
E A U D E G C H A G E
52
4.1.4.
A D J U V A N T S C H I M I Q U E S
52
A. S U P E R P L A S T I F I A N T
52
B. A G E N T
V I S C O S A N T
53
iii
-
7/26/2019 Rheology du beton
6/142
4.1.5.
G R A M I L A T S
INS 54
4.1.6.
G R O S G R A M I L A T S
55
A.
G R O S G R A N U L A T S
M R E S 55
B. M L A N G E S G R A N U L A I R E S : C O M B I N S
D E
G R O S
G R A N U L A T S
57
4.2
PROCDURES EXPRIMENTALES
59
4.2.1.
D T E R M I N A T IO N D E
L A
C O M P A C I T
G R A N U L A I R E
59
4.2.2. D T E R M I N A T I O N D E S P A R T I C U L E S P L A T
E S T A L L O N G E S S E L O N L A N O R M E
NQ2560-265/1986-07-07. 65
4.2.3.
P R O C D U R E D E
M A L A X A G E
65
4.2.4. E S S A I S L ' T A T F R A I S D U
B T O N
67
A.
E S S A I S D E R H O L O G I E 67
B. E S S A I D T A L E M E N T 68
C. E S S A I J-RING 69
D. E S S A I V - F U N N E L
70
E. E S S A I
D E T A S S E M E N T 70
4.2.5. F A B R I C A T I O N
T C O I F F A G E D E S P R O U V E T E S
D ' ES S AI
71
CHAPITRE
5:
INFLUENCE
DE LA COMPACITE ET DE
LA
QUANTIT DE
FINES
SUR LES
PERFORMANCES
DES
BFRA 73
5.1
INTRODUCTION :
73
5.2 COMPARAISON
ENTRE
LES COMPACITS THORIQUES
ET
LES COMPACITS EXPRIMENTALES 73
5.3 INFLUENCE DE
LA
COMPACIT GRANULAIRE SUR LES PROPRITS DES BFRA 76
5.3.1
I N F L U E N C E D E
L A
C O M P A C I T
S U R
L A D E M A N D E E N S U P E R P L A T I F I A N T 77
5.3.2 I N F L U E N C E D E
L A C O M P A C I T G R A N U L A I R E S U R
L A S T A B I L I T
S T A T I Q U E
78
5.3.3 I N F L U E N C E D E
L A
C O M P A C I T G R A N U L A I R E S/G
S U R
L A V I S C O S I T D E S BFRA
79
5.3.4 I N F L U E N C E D E L A
C O M P A C I T G R A N U L A I R E S U R L E
S E U I L D E C I S A I L L E M E N T D E S
B F R A 81
5.3.5 I N F L U E N C E D E
L A C O M P A C I T S U R
L A R S I S T A N C E E N
C O M P R E S S I O N 83
5.4 INFLUENCE DE
LA
QUANTIT DE FINES SUR
LES
PROPRITS DES BFRA 85
5.4.1 I N F L U E N C E
D E
L A F I N E S S E
D U
S A B L E S U R
L A
V I S C O S I T D E S
B T O N S
85
5.4.2 I N F L U E N C E D E L A F I N E S S E D U S A B L E
S U R
LE S E U I L
D E
C I S A I L L E M E N T D E S
BFRA
89
5.4.3 I N F L U E N C E D E L A
F I N E S S E
D U S A B L E
S U R
L A S T A B I L I T S T A T I Q U E ,91
5.5 CONCLUSION 93
CHAPITRE
6:
INFLUENCE
DES CARACTERISTIQUES DES
GROS GRANULATS
SUR
LES
PERFORMANCES
DES BFRA 94
6.1
INTRODUCTION 94
6.2 INFLUENCE DU TYPE DE GRANULOMTRIE ET
DU
DIAMTRE MAXIMUM DES
GRANULATS
SUR LES
PROPRITS DES BFRA 94
6.2.1 I N F L U E N C E D U T Y P E D E G R A N U L O M T R I E
T D U D I A M T R E S U R Q U E L Q U E S C A R A C T R IS T IQ U E
S D E S D I F F R E N T S
S Q U E L E T T E S G R A N U L A I R E S
96
6.2.2
I N F L U E N C E
D U
T Y P E D E G R A N U L O M T R I E T
D U
D I A M T R E M A X I M U M D E S
G R A N U L A T S
S U R L A
V I S C O S I T
( V A L I D A T I O N
D E L A
P H A S E
I )
98
6.2.3
I N F L U E N C E
D U
T Y P E
D E G R A N U L O M T R I E
T
D U
D I A M T R E M A X I M U M D E S G R A N U L A T S S U R
L A S T A B I L I T
99
iv
-
7/26/2019 Rheology du beton
7/142
6.2.4 Influence du
type
de
granulomtrie et du diamtre maximum des
granulats
sur la
rsistance
en
C O M P R E S S I O N 100
6.3
INFLUENCE DE
LA
FORME DES GRANULATS SUR
LA
PERFORMANCE DES BFRA 101
6.3.1 I N F L U E N C E D E L A F O R M E R O U L E
O U
C O N C A S S E S U R L E S
P E R F O R M A N C E S
D E S B T O N S 103
6.3.2 I N F L U E N C E D E L A
Q U A N T I T
D E
P A R T I C U L E S P L A T E S T
A L L O N G E S
P R S E N T E S
D A N S
L S Q U E L E T T E
G R A N U L A I R E
S U R
L E S
P E R F O R M A N C E S D E S B T O N S
108
6.4 CONCLUSION
111
CHAPITRE
7
:SYNTHESE 113
ANNEXES 114
LISTE DES REFERENCES
125
V
-
7/26/2019 Rheology du beton
8/142
LISTE DES FIGURES
FIGURE 1.1 :
ORGANIGRAMME
DU PROGRAMME D'TUDE 4
FIGURE 2.1
:
TAMIS UTILISS POUR
ANALYSE
GRANULOMTRIQUE
DES
GROS
GRANULATS (ASTM
C136)
8
FIGURE 2.2 :
CLASSES
GRANULAIRES
ET
TYPES DE
GRANULOMTRIE POSSIBLES[PHOUMMAVONG, 2006] 9
FIGURE
2.3 :
INFLUENCE DE
LA PTE DE CIMENT SUR LA DEMANDE
EN
SUPERPLASTIFIANT
POUR
DIFFRENTS TYPES
DE GRANULOMTRIES [KOEHLER
ET
FOWLER, 2007] 10
FIGURE 2.4 : INFLUENCE DE
LA
PTE DE CIMENT SUR LA
VISCOSIT
PLASTIQUE POUR DIFFRENTS
TYPES
DE
GRANULOMTRIES
10
FIGURE 2.5
:
POURCENTAGE DE RETENUS IDALS
DES COMBINS SELON
LA
NORME ASTM
C33 11
FIGURE 2.6 :TENEUR
EN
CIMENT
ET EN
EAU EN FONCTION
DE
LA GROSSEUR NOMINALE MAXIMALE DES
GRANULATS
POUR
DES
BTONS AVEC ET
SANS
AIR ENTRAN [BUREAU, 1981] 14
FIGURE
2.7 : TROIS
DIMENSIONS PRINCIPALES D'UNE
PARTICULE (LECOMTE ET AL,
1992)
15
FIGURE 2.8
:
DFINITION DE LA SPHRICIT
[AITCIN
ET
AL.,
1992] 16
FIGURE
2.9:
DFINITION
DE LA
ZONE
DE PARTICULES
ET
DE SURFACE CONVEX E [KOEHLER ET FOWLER,
2007].... 16
FIGURE
2.10
:INDICE DE CARACTRISATION DE LA
SPHRICIT ET
DE
L'ANGULARIT
DES
PARTICULES
[KOEHLER
ET
FOWLER,
2007]
18
FIGURE
2.11:
CALIBRE DE LONGUEUR POUR PARTICULES ALLONGES (NQ 2560-265)
19
FIGURE 2.12:
CALIBRE
D'PAISSEUR
POUR
PARTICULES PLATES
(NQ
2560-265) 19
FIGURE
2.13: RELATION ENTRE LA DEMANDE EN
EAU ET
LE
FACTEUR DE
COMPACTION
POUR
DIFFRENTS INDICES
1APST
[JAMKAR
ET RAO,
2004]
20
FIGURE 2.14:
VARIATION DU
FACTEUR DE L'ALLONGEMENT ET DE LA SPHRICIT
DES
GRANULATS
EN FONCTION
DE LA
PLASTICIT POUR BAP [KOEHLER ET FOWLER, 2007] 21
FIGURE
2.15 : INFLUENCE DE LA
FORME DES
GRANULATS SUR LA COMPACIT [F.
DE
LARRARD,
1999;
F. DE
LARRARD, 2010] 25
FIGURE
2.16:
VARIATION
DE
LA
QUANTIT DE SUPERPLASTIFIANT
EN
FONCTION
DU TYPE
DE
GRANULATS
[K.
