Beton Autoplacant
Beton Autoplacant
Beton Autoplacant
BETON AUTOPLAÇANT
1. Introduction
Un béton autoplaçant est un béton très fluide, homogène et stable, mis en œuvre sans
vibration (la compaction des BAP s’effectuent par le seul effet gravitaire) et conférant à la
structure une qualité au moins équivalente à celle correspondant aux bétons classiques mis
en œuvre par vibration.
Les BAP se distinguent des bétons ordinaires principalement par leurs propriétés à l’état
frais. Les critères caractérisant un béton autoplaçant sont :
1- Les valeurs cibles d’étalement au cône d’Abrams sont généralement fixés dans la
fourchette 60 cm à 75 cm (et pas de ségrégation visible en fin d’essai : auréole de
laitance ou amoncellement de gros granulats au centre) ;
2- Le taux de passage à la boite en L doit être supérieur à 0,8.
3- Le béton doit être stable sous l’effet de la gravité (pas de ségrégation) et présenter
une capacité de ressuage limitée. L’absence de ségrégation visuelle lors de l’essai
d’étalement au cône d’Abrams n’est pas suffisante.
Les constituants des BAP peuvent être assez différents de ceux des BO. Ils peuvent différer
tant par leurs proportions que par leur choix. Étant donné le mode de mise en place des
BAP, les constituants entrant dans la fabrication du BAP, selon leur utilisation, en trois
catégories ; les matériaux de base (ciment, granulats et eau de gâchage), les additions
minérales, ainsi que les adjuvants chimiques.
Les granulats, le ciment et l'eau forment les éléments de base de tous types de béton. Ils
sont qualifiés ainsi puisqu’ils sont historiquement les seuls constituants des bétons de nos
ancêtres et parce qu'ils ont toujours les plus grosses proportions relatives dans le mélange
de BAP.
Les granulats roulés ou concassés peuvent en principe être utilisés. Les granulats roulés
en vrac présentent un plus petit volume de vide intergranulaire, ce qui nécessite une plus
faible quantité de pâte de ciment pour le remplir. La flottabilité des granulats concassés
dans la pâte de ciment est cependant meilleure, en raison de leur plus grande surface
spécifique, afin d’empêcher tout risque de blocage du BAP par les barres d'armature lors
du coulage, on limite en général le diamètre maximal des granulats à 16mm. L'expérience
a néanmoins montré qu'il était également possible d'utiliser des granulats de diamètre
maximal différent. Le mélange pour béton (granularité) est caractérisé par une teneur élevée
en sable et en éléments fins. Le passant au tamis de 2 mm devrait être idéalement compris
entre 38 et 42%. De même, la proportion de farines (0,125 mm) ne devrait pas être trop
faible, l’optimum étant entre 4 et 8%. Le choix d’une granularité continue appropriée est
très important, étant donné la forte incidence du volume des vides sur la quantité nécessaire
de pâte de ciment. Afin d'assurer une bonne stabilité du BAP (éviter toute ségrégation), il
est recommandé de choisir un sable spécialement optimisé, au besoin recomposé à partir
de plusieurs fractions.
4.1.2 Le ciment
En principe, tous les types normalisés de ciment conviennent pour la fabrication de BAP.
Cependant, l’utilisation du ciment portland (contenant seulement le clinker) nous donne
toute latitude pour varier et contrôler les quantités introduites des additions minérales.
Toute eau du réseau public d'eau potable convient pour la fabrication de Béton Autoplaçant.
Les eaux recyclées de gâchage et de lavage ne conviennent que sous certaines conditions
restrictives en raison d'éventuels effets indésirables sur les propriétés du béton. Etant donné
que le dosage en eau influence de manière considérable la viscosité et la capacité
d'autoplaçant du béton, il est indispensable de s'écarter le moins possible de la valeur
planifiée. Il est ainsi très important de mesurer et de prendre en compte l’humidité des
granulats et tout spécialement du sable. Cas échéant, on tiendra également compte de la
teneur en eau des adjuvants.
L'emploi des pouzzolanes minérales pour faire des mortiers et des bétons est connu depuis
l'Antiquité. Ces pouzzolanes désignent un grand nombre d’additions minérales aux origines
diverses, mais qui présentent tous, le fait d’être fins et de réagir en présence d'eau et de
chaux. De nos jours, des quantités considérables de plusieurs types de ces additions
continuent d’être utilisées.
Nous présentons ci-dessous les différentes additions minérales éventuelles qu’on peut
incorporer dans les compositions des BAP :
Afin d'obtenir une très grande fluidité requise d'un béton autoplaçant on utilise généralement
un adjuvant fluidifiant de la dernière génération, base de polycarboxylates. Ces adjuvants
Ce sont des réducteurs d’eau à haute efficacité, et se présentent généralement sous forme
de liquide. Ils sont composés de longues molécules organiques de masse élevée. Les plus
couramment utilisés sont les sels de sodium ou de calcium du polynaphtalène sulfoné, et
les sels de sodium de la polymélamine sulfonée. Les copolymères acrylate-ester ou
polyacrylates ont récemment été introduits sur le marché.
Le mode d’action des superplastifiants est extrêmement complexe. Il peut être expliqué
comme suit :
Lorsqu'ils sont en contact avec un milieu aussi polaire que l'eau, les grains de ciment, qui
présentent un grand nombre de charges opposées (positives et négatives) sur leur surface,
tendent à s'agglomérer sous forme d'amas (floculation). Par conséquent, cette floculation
piège un certain volume d'eau entre les grains de ciment (eau captive) qui n'est plus
disponible pour assurer une bonne maniabilité au béton.