H.
KHAYAT
ET AL., 2000] 26
FIGURE 2.17: INFLUENCE DE LA
COMPACIT
ET
DE LA
SURFACE
SPCIFIQUE
DES
GRANULATS
SUR
LA DEMANDE
EN
SUPERPLASTIFIANT [KOEHLER ET
FOWLER,
2007] 26
FKHJRE 2.18 : INFLUENCE
DEL
COMPACIT ETDE L
SURFACE
SPCIFIQUE DES
GRANULATS SUR
LA VISCOSIT
PLASTIQUE DES BAP [KOEHLER ET FOWLER, 2007] 27
FIGURE
2.19:DFINITION DES
ZONES DE
CONFORT
POUR LE
CHOIX
DES GRANULATS [SHILSTONE,
2002] 28
FIGURE 2.20 : COURBE GRANULAIRE DE RFRENCE SELON D RE UX ( DR EU
X 1970)
31
FIGURE 2.21 : REPRSENTATION SCHMATIQUE DES DIFFRENTS TYPES DE
COMPORTEMENTS RHOLOGIQUES DES
MATRIAUX [NGUYEN,2008] 34
FIGURE
3.1
ORGANIGRAMME
PRSENTANT
LES
GRANDES
LIGNES
DU
PROGRAMME
EXPRIMENTAL
39
FIGURE
3.2:
SCHMA
POUR
L'IDENTIFICATION DES GRANULATS 42
FIGURE 3.3: SCHMA POUR L'IDENTIFICATION DES BTONS DE LA PHASE 1
44
FIGURE 3.4: SCHMA POUR L'IDENTIFICATION DES BTONS DE LA PHASE
II
44
FIGURE 3.5 : REPRSENTATION SCHMATIQUE
DU
PROGRAMME
EXPRIMENTAL
DE LA PHASE
I
47
FIGURE
3.6: DIAGRAMME
RCAPITULATIF DE
L'TUDE DE
L'INFLUENCE
DU TYPE DE
LA
GRANULOMTRIE 48
V I
-
7/26/2019 Rheology du beton
9/142
FIGURE 3.7:
DIAGRAMME RCAPITULATIF DE L'TUDE DE L'INFLUENCE DE LA
FORMEDES GRANULATS
SUR
LES
PERFORMANCES DES BFRA
50
FIGURE
4.1
:
GRANULOMTRIE DES
TROIS
TYPES
DE SABLE
VALUS POUR TUDIER LES PROPRITS
RHOLOGIQUES ET MCANIQUES DES BFRA
54
FIGURE
4.2
:
GRANULATS
DE
SURFACE
RUGUEUSE
56
FIGURE
4.3
: GRANULATS
DE SURFACE
LISSE
56
FIGURE 4.4
: GRANULOMTRIE
DES
GROS GRANULATS CONCASSS
57
FIGURE 4.5:GRANULOMTRIE DES GROS GRANULATS ROULS
57
FIGURE
4.6
:
GRANULOMTRIE
DES
COMBINS
DE TYPE DE GRANULOMTRIE DIFFRENTE 58
FIGURE 4.7:
GRANULOMTRIE
DES COMBINS
AYANT
DIFFRENTES
QUANTITS
DE PARTICULES PLATES ET
ALLONGES , 59
FIGURE
4.8 :
INTENSIVE COMPACTION TESTER
[HOUEHANOU, 2004] 60
FIGURE 4.9 :
CONTENANT
CYLINDRIQUE
ET AUTRES ACCESSOI RES DE L'ICT 60
FIGURE
4.10 :TABLE
VIBRANTE
(A) ET MANETTE DE COMMANDE (B)
62
FIGURE
4.11
: CONTENANT CYLINDRIQUE SUR
TABLE VIBRANTE 63
FIGURE 4.12 :
MESURE
DE LA DNIVELE AH
APRS
COMPACTION DES GROS
GRANULATS
64
FIGURE
4.13
:
PROCDURE
DE MALAXAGE
UTILISE
POUR LA
CONFECTION
DES
BFRA 66
FIGURE 4.14: GOMTRIE DE L'AGITATEUR EN
H
ET
SURFACE
CIRCONSCRITE FORME PAR L'AGITATEUR POUR LA
DTERMINATION DES PARAMTRES RHOLOGIQUES
[ YAHIA
ET KHAYAT, 2006] 67
FIGURE 4.15 : RHOMTRE IBB AVEC
AGITATEUR
PALETTE EN FORME DE CROIX 68
FIGURE 4.16 :
ESSAI
D'TALEMENT 68
FIGURE
4.17: ESSAI J-RING 69
FIGURE
4.18: ESSAI
V-FUNNEL
70
FIGURE 4.19: ESSAI
DE TASSEMENT
71
FIGURE 5.1 : COMPARAISON ENTRE COMPACITS THORIQUES ET EX
PRIMENTALES 75
FIGURE
5.2 :
VARIATION DE
LA
DEMANDE
EN SUPERPLASTIFIANT
(POLYCARBOXYLATE) E N
FONCTION
DE LA
COMPACIT DU SQUELETTE
GRANULAIRE
POUR BTON INFRASTRUCTURE 77
FIGURE
5.3
: VARIATION
DU
TASSEMENT EN FONCTION DE LA COMPACIT DU SQUELETTE GRANULAIRE
POUR
BSAP INFRASTRUCTURE
78
FIGURE 5.4 : VARIATION DE LA VISCOSIT PLASTIQUE EN FONCTION
DE
LA
COMPACIT DU SQUELETTE
GRANULAIRE POUR
BSAP INFRASTRUCTURE 80
FIGURE 5.5 : VARIATION DU SEUIL DE CISAILLEMENT EN FONCTION DE
LA
COMPACIT
DU SQUELETTE GRANULAIRE
POUR BSAP
INFRASTRUCTURE 81
FIGURE
5.6
: VARIATION DU DIAMTRE
D'TALEMENT
EN FONCTION
DE
LA COMPACIT DU
SQUELETTE
GRANULAIRE
POUR
BSAP
INFRASTRUCTURE
82
FIGURE 5.7
:
VARIATION
DE LA RSISTANCE EN COMPRESSION
56 JOURS
EN FONCTION DE
LA COMPACIT
DU
SQUELETTE GRANULAIRE POUR BTON INFRASTRUCTURE 83
FIGURE
5.8
:
VARIATION DE
LA RSISTANCE EN COMPRESSION
56
JOURS E N
FONCTION
DU RAPPORT
S/G POUR
BSAP
INFRASTRUCTURE
84
vii
-
7/26/2019 Rheology du beton
10/142
FIGURE
5.9
:VARIATION
DE
LA VISCOSIT PLASTIQUE EN FONCTION DU RAPPORT SABLE /GRANULAT
TOTAL POUR
BSAP INFRASTRUCTURES 86
FIGURE
5.10:
LGENDE
DE
DIFFRENCIATION
DES
BTONS ET
DES RAPPORTS S/G TUDIS
87
FIGURE
5.11
: VARIATION DE LA VISCOSIT PLASTIQUE EN FONCTION DE LA TENEUR
EN
FINES
DE
DIAMTRES
INFRIEURS
80 |M 87
FIGURE
5.12:
VARIATION DE
LA VISCOSIT PLASTIQUE EN FONCTION
DE
LA TENEUR DES FINES
DE
DIAMTRES
INFRIEURS 31
5
M
M
POUR BSAP INFRASTRUCTURES 88
FIGURE 5.13: VARIATION
DU
SEUIL
DE
CISAILLEMENT EN FONCTION DU
RAPPORT SABLE
/GRANULAT
TOTAL
POUR
BSAP INFRASTRUCTURES
(ETALEMENT
=550 20MM) 89
FIGURE
5.14:
VARIATION DU SEUIL DE
CISAILLEMENT EN FONCTION
DE
LA
QUANTIT
DES PARTICULES
FINES
INFRIEURES
80
> I M
POUR
BSAP
INFRASTRUCTURE 90
FIGURE 5.15: VARIATION DU SEUIL DE
CISAILLEMENT EN
FONCTION DU DE LA QUANTIT DES
PARTICULES FINES
INFRIEURES 315 | 1 M
POUR
BTONS INFRASTRUCTURES
90
FIGURE
5.16: VARIATION DU TASSEMENT
EN
FONCTION DU RAPPORT SABLE/GRANULATTOTAL POUR BSAP
INFRASTRUCTURE 91
FIGURE
5.17: VARIATION
DU TASSEMENT
EN FONCTION DE
LA
QUANTIT DES
PARTICULES
FINES INFRIEURES
315
M M POUR
BSAP
INFRASTRUCTURE 92
FIGURE 6.1 :
COURBES DE
RETENUS
SUR TAMIS DES
DIFFRENTS
GRANULATS
TUDIS 97
FIGURE
6.2 : VISCOSIT PLASTIQUE DES BTONS EN FONCTION
DU TYPE DE
GRANULOMTRIE ET DU DIAMTRE
NOMINAL
MAXIMAL
DES
GRANULATS 98
FIGURE
6.3
:
TASSEMENT DES
BTONS
EN
FONCTION DU TYPE DE
GRANULOMTRIE ET
DU
DIAMTRE
NOMINAL
MAXIMAL DES GRANULATS
100
FIGURE 6.4 : VARIATION DU TASSEMENT DES BTONS EN FONCTION DE LA
QUANTIT DE PARTICULES DE
DIAMTRES
COMPRIS ENTRE 10 ET 14
MM
100
FIGURE
6.5 : RSISTANCE
EN
COMPRESSION DES BTONS EN FONCTION DU TYPE
DE GRANULOMTRIE
ET
DU
DIAMTRE
MAXIMUM DES GRANULATS
101
FIGURE 6.6
: VARIATION DE LA VISCOSIT PLASTIQUE
EN
FONCTION DE LA
FORME DES GRANULATS
POUR
BTON
BTIMENT
103
FIGURE6.7 -.VARIATION
DE LA
VISCOSIT PLASTIQUE
EN
FONCTION
DE LA
FORME DES
GRANULATS
POUR
BTON
INFRASTRUCTURE
104
FIGURE 6.8 : VARIATION DU SEUIL DE
CISAILLEMENT EN
FONCTION DE
LA FORME DES
GRANULATS POUR BTON
BTIMENT 105
FIGURE 6.9
: VARIATION
DU SEUIL DE
CISAILLEMENT EN FONCTION
DE
LA
FORME
DES GRANULATS POUR
BTON
INFRASTRUCTURE
105
FIGURE 6.10
:
VARIATION DU TASSEMENT EN
FONCTION
DE
LA FORME
DES GRANULATS
POUR
BTON
BTIMENTS
106
FIGURE
6.11 : VARIATION DU TASSEMENT EN FONCTION
DE LA
FORME ROULE OU
CONCASSE
DES GROS
GRANULATS POUR BTONS
INFRASTRUCTURES
107
FIGURE
6.12 : VARIATION
DE
LA RSISTANCE EN COMPRESSION EN FONCTION DE
LA
FORME ROULE OU
CONCASSE
DES
GROS
GRANULATS
POUR
BTONS
BTIMENTS 108
viii
-
7/26/2019 Rheology du beton
11/142
FIGURE
6.13 :VARIATION DE LA RSISTANCE EN COMPRESSION EN FONCTION DE LA
FORME ROULE OU
CONCASSE DES GROS GRANULATS
POUR
BTONS INFRASTRUCTURES 108
FIGURE 6.14
:
VARIATION
DE LA VISCOSIT PLASTIQUE
EN
FONCTION DU POURCENTAGE
DE
PARTICULES PLATES
ET
ALLONGES PRSENTES
DANS LES GROS
GRANULATS POUR
BTON
INFRASTRUCTURE 109
FIGURE 6.15
:
VARIATION DU SEUIL DE
CISAILLEMENT
EN
FONCTION DU POURCENTAGE
DE
PARTICULES PLATES ET
ALLONGES PRSENTES
DANS
LES GROS GRANULATS
POUR BTON INFRASTRUCTURE 110
FIGURE 6.16 : VARIATION
DU TASSEMENT EN
FONCTION
DU
POURCENTAGE
DE
PARTICULES PLATES
ET ALLONGES
PRSENTES DANS LES GROS GRANULATS POUR BTON
INFRASTRUCTURE 110
FIGURE 6.17 : VARIATION DE LA RSISTANCE EN COMPRESSION EN
FONCTION DU POURCENTAGE
DE
PARTICULES
PLATES ET ALLONGES PRSENTES
DANS LES GROS
GRANULATS POUR BSAP 111
-
7/26/2019 Rheology du beton
12/142
LISTE
DES
TABLEAUX
TABLEAU 2.1 : EXEMPLE DE FUSEAU IMPOS POUR UN GRANULAT DE
GRANULOMTRIE 5-14 8
TABLEAU 2.2 :
VOLUME DE
GROS GRANULATS PAR
UNIT
DE VOLUME DE
BTON (ACI 211.1-77)
30
TABLEAU 2.3 : EFFETS DES
PARAMTRES DE FORMULATION
SUR LE
SEUIL DE
RIGIDIT E T
LA VISCOSIT
PLASTIQUE
[K.
H.
KHAYAT, 2009]
35
TABLEAU 3.1:
TROIS TYPES DE GRANULATS FINS (SABLES) TUDIS 43
TABLEAU 3.2 :TROIS CATGORIES DE GROS GRANULATS (PIERRES) TUDIS
43
TABLEAU 3.3 : GRANULATS COMPOSS ISSUS DE LA PIERRE CONCASSE
PC-14
43
TABLEAU 3.4 :
COMPACIT DES
12 SQUELETTES GRANULAIRES
DE
LA PHASE I
(PIERRE PC-14) 46
TABLEAU
3.5 : COMPOSITION DES BTONS DE LA
PHASE
I 46
TABLEAU
3.6 :CARACTRISTIQUES DE FORMULATION DES BTONS DE LA PHASE II
48
TABLEAU
3.7 : PARTICULES
PLATES
ALLONGES POUR CHAQUE CLASSE GRANULAIRE 50
TABLEAU 3.8 : PIERRES CONTENANT DIFFRENTS POURCENTAGES DE
PARTICULES
PLATES
ET ALLONGES 50
TABLEAU
4.1:COMPOSITION DE
BOGUE
DU CIMENT
GU
51
TABLEAU
4.2: CARACTRISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES
DU
CIMENT
ET
DE
LA
CENDRE
VOLANTE
52
TABLEAU
4.3: CARACTRISTIQUES PHYSIQUES DES SUPERPLASTIFIANTS
UTILISS 53
TABLEAU
4.4:
NATURE
ET ORIGINES DES DIFFRENTS GRANULATS FINS UTILISS 54
TABLEAU 4.5:CARACTRISTIQUES PHYSIQUES DES GRANULATS FINS
TUDIS
55
TABLEAU 4.6:
CARACTRISTIQUES PHYSIQUES
DES
GROS
GRANULATS PROVENANT DE L'INDUSTRIE 56
TABLEAU 4.7 :
CARACTRISTIQUES
PHYSIQUES DES GROS GRANULATS RECONSTITUS 58
TABLEAU
4.8: INDICE VS1SELON LA NORME ASTMC1611 69
TABLEAU 5.1: COMBINAISONS POUR LA DTERMINATION
DE
LA COMPACIT EX PRIMENTALE 74
TABLEAU 5.2 :
COMPACITS
EX PRIMENTALES ET COMPACITS THORIQUES 74
TABLEAU 5.3: PROPRITS RHOLOGIQUES ET MCANIQUES DES BTONS DE LA
PHASE 1 76
TABLEAU
5.4
:
QUANTITS
DE FINES
(EN
)
CONTENUES
DANS
LES DIFFRENTS SQUELETTES
GRANULAIRES
TUDIS
85
TABLEAU
6.1 : INFLUENCE DU TYPE DE GRANULOMTRIE
POUR
BTONS BTIMENTS 95
TABLEAU
6.2:
INFLUENCE
DU
TYPE
DE GRANULOMTRIE POUR
BTONS
INFRASTRUCTURES 95
TABLEAU 6.3: INFLUENCER
TYPE
DE GRANULOMTRIE POUR BTONS
DE
PRFABRICATION 96
TABLEAU
6.4 : CARACTRISTIQUES
DES GRANULATS
QUI
DIFFRENCIENT
LES SQUELETTES TUDIS 97
TABLEAU
6.5 :
INFLUENCE DE LA FORME
DES
GRANULATS (ROUL VS
CONCASS)
102
TABLEAU 6.6 : INFLUENCE DE LA FORME DES
GRANULATS
(PARTICULES PLATES
ET
ALLONGES) 103
x
-
7/26/2019 Rheology du beton
13/142
LISTE DES ACRONYMES
AC1: American Concrete
Institute
ASTM:
American Society
for Testing
and
Material
BAP
: Bton autoplaant
BFRA : Bton Fluide Rhologie Adapte
BSAP : Bton semi-autoplaant
GC
:
Granulats Combins
ICT : Intensive
Compaction
Tester
LCPC : Laboratoire Centrale des Ponts
et
Chausses
PC : Pierres
Concasses
PR
: Pierres
Roules
SCG
:
Sable Compos Grossier
SCN : Sable Compos Normal
SNN
: Sable Naturel Normal
4>max :
Diamtre nominal maximal
xi
-
7/26/2019 Rheology du beton
14/142
CHAPITRE
1
: INTRODUCTION
Le bton est le
matriau
le
plus utilis
par l'tre humain
aprs l'eau. A
cet
gard, il fait de plus
en plus objet
d'attention et
de
nombreux
travaux de
recherches.
De
ces
travaux, dcoulent
de
nouvelles gnrations de btons mieux adaptes
aux
besoins de l'industrie de la construction.
On peut, entre autres, citer :
-
les btons
trs hautes performances pour amliorer
les
rsistances
mcaniques et la
durabilit
des
btons,
- les
btons
verts
pour
rduire
l'mission
du
gaz
carbonique produite
iors de
la
fabrication du
ciment,
- les btons autoplaants pour amliorer
la
maniabilit,
la
rsistance mcanique
et la
durabilit des btons.
Les btons autoplaants (BAP)
se mettent
en
place
sous le seul effet de la gravit.
Dans
le
monde
moderne, o
la
cadence des constructions est
en
forte hausse
et
le prix de
main-
d'uvre
devient de plus en plus
lev, les
BAP deviennent
un matriau
intressant,
performant
et concurrentiel. Ils sont destins pour les constructions
ayant
des
formes simples
et complexes. Ils peuvent tre
couls
dans des
coffrages
de forme
complexe
et
fortement
arms.
Une
optimisation
des
BAP
en
vue
d'obtenir
des
btons performants
et
conomiques
est
l'une
ds
premires proccupations
de
l'industrie. Comparativement aux
btons conventionnels
vibrs,
la
stabilit (rsistance
la
sgrgation et au ressuage) et
la
rhologie des BAP sont des
lments essentiels
pour
un rsultat satisfaisant.
Les caractristiques physiques des granulats influencent la
performance du bton.
L'ouvrabilit du bton,
la zone de
transition
(l'interface
granulat-pte de ciment),
le
module
d'lasticit,
la
rsistance mcanique sont autant de proprits que les
granulats
influencent.
Bien que la
formulation
des BAP ne ncessite pas des granulats spcifiques, diffrentes
mthodes
d'optimisation des
granulats
peuvent
conduire
diverses proprits
des btons.
Les btons semi-autoplaants (BSAP) tant intermdiaires entre les
BAP et les
btons
conventionnels vibrs,
possdent
une ouvrabilit plus importante que le bton conventionnel
(diamtre d'talement compris entre 400 et 550
mm)
mais
ne
possdent pas les
mmes
1
-
7/26/2019 Rheology du beton
15/142
caractristiques
que
les BAP. L'influence des caractristiques des granulats sur ces
types de
btons sont
encore
peu connues.
Le choix
des granulats
joue
donc
un rle majeur pour l'obtention de meilleures
proprits.
Une
bonne comprhension
de
l'influence
des
caractristiques physiques
sur
la
performance
des
BAP
est
ncessaire pour leur
optimisation afin
d'obtenir un bon
rapport
performance-cot.
L'optimisation
du squelette granulaire
dans
diffrents
types de
btons
a dj
fait
l'objet
de
plusieurs travaux de recherche [F. De Larrard et Buil, 1987;
Lecomte
et
Thomas, 1992;
F. De
Larrard, 1999; Chouicha, 2006], Le dveloppement des
BAP
est
bas
sur une meilleure
connaissance
des proprits rhologiques (seuil
de
cisaillement,
viscosit
plastique,
stabilit
statique et dynamique).
A
ce
niveau,
la
plupart
des
travaux
mens
portent
sur l'influence des
particules fines (diamtres infrieurs
80 |am)
souvent utilises
comme
ajout au squelette
granulaire et la forme des gros granulats sur la compacit des
granulats [Koehler
et
Fowler,
2007],
Ces
travaux
ne
tiennent pas compte
du
pourcentage d'lments de diamtre compris
entre 80 et 315 (qui sont aussi des particules fines) contenu
dans
le
squelette granulaire
et
de la nature des grains de sables (naturel ou manufactur).
Les
caractristiques des granulats qui peuvent influencer
les
proprits des btons
sont :
-
Le
rapport sable/granulat total.
La
finesse
et
le
type
du
sable (fin vs grossier, naturelle
vs
manufactur).
Le type
de granulomtrie (continue
vs discontinue).
- La
forme des granulats (roul vs concass, aplati et allong).
La
prsente tude
porte
sur l'influence
des
caractristiques
des
granulats
sur la
demande
en
eau, les proprits rhologiques et
les
caractristiques mcaniques de
trois
types de
BAP
destins
respectivement la
construction des btiments (BAP
btiment),
l'infrastructure
(BSAP infrastructure) et l'industrie de
la
prfabrication (BAP prfabrication).
L'tude vise l'valuation du
comportement
des BAP
partir
des
caractristiques physiques
des granulats et des proprits rhologiques
de la
pte de
ciment. Les
travaux
de
cette
recherche contribueront
l'avancement des connaissances
relatives la production des
BAP
2
-
7/26/2019 Rheology du beton
16/142
par des choix stratgiques des granulats disponibles.
On
pourra notamment faire
une
utilisation optimale des
superplastifiants, adapter la rhologie
des
BAP
(viscosit plastique
et
seuil
de
cisaillement) en fonction
du
type
d'application
tout
en
conservant leurs
caractristiques
mcaniques.
Le
prsent mmoire de matrise est
prsent en sept (7) chapitres. Les quatre
(4)
premiers
portent sur
la
revue bibliographique (chapitre 2),
le but de la
recherche
et le
programme
exprimental (chapitre 3),
les
caractristiques
des matriaux
et
les
procdures exprimentales
(chapitre 4).
Les
rsultats, analyses et discussions
des
travaux exprimentaux sont prsents
dans les
chapitres
5 et 6. L'influence des caractristiques
des granulats
fins
(sables)
sur
les
performances des BAP est prsente
dans
le
chapitre
5
tandis que
le chapitre 6 porte sur
l'influence des caractristiques des gros
granulats
sur les
performances
des BAP. Une
synthse,
les
conclusions majeures
et
les
perspectives de recherche sont
prsentes dans le
chapitre 7. La figure 1.1 prsente l'organigramme
de la
prsente tude.
3
-
7/26/2019 Rheology du beton
17/142
Granulats
fins fixe
ros granulats
fixe
Discontinue
Roul
vs
Concass
Continue
Granulats Fins
Compacit
Finesse Forme
Gros
Granulats
Granulomtrie
BSAP
Infrastructures
Quantit
plates
et
allonges
- BAP Btiments
-
BAP Prfabrication
-
BSAP Infrastructures
- BAP
Btiments
-
BAP
Prfabrication
- BSAP Infrastructures
Paramtres valus
:
Granulomtries
^max
(10,14
&
20
mm
PROPRIETES RHOLOGIQUES ET MCANIQUES
- Modules
de Finesse
- Rapports Sable/Granulat
-
Types
de sables
-
%
fines
-
7/26/2019 Rheology du beton
18/142
CHAPITRE 2 : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
2.1
G r a n u l a t s d a n s
l e
b t o n
La
teneur
en gros granulats
d'un bton
autoplaant
est
gnralement
faible par rapport au
volume
total du bton (25-35%). [Okamura et Ozawa, 1994] mentionnent
que
le premier point dont il faut
tenir
compte lors de la formulation d'un bton autoplaant (BAP)
est
de limiter la teneur en gros
granulats, car les
btons frais
faible dosage
en
gros granulats
se caractrisent par une haute
rsistance
la sgrgation.
Cette
observation justifie selon
eux, la
quantit
de
granulats
fins soit
gnralement
plus leve que celle des gros granulats
dans
un BAP.
Bien
que
la
formulation
des
BAP
ne
ncessite pas
de
granulats
particuliers,
l'optimisation des
granulats
peut
conduire
de
meilleures
proprits des btons.
Les
principales
caractristiques des
granulats
qui
influencent
l'optimisation
du squelette
granulaire sont :
leur
compacit, leur forme,
leur finesse,
leur
granulomtrie, leur
taille maximale
etc.
2.1.1 Sources
de Granulats
En
Gnie civil,
les
granulats
peuvent
tre classs
en
fonction
de leurs sources
en
deux
grandes
catgories
:
les granulats naturels que
l'on
tire des carrires, des
gravires
ou des sablires et les
granulats artificiels que
l'on
peut
fabriquer
selon les
besoins
comme
des
granulats
lgers
pour
bton.
Les granulats
naturels sont subdiviss en deuxgrands
groupes
qui sont :
-
Les
granulats des carrires,
produits par
dynamitage des
roches d'abord au moyen
d'explosifs puis
rduits
la dimension voulue par concassage. Le
concassage est
la division
des
matires
dures
en
fragments
grossiers. Ce
procd permet
de
transformer
de
gros
fragments
de
roches
en une srie
de
granulats
qui
rpondent en quantit et en
qualit
aux divers besoins de
l'industrie:
granulats
pour bton,
granulats routiers, etc. Cette opration
est
ralise
en
plusieurs
tapes : concassage primaire,
secondaire
et
tertiaire,
spar l'un
de
l'autre par des criblages. Le
criblage est l'opration
qui
permet de sparer un ensemble de
granulats
en deux
sous-ensembles,
5
-
7/26/2019 Rheology du beton
19/142
l'un
contenant les lments plus gros d'une dimension donne, l'autre
les plus fins [Arqui et
Tourenq, 1990], Les quipements
qui
permettent
le concassage
des
blocs
rocheux sont appels
concasseurs.
Les
paramtres tels que
les
caractristiques
mcaniques
de
la
roche,
la
granularit
du
matriau
l'entre
du
concasseur, le dbit d'alimentation et
sa
rgularit, le rglage du concasseur, ont une
grande influence sur
la
forme, l'angularit,
la
granularit et le dbit du
produit
de
concassage
[Jemmali, 1996]. Pour les granulats concasss, la
forme
originale forme par le dynamitage est
affecte par les caractristiques structurelles de grande
envergure dans la roche ainsi que des
dfauts
petite chelle et des discontinuits. L'anisotropie de
la
roche se traduit par des particules
plates
et
allonges
lors de l'crasement
et
en fonction du
type
de broyage [Koehler et Fowler,
2007]. Les concasseurs
percussion sont prfrables
aux
concasseurs de compression, comme les
mchoires
giratoires et les concasseurs
cne [A'itcin, 2001 et Ozol, 1978]. [Goldsworthy, 2005]
recommande des
concasseurs
percussion pour produire des agrgats de bton, de forme
amliore,
ayant une bonne texture, et une
granulomtrie
convenable.
Il faut donc
que les
appareils choisis, soient bien
rgls
et bien
utiliss.
En particulier, le dbit
d'alimentation doit
varier
aussi peu que
possible, et pour viter les drglages accidentels,
il
faut
surveiller les concasseurs
l'aide d'instruments de contrle, ampremtre, voltmtre, etc
[Jemmali, 1996].
- Les granulats
des gravires
et des
sablires proviennent
souvent
des
dpts
mis
en
place
par de l'eau (dpt
fluviatile,
deltaque, marin lacustre) ou
par
les glaciers ou par le vent (dpt
olien, sable de dune). Contrairement au cas de
l'exploitation
en carrire, le concassage
est une
opration auxiliaire
puisqu'on
concassera les
classes granulaires
non
demandes pour
augmenter
les
classes dficitaires dans les
matriaux
concasss. Le criblage est,
ici,
l'opration principale;
il
est gnralement pratiqu dans
un courant d'eau,
ce
qui combine tamisage et lavage.
Les granulats artificiels
quant
eux proviennent
gnralement
des
sous
produits industriels
concasss
ou
non.
Ils
peuvent aussi
tre
d'origine vgtale et organique que
minrale (bois,
polystyrne
expans etc.).
6
-
7/26/2019 Rheology du beton
20/142
2.1.2 Caractristiques des
granulats
et
leur
influence sur la rhologie
des
btons
Le
choix des
granulats est la
cl
d'une bonne
optimisation.
Les principales
caractristiques des
granulats
qui influencent ce choix sont : le module de finesse des
granulats
fins, la granulomtrie
et le
diamtre
maximum
des gros
granulats,
la compacit granulaire
des combins,
la forme,
l'angularit
et la texture des gros granulats, etc.
A. Granulomtrie
La
granulomtrie des granulats,
des matriaux
cimentaires
ou d'autres
ajouts sont importants
pour la performance d'un bton. La granulomtrie est l'tude
de
la rpartition des lments selon
leur taille.
L'analyse granulomtrique
est
l'essai
le
plus
utilis
pour la
dtermination
de la
granulomtrie.
Elle
(l'analyse granulomtrique) est dfinie par la norme
ASTM
C 136 (ou CSA A23.2-2A).
Elle
consiste fractionner au moyen d'une srie de tamis un matriau
en
plusieurs
classes granulaires
de tailles dcroissantes. Les dimensions des mailles et le nombre
des tamis sont choisis en
fonction de la nature de l'chantillon et de la prcision
attendue. On utilise au
Qubec
une srie
de tamis
I.S.O. R-20
(International
Standard Organization; R-20 : Srie
de Renard de module 20)
dont
les
ouvertures normalises (figure
2.1)
sont les
suivantes
:
80-160-315-630 micromtres
(nm)
et
1,25-2,5-5-10-14-28-40-56-80 (etc.)
millimtres
(mm).
Les
granulomtries
des matriaux de
diamtres infrieurs 80
p.m sont
dtermines
de
manires
plus
sophistiques
: on peut numrer
entre
autres, l'analyse granulomtrique avec tamis
sonore,
la diffraction laser, la turbidimtrie et la rtrodifusion.
7
-
7/26/2019 Rheology du beton
21/142
Figure
2.1 :
Tamis utiliss pour analyse granulomtrique des
gros
granulats (ASTM C136)
Pour
des
granulats provenant d'une mme carrire,
les
chantillons valus n'auront pas des
granulomtries
identiques,
si
bien qu'il est
prfrable de
parler d'ensemble de
courbes
granulomtriques
provenant d'un matriau donn ou encore
de fuseau
granulomtrique. Le
fuseau
granulomtrique dfinit
deux
courbes granulomtriques limites l'intrieur desquelles la
granulomtrie
peut
varier et convenir quand mme aux usages
pour
lequel il
est
prvu.
Les normes
CSA
A23.1 ou
ASTM
C 33 impose des limites de passants sur chaque
tamis.
Par
exemple pour un
granulat
5-14
mm
on a les
exigences suivantes :
Tableau
2.1 :
Exemple
de
fuseau impos pour un granulat de granulomtrie 5-14 mm
Diamtre
(mm) 20 14 10 5
2,5
1,25
Passants
(%)
100 90-100 45-75
0-15
0-5
0
8
-
7/26/2019 Rheology du beton
22/142
En fonction de la
forme
de la
granulomtrique, on
peut classer les granulomtries en deux
grandes
catgories
: granulomtrie
continue
et granulomtrie discontinue.
Les granulats sont dits granulomtrie
discontinue,
si certaines grosseurs sont
manquantes
dans
la
courbe granulomtrique.
La
figure 2.2 montre
l'ensemble
des
classes
granulaires
et
les
diffrentes catgories
de
courbes
que l'on peut
avoir.
Tmoh*
W
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
ANALYSE ORANULOMETRIQUE
SABLES
|RA9ILL0KS|AOtOQS pj*
fia
0
A
7TT7
Shanri
ZlZ.
z
SMi
j
1
t
z
I
z
z
t
7*
/
z
2
2:
JSESL
4.
Z
Z
rrnirT3ii.'-;ifTT^7ir*T^r??i
oorru
|
t
1
t
7*
llKMIHIll
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
T*KK 9jm tuas < U Q O O J H W IS ut UI wt W ua IV m
m)
0 . 1 0 0
(Ma
u
M
U3
Ifl)
M D
ut
IA
A
U
35
D
63
Figure 2.2 : Classes
granulaires
et types
de
granulomtrie possibles [Phoummavong,
2006]
Tous
les
types de
granulomtrie
prsentent des
avantages
pour
la performance
des btons. On
utilise les
granulats
de
granulomtrie
discontinue pour fabriquer des
btons
raides, des btons
compacts
(par vibration)
qui ncessitent un certain
pourcentage d'air
entrain
pour avoir
une
bonne maniabilit. Les btons confectionns
avec
des granulats
de
granulomtrie discontinue
sont
moins
rsistants
la sgrgation
contrairement
aux
btons confectionns avec des granulats
de
granulomtrie
continue [F. De Larrard, 1999]. Il
est difficile
de donner le
meilleur
type de
granulomtrie
pour
avoir
de
meilleures performances. [Koehler et Fowler,
2007] ont tudi
l'influence
du volume
de
pte
de
ciment
pour
plusieurs types de granulomtries
sur la
demande
en superplatifiant et
sur
la viscosit plastique
des
BAP
(figure 2.3
et
figure 2.4). Ils
ont remarqu
9
-
7/26/2019 Rheology du beton
23/142
qu' volume de pte constante
la
demande
en
superplastifiant
est
plus leve
pour
des granulats
de
granulomtries
continues. [Koehler et Fowler,
2007] expliquent
ces
rsultats
par rapport aux
compacits des squelettes granulaires qu'ils ont tudis. Les
courbes
de
viscosit plastiques sont
scantes
en
un
point o
les compacits des deux
types de granulats
sont
voisines.
0.40
0.35
T
0.30
a
E
E 0.25
C 0.20
E
32 40 42
-
7/26/2019 Rheology du beton
24/142
La norme
ASTM
C33
propose
une
approche qui permet une
analyse
plus
dtaille
de la
performance des granujats dans le
bton :
les granulats sont analyss en considrant comme
squelette
granulaire,
l'ensemble
granulats fins et gros granulats
(figure 2.5).
[Kosmatka et al.,
2004] ont montr
que
lorsque les fractions intermdiaires (de diamtres nominaux de 10
mm
environ)
sont
en trop faible
quantit
dans une source
de
granulats,
il
est
possible
d'avoir des
btons ayant des retraits levs, de forte
demande
en eau, de mauvaise maniabilit et de
pompabilit dficiente.
Figure
2.5 :
Pourcentage de retenus idals des
combins selon
la norme ASTM C33
B.
Module de fin ss
Abrams lut le
premier
dvelopper une
mthode
de
formulation
des btons qui tient compte de la
quantit
d'eau
ncessaire
pour
produire
un
bton avec une
ouvrabilit
donne.
C'est
cet effet
qu'il
introduira le
module
de finesse [Abrams, 1919], une valeur qui reprsente la
granulomtrie
de
l'ensemble
des
granulats
utiliss.
Cette
valeur indique
la
finesse d'un
granulat
: le module
de
finesse
croit avec
la quantit de grosses particules
contenue dans
un granulat.
25
20
- V
-V O
t
O O"
Tailles normalises
des
tamis
ASTM(mm)
11
-
7/26/2019 Rheology du beton
25/142
Le module
de
finesse (MF) du granulat fin ou du
gros
granulat est dfini
dans
la norme ASTM
Cl 25 comme un facteur obtenu
en additionnant
le
pourcentage
cumulatif
des retenus
sur
chaque
tamis
d'une
srie
spcifique d'un chantillon
de
granulats,
divis par
100 (quation 2.1)
avec tamis k
=
tamis
de
diamtre suprieur ou
gale 150 jim
Le module de
finesse
est utile pour estimer
les
proportions respectives du granulat
fin
et du gros
granulat.
Deux
granulats de granulomtries diffrentes
peuvent
avoir un
mme
module
de
finesse.
[Bager
et
al.,
2001] ont
constat que l'augmentation
de
la
finesse
du
sable peut augmenter
la
limite d'lasticit et la viscosit plastique des mortiers
autoplaants.
Pour
les btons
haute
performance,
[Atcin,
2001] suggre d'utiliser des sables grossiers, avec
des
modules
de finesse
compris entre 2,7 et 3,0, car l'utilisation de tels sables
diminue
la
quantit
d'eau de gchage (pour
un
affaissement donn) ncessaire et les particules
fines
sont
disponibles
partir des matriaux
cimentaires.
Peu d'tudes ont t faites
sur
l'influence de la
finesse sur les
proprits
rhologiques
des
BAP.
L'utilisation
de
sable manufactur en substitution du sable normal, aura-t-
elle
d'impact
sur
ces mmes
proprits ? [Hudson, 2003c] suggre qu'un
sable manufactur
de
mme
granulomtrie et de
mme volume peut
remplacer
un
sable
naturel
mais prvient
que
sa
granulomtrie
idale
dpend
de la
forme,
de l'angularit, et la texture de ses particules.
La terminologie utilise pour la grosseur des granulats doit tre
choisie avec soin. Les normes
ASTM Cl25
et ACI 116
dfinissent les
termes
grosseur maximale
et
grosseur
nominale
maximale
des
granulats
comme
suit
:
-
La grosseur maximale d'un granulat est celle du plus
petit
tamis
au
travers
duquel tous les
granulats doivent passer
Pourcentage cumul des retenus des tamis
k
100
(2.1)
C. Diamtre nominal
maximum des
granulats
12
-
7/26/2019 Rheology du beton
26/142
- La
grosseur
nominale maximale des granulats est
celle
du plus
petit
tamis au
travers
duquel la plupart
des
granulats doivent
passer. Ce tamis peut retenir
de 5%
15% du
granulat. La proportion retenue autorise varie en
fonction
de la
taille
nominale du
granulat.
La grosseur maximale du
gros
granulat
a
une incidence
sur
le cot du bton. Pour
une
ouvrabilit
donne,
il
faut en gnral plus de pte pour un gros granulat de petites
dimensions que pour un
gros
granulat de
grandes dimensions cause
de leur
surface spcifique. Par exemple, pour une
mme
ouvrabilit (75 mm)
et
pour
un
mme
rapport
E/C, la
quantit de
ciment requise
diminue
lorsque la grosseur du gros
granulat augmente
(figure 2.6).
Pour les
gros
granulats,
l'utilisation
de granulats
de gros
diamtres
dans
du bton
frais
rduit
la
demande en eau, mais les proprits du bton durci peuvent tre
affectes ngativement en raison
de l'paisseur accrue de la zone de transition et le fait
que des
particules plus
grosses
ont
tendance
comporter des dfauts plus internes (vides
dans
les granulats par exemple) qui, autrement,
seraient supprims lors
du broyage [Atcin,
2001],
Pour
augmenter la stabilit
statique et la
rsistance
la sgrgation
des BAP,
la
teneur en
gros granulats
est
limite et la teneur
en
fines
est
augmente. Le diamtre nominal maximal utilis le plus souvent
dans
les BAP est de 14
mm.
En
quoi l'utilisation des gros granulats
de 20 mm modifierait les proprits
rhologiques
de
ces
btons
?
[Kosmatka et al 2004] ont montr que dans certains cas, pour une
mme valeur
du
rapport
eau/liants (E/L),
c'est le
bton
formul
avec
le
gros granulat
de
plus petites
dimensions
qui a la
plus grande rsistance en compression. Ils rajoutent que cette
observation est particulirement
vrai
pour
les btons
haute
rsistance. Dans
le cas
des btons trs haute rsistance, la grosseur
maximale optimale du
gros
granulat dpend de la
rsistance relative
de la
pte,
de l'adhrence
liants-granulat
et de la
rsistance individuelle
des granulats. En gnral,
il est souhaitable
d'utiliser
des granulats
de
grosseur
nominale
maximale
afin
de
maximiser le
ratio de volume et
la
surface
[Hudson,
2003b]. Qu'en
est-il
des BAP
?
13
-
7/26/2019 Rheology du beton
27/142
400
r
50
0
c
1
300
S
S
o
250
200
Bton
sans air entran
Betori
a
air entran
s
Affaissement
approximatif :75 mm
E/C ~ C.5
4 (en
masse)
1
I |
475
9 5 2.5 19.0 25,0 37.5 50.0 75,0 12.I
Grosseur nominale maximale du granulat (mm)
Figure
2.6
:Teneur en
ciment et
en eau en fonction
de la grosseur nominale
maximale
des
granulats pour des btons avec et sans air entrain [Bureau,
1981]
D. Forme et texture
de surface
des
particules
On
peut dfinir la forme des
particules
de plusieurs manires en considrant
leur
gomtrie.
Ainsi, dans le domaine de la
science
des matriaux on parle
souvent
de
cubiques,
prismatiques,
sphriques,
cylindriques ou
en btonnets.
On emploie souvent dans le domaine du Gnie civil les termes
comme cubiques , allonges ou
aplaties
pour dcrire des particules de formes
gomtriques imparfaites. La forme,
l'angularit
et
la
texture
peuvent
tre
dfinie
de
plusieurs
faons.
La forme dcrit gnralement
une
gomtrie une chelle
plus grande
et
la texture
une
gomtrie
une
chelle plus petite.
Selon
[Ozol, 1978],
ces
paramtres sont
indpendants
les uns
des
autres
mme s'ils peuvent tre corrls pour certaines particules.
14
-
7/26/2019 Rheology du beton
28/142
Deux
notions gouvernent
la description de la forme des particules : la sphricit et
l'angularit.
Mais
il est trs difficile en pratique de trouver le moyen de les
mesurer.
La texture des particules fait
souvent
rfrence
la
qualit
de leur surface. Elle
dpend
de la
provenance de
ces granulats. On distingue
en
gnral deux types de surfaces :
lisse
et rugueuse.
La
surface d'une particule de granulat est
lisse
lorsqu'elle est douce au toucher ; elle
est
rugueuse
lorsqu'elle
a
la texture d'un papier de
verre.
En rgle gnrale, quand
les
granulats proviennent
d'un concassage, ils ont des surfaces rugueuses.
Par contre lorsqu'ils
proviennent des
gravires
ou des
sablires,
ils
ont des surfaces
lisses.
Plusieurs modles
mathmatiques
tentent de dcrire la forme et la texture des granulats. Bien
que
certaines
hypothses puissent
tre
bases
sur des
mesures
deux ou
trois
dimensions, les
mesures en deux dimensions peuvent tre
biaises,
en particulier pour les matriaux
faible
sphricit [Garboczi et
al., 2001]. La forme est gnralement dfinie en fonction
des trois
principales
dimensions
d'une
particule (figure 2.7).
Figure 2.7
:Trois dimensions principales
d'une
particule
(Lecomte
et al, X992)
Plusieurs
facteurs permettent de caractriser la
forme
des granulats.
Par
exemple,
[Powers,
1968]
dfinit
les
granulats par un facteur de forme,
qui
est
reprsent
dans l'quation
2.2.
O
L reprsente
la longueur
du granulat (la plus
grande dimension), 1 sa largeur (la
dimension
intermdiaire et S
l'paisseur
du granulat (la plus petite dimension).
u
LS
Facteur
de forme =
(2.2)
15
-
7/26/2019 Rheology du beton
29/142
Lorsque le facteur de forme est infrieur
l'unit,
la
particule est considre comme
allong
et
lorsque le facteur de forme est suprieur
l'unit,
la
particule est considre comme
aplatie.
Deux
facteurs
supplmentaires
peuvent
tre dtermins pour valuer l'allongement ou
l'aplatissement des
granulats (quation
2.3)
:
Coefficient
d'allongement
= y et Coefficient d'applatissement =
^
(2.3)
Selon [Atcin
et al.,
1992], la
sphricit d'une particule
est gale au
rapport
de la surface
s
de la
sphre, ayant le mme volume que
la
particule, la surface relle S de la particule.
Sphricit
=|
2.4)
Comme il est trs difficile de mesurer la surface
d'une
particule irrgulire, [Atcin
et al.,
1992]
ont
propos une autre dfinition
de
la sphricit:
elle
serait gale au rapport
entre
le
diamtre
de
la sphre
qui
aurait le mme volume que
la
particule et le
diamtre
de la
sphre circonscrite
la
particule.
Sphre
Granulat
Figure2.8 : Dfinition de
la
sphricit
[Atcin
et al.,
1992]
En
d'autres
termes, la sphricit
est
le
rapport
de
la surface
des particules
par
la
surface
convexe
[Koehler et Fowler,
2007].
[
articlc Area
[
Convcx
Area
Figure 2.9: D finition
de
la zone de particules et
de
surface
convexe
[K oehler et
Fowler, 2007]
16
-
7/26/2019 Rheology du beton
30/142
L'angularit
dcrit la nettet des coins et
les bords
d'une
particule.
L'angularit
est
le rapport
entre
la moyenne
des
rayons (r) de courbures
des
coins et artes d'une particule et
le
rayon
de
courbure de la sphre inscrite (R).
Angularit =
(2.5)
En
termes
qualitatifs,
les
particules
peuvent tre
dcrites
comme angulaires, sous-angulaire,
sous-
arrondi, arrondi,
ou
bien
arrondi. [Powers,
1968] dcrit
l'angularit comme l'inverse du facteur
de
sphricit.
La
texture dcrit
la
rugosit d'une
particule
sur une chelle plus
petite
que celle utilise pour la
sphricit
et l'angularit. [Ozol, 1978] dfinit
la
texture comme le degr de soulagement de
surface
ou
la
quantit de surface par unit
de
dimension
ou de
surface
projete,
et souligne que
la
texture
dpend de l'amplitude
et
de la frquence
des asprits. Les
techniques
de mesure pour la
sphricit,
l'angularit, et la gamme de texture
simple
sont
complexes
et coteuses.
Des mthodes simples impliquant
une
observation visuelle des particules ou
la
mesure manuelle
des
dimensions
principales d'une particule
permettent
de
diffrencier
la
forme
des particules.
[Koehler et Fowler, 2007] proposent sur une chelle de 1
5, des
indices
pour caractriser la
forme
des
granulats.
Lorsque
le granulat a une forme parfaitement sphrique,
son
indice
est
de 1
mais
par
contre
lorsqu'il
est
trs
allong ou aplati,
son
indice
est
de 5
comme le
montre
la
figure
2.10.
17
-
7/26/2019 Rheology du beton
31/142
Visual Shape and Angularity Rating
(R S -A )
C^VVell-Shaped,
Well Rounded Poorly Shaped, Highly Angular^>
1
2
3
4 5
Shape
niost
particles
near
cquidimcnsion.il
modes
dviation
front
equidimensional
niost
particles
not
equidimensional
but
also not lit or
elongated
some
flat and/or
elongated
particles
few particles
equidimensional;
abundance of
flat
and/or elongated
particles
Angularity
well-rounded
ounded
ub-angular
or sub-
rounded
ngulur
ighly angular
Examples
inost river/glacial
gravels and sands
partially crushed
river/glacial
gravels
or
some
very well-
shaped
manufacuired sands
wcll-shaped crushed
coarse aggregate or
manufactured sand
with
most
corners >
9030
J
(E
28
rocky
90 40
30 10
00
90
S 0
70
m
20
0
COARSENESS FACTOR
Figure 2.19:
Dfinition
des
zones de confort pour
le
choix
des granulats [Shilstone, 2002]
28
-
7/26/2019 Rheology du beton
42/142
Pour la
granulomtrie,
Shilstone statue qu'il existe
une
combinaison optimale des agrgats pour
chaque teneur
en
ciment et la teneur en granulats et recommande
l'utilisation
de la courbe
de
puissance 0,45 trs
souvent
utilis dans le domaine routier.
B. Mthode
ACI
(American Concrete
Institute)
La
mthode ACI 211 est base essentiellement sur les travaux
des
chercheurs amricains
[Abrams, 1919;
Powers,
1968]. Elle
se
fait en sept tapes principales. Les tapes 6 et 7 qui sont
relatifs au choix de la quantit de gros granulat et de sable
seront les plus dtaills.
Etape 1
: Choix
de l'affaissement
Etape
2
:
Choix du
diamtre
maximum
des
granulats
Etape
3
:
Estimation de
la
quantit d'eau et
d'air.
L'eau
est dtermin
par le Dmax et
l'affaissement requis,
alors
que l'air dpend de Dmax.
Etape 4 : Slection du rapport eau/ciment.
Etape
5
:Calcul de
la
quantit de ciment
Etape
6 : Estimation de
la
quantit de gros
granulats.
La masse volumique en vrac des gros
granulats
est
dtermine
en premier.
Elle
est
alors
multiplie
par
un
coefficient tabul,
qui
dpend
de
la
taille maximal du granulat et du module de finesse du sable
comme l'indique le tableau 2.2
Etape 7 :Calcul de la quantit de granulats fins (sable).Cette
quantit
est
calcule par diffrence
entre le volume unit de
la
gche
et les autres
volumes
calculs
prcdemment.
29
-
7/26/2019 Rheology du beton
43/142
Tableau 2.2 :Volume de gros granulats par unit de
volume
de bton (ACI
211.1-77)
Grosseur
maximale des
granulats (in)
9,5 (3/8 in.)
12,7 (1/2
in.)
19,1 (3/4
in.)
25,4
(lin.)
38,1(1
/
2
in.)
50.1 (2 in.)
76.2
(3
in.)
152,4
(6
in.)
Volume
de gros granulats
pilonns
sec
par unit de volume de bton
pour diffrents modules de finesse
de
granulats fins
2,4
0,50
0,59
0,66
0,71
0,75
0,78
0,82
0,87
2,6
0,48
0,57
0,64
0,69
0,73
0,76
0,80
0,85
2,8
0,46
0,55
0,62
0,67
0,71
0,74
0,78
0,83
0,44
0,53
0,60
0,65
0,69
0,72
0,76
0,81
C.
Mthode
franaise de Dreux
Cette mthode est de nature
fondamentalement empirique.
Dreux a men une large enqute pour
recueillir
des
donnes sur
des
btons satisfaisants. En combinant les courbes granulaires
obtenues,
il
a
pu fonder
une
approche empirique
pour
dterminer une
courbe
granulaire de
rfrence ayant la forme de deux lignes
droites dans
un
diagramme
semi-logarithmique (figure
2.20).
30
-
7/26/2019 Rheology du beton
44/142
A
%
passants
100
Y
log
d
0.08
mm
D/2
D
Figure
2.20 :Courbe granulaire de
rfrence
selon Dreux (Dreux 1970)
Cette mthode
de formulation
des
btons suit
dix (10) tapes. Les tapes
7,
8
et
10 concernent le
choix
des
granulats.
Etape 1 : Examen
de
la structure (dimensions, espacement
entre
armatures, enrobage,etc.)
Etape
2 :
Dtermination
de rsistance
la
compression
Etape
3
: Slection
de
la consistance des btons frais
Etape
4 : Slection de
Dmax
Etape
5
:
Calcul
du dosage en ciment.
Etape 6 :Calcul
de
la
quantit (totale)
d'eau.
Etape
7 ;
Examen du sable.
Le sable
est soit accept, soit rejet
en
tenant compte
de sa propret.
Sa courbe granulomtrique est reporte sur
un
diagramme standard. Si le module
de
finesse est
trop lev, un sable
fin
correcteur est ajout.
Etape 8 :Trac de la courbe granulaire de rfrence. La courbe
granulaire de rfrence bilinaire
est exprime
en
chelle semi-log (chelle
des
analyses granulomtriques),
le
point anguleux
Y
reprsent
la figure 2.20
est dfini
par :
- son abscisse
est
: Dmax/2 si
Dmax
< 20
mm et (Dmax
-
mm)/2 si
Dmax > 20
mm,
31
-
7/26/2019 Rheology du beton
45/142
son ordonne est :Y =
50
VDmax
+
K + K s
+
K p
(2.16)
Avec
Ki termes correctifs par rapport une
formulation
de rfrence :
K
terme correcteur d'arrangement granulaire
prenant
en compte
le dosage
en
fines
(ciment
et
fillers),
l'angularit
des granulats et la puissance de serrage,
Ks
fonction du module de finesse du
sable,
Kp terme de consistance pour la pompabilit
Etape 9 :Dtermination du volume solide du mlange frais.
Cette
quantit est tabul en
fonction
de Dmax et de
la consistance.
Etape 10 :Dtermination des fractions granulaires. Les
proportions respectives (en volume)
sont
dtermines
graphiquement,
l'aide
de la courbe de
rfrence
(figure 2.20).
De
toutes
les
trois mthodes, il est
remarquer que
le
choix des
granulats
dpend
de la
mthode.
Aucune des
mthodes
d'optimisation
ne prend
en compte
simultanment
toutes les
caractristiques physiques
(forme,
compacit,
granulomtrie,
diamtre nominal
maximal) des
granulats.
N'est-il pas important de connaitre
dans
ce cas leur influence sur les proprits des
BAP
pour privilgier les caractristiques qui influencent le plus
leurs
proprits
?
2.2
P r o p r i t s
' t a t
f r a i s d e s
b t o n s
a u t o p l a a n t s
De la
fabrication
du
bton
sa mise
en service
en passant par
la mise
en place, le
bton
traverse
trois (3) tats principaux
:
l'tat
frais, l'tat
jeune
ge
et
l'tat
durci.
La durabilit
d'un bton
dpend troitement
de ces trois tats.
L'tat
frais
constitue
l'tape
la plus importante et la
plus
dlicate.
l'tat
frais,
les
BAP
mritent
encore plus d'attention que les
btons
conventionnels
cause
de leur fluidit.
Ils sont beaucoup
plus sujets
la sgrgation. Les essais rhologiques constituent la majeure
partie des essais
effectus
l'tat frais du
bton.
32
-
7/26/2019 Rheology du beton
46/142
2.2.1
Notions de rhologie
A. Le
seuil
de
cisaillement
et la viscosit
plastique
La rhologie est
la
science qui tudie l'coulement des matriaux. En d'autres
termes,
elle
permet
de
dterminer
une
relation
entre leur
dformation y
et
la
contrainte
x qui leur est
applique en
tenant
compte de l'histoire d'application de
la
contrainte. Cette relation, appele loi
de
comportement ou
quation
rhologique,
est souvent exprime sous
la
forme
d'une
quation dans le cas du cisaillement
simple entre la contraintede cisaillement
T et la
vitesse de cisaillement y
qui
est
la drive
par rapport
au temps
de la
dformation de cisaillement
y
et
qui doittre non nulle lors
de
l'coulement.
La contrainte de cisaillement test un
facteur
dterminant pour caractriser les fluides. On peut
classer les
fluides
en deux
grandes catgories:
- les
fluides qui
s'coulent
sans avoir besoin
de
contrainte
de
cisaillement
minimale: on
dit
que
ces fluides
ont un
comportement visqueux.
- les fluides qui ont besoin
d'une
contrainte de cisaillement r
0
minimale pour
s'couler
: on
parle de
comportement
viscolastique.
En fonction de la concavit
des
modles de la courbe T
= %),
on
dfinit deux
comportements
supplmentaires: rho-fludifiant
et
rho-paississant :
On
parle
de
comportement rho-fludifiant lorsque
la
courbe
i
=
f(y)
prsente
une
concavit
tourne vers l'axe des
y,
soit
T
0
Le modle de Bingham
est
le modle le
plus
utilis
pour les btons
cause
de
sa simplicit (deux
paramtres)
et de
sa
capacit
reprsenter
l'coulement du bton pour
la
majorit des cas.
Contrairement au fluide newtonien
qui s'coule sous l'action
d'une
force
de
cisaillement
infiniment faible,
un
fluide
binghamien
exige une
force minimale pour provoquer son
coulement
viscoplastique. Pour
des forces infrieures, il se comporte
comme
un
solide.
On appelle limite
d'coulement,
ou rsistance
au
cisaillement ou seuil
de rigidit, la
tension de
cisaillement
partir
de laquelle
le fluide
commence
s'couler (
T
0
).
34
(2.17)
(2.18)
(2.19)
-
7/26/2019 Rheology du beton
48/142
Le modle d'Herschel Bulkey ^ .
n
S
T
^
(2.20)
7
t=
0
+
K y
11
sit>t
0
v
On peut retenir que les deux paramtres essentiels qui
interviennent dans
la rhologie du bton
sont
le
seuil
de
rigidit
t
0
et
la
viscosit plastique
ji
p
.
Chaque
paramtre
de
formulation influe
sur
la rhologie
des
btons. [K. H. Khayat,
2009] a
essay de rsumer l'influence des paramtres
de
formulations
sur ces deux (2)
composantes
rhologiques (voir tableau
2.3)
Tableau
2.3
: Effets
des
paramtres
de
formulation sur le seuil de rigidit et la viscosit plastique
[K.
H. Khayat,
2009]
Paramtres
Seuil
de
rigidit
Viscosit plastique
Augmentation
du
rapport
E/C
Diminution
Diminution
Augmentation
de
la
teneur
en sable Augmentation Diminution
Augmentation
de
la teneur
en
ciment
Augmentation
Augmentation
Utilisation d'un
sable
fin Augmentation
Augmentation ou
Pas de changement
Ajout
de
superplastifiant Diminution
Diminution ou
peu
de
changement
Ajout d'agent entraineur d'air Pas
de
changement Diminution
Remplacement partiel du
ciment par la
cendre
volante
Diminution Diminution
Remplacement d'une
faible
quantit de
ciment
par la
fume
de silice
Peu
de
diminution
Diminution
Remplacement d'une
quantit
importante
de ciment par la fume de
silice
Augmentation
Augmentation
Utilisation d'un
ciment
fin
Augmentation
Augmentation
Utilisation eau de
mer
Augmentation
Augmentation
Augmentation de la
temprature Diminution Augmentation
35
-
7/26/2019 Rheology du beton
49/142
B. Les
rhomtres
Les rhomtres sont des appareils
utiliss
pour raliser des mesures rhomtriques et dterminer
le
comportement rhologique
des matriaux.
Tous les rhomtres
ne fonctionnent
pas de
la mme manire. On peut
les classer suivant
leur rgime :
Les rhomtres rgime
permanent :
ils
dterminent
les caractristiques
en
coulement des
substances
liquides.
Les
rhomtres
rgime transitoire : ils dterminent les caractristiques
viscolastiques
des substances
liquides
et solides.
Les rhomtres
rgime dynamique :
ils dterminent les caractristiques
rhologiques,
les
proprits en
rgime d'coulement et
les proprits
viscolastiques des
matriaux liquides ou solides.
2.2.2 Notion de
stabilit
Par dfinition, le BAP est un bton fluide
faible seuil d'coulement
qui
se
met
en place sous le
seul effet de la gravit et dont le matriau durci final prsente
des proprits homognes. La
stabilit est
donc
une partie intgrante de la dfinition des BAP. La stabilit du
bton frais
est
la
rsistance du
bton
contre le ressuage
interne
et
la sgrgation. Le
ressuage et la sgrgation sont
des phnomnes qui augmentent
la
porosit et diminuent la compacit du bton.
La
stabilit du bton est affecte
par
le
malaxage, la
forme et la granulomtrie des granulats, la
fluidit et
la
consolidation
[K. H. Khayat, 2009]. Quand la cohsion de la pte de ciment
est
faible, les
grains
de ciment et les granulats ne peuvent pas
tre
retenus en suspension et
se
sdimentent.
Un phnomne similaire peut
tre
observ lorsque le bton ressue.
Il
se forme une couche d'eau
la surface
du
bton d
au tassement de
la
structure
de
la pte. La
dure
et la vitesse
du tassement
36
-
7/26/2019 Rheology du beton
50/142
sont fonction de la
facilit
du dplacement de
l'eau
travers le squelette granulaire, c'est--dire