Eau
Superplastifiant
Grains de ciment
En 1977, des agents colloïdaux améliorant la viscosité et la stabilité du béton ont été
développés en Allemagne. Ces adjuvants, se présentant généralement sous forme de
poudre, sont fréquemment utilisés pour empêcher le délavement à l’état frais des bétons
coulés sous l’eau, comme agent de pompage, et pour améliorer la cohésion de mélange
des BAP. Leur utilisation commence à être populaire, mais ils sont actuellement
relativement chers comparés aux autres adjuvants.
concentration des polymères. Il peut être décomposé en trois phases [F. JACOBS AND
F. HUNKELER] :
Les bétons autoplaçants sont des matériaux encore relativement nouveaux au monde de
construction, les caractéristiques les plus importantes pour la mise en œuvre du BAP sont
la fluidité, la viscosité et la résistance envers la ségrégation.
Il existe de nombreux procédés pour effectuer le contrôle de ces propriétés sur béton frais.
Ils vont du complexe et coûteux rhéomètre à béton, jusqu'au simple cône servant à la
mesure de l'étalement (Slump Flow) [HOLCIM].
En France, trois essais de caractérisation ont été préconisés en l’an 2000, pour l’Association
Française de Génie Civil [AFGC], ces recommandations sont devenues sur site les essais
de références pour valider une formule de BAP. Ces trois essais sont :
L’essai d’étalement, l’essai à la boite en L et, l’essai de stabilité au tamis [M. SONEBI].
Pour la détermination de l'étalement (SLUMP FLOW) on utilise le même cône que celui
normalement utilisé pour l'essai d'affaissement. Ce cône est placé sur une plaque
d’étalement, à surface propre et humidifiée et de dimension suffisante (≥ 800 par 800 mm),
puis il est rempli de BAP. Le cône est ensuite soulevé et le BAP en sort en formant une
galette qui s'élargit sous sa propre énergie, sans qu'il soit nécessaire de soulever et de
laisser retomber la plaque, comme dans l'essai classique d'étalement. La valeur de
l'étalement correspond au diamètre moyen de la galette de béton ainsi obtenue qui devrait
être comprise entre 600 et 800 mm [HOLCIM].
Pour l’AFGC les valeurs ciblées d’étalement sont généralement fixées dans la fourchette 60
à 75 cm. Il est possible aussi de mesurer le temps d'écoulement du béton pour atteindre un
étalement de 50 cm (noté T50) ce qui donne un indice sur la viscosité d’un mélange de
béton.
La partie verticale de la boîte est entièrement remplie de béton (le volume nécessaire est
d’environ 13 litres). Après arasement, on laisse le béton reposer pendant une minute. Puis
on lève la trappe et on laisse le béton s’écouler dans la partie horizontale de la boîte à
travers le ferraillage. La distance libre entre les barres est de 39 mm.
Cet essai vise à qualifier les bétons autoplaçant vis-à-vis du risque de ségrégation. Il peut
être utilisé en phase d’étude de formulation d’un béton autonivelant en laboratoire, ou
pour le contrôle de la stabilité du béton livré sur chantier. Cet essai complète les essais
Le Chargé de la matière : Mr BRIKI Lyamine 9
Méthodes expérimentales Master I Structures Génie Civil
H2/H1 ≥ 0.8
Laitance ≤ 15%
Lorsque le BAP est formulé et mis en œuvre de manière adéquate, ses propriétés à l'état
durci (résistance, déformation, durabilité) ne se différencient guère de celles d’un béton
ordinaire vibré. Généralement ces propriétés d’après plusieurs chercheurs, sont
meilleures, en particulier lorsque le béton spécifié doit répondre à des exigences
courantes, ce qui est généralement le cas dans le domaine du bâtiment.
6. a La résistance mécanique
La mise au point d'une formule de béton consiste à rechercher à partir d'un composant
donné (le plus souvent local), un mélange ayant à l'état frais une certaine maniabilité, à
l'état durci une résistance en compression donnée, et ce au moindre coût. Ce critère de
résistance conduira au choix du ciment (nature, classe) et son dosage, ainsi qu'au dosage
en eau et à l'éventuelle utilisation d'adjuvants. Ce critère a également une influence sur
le rapport G/S (proportion gravier / sable) [G. DREUX ET J. FESTA].
D’une façon expérimentale les BAP impliquent un rapport E/C bas, donc de nature à
fournir de bonnes résistances mécaniques.
[PAULTRE ET COLL. 1996] ont fait des tests comparant les BAP aux traditionnels BHP,
ils ont remarqué que les résistances en compression des BAP et BHP sont remarquables
[GIBBS ET COLL. 1999], rapporté par [A. DAOUD] ont fait des tests en comparant Les
BAP aux bétons de références sur des éléments standard, ils ont conclu qu’il y a une
légère différence entre la résistance à la traction et en compression des BAP et du béton
vibré.
Par contre [M. SONEBI, 1999] observe que la résistance à la traction à 28j pour les BAP
conservés dans l’eau est supérieure à celle du béton de référence conservé dans les
mêmes conditions.
Comme les BAP renferment un faible volume de granulats, il faut prévoir des modules
d’élasticité plus faibles que pour des bétons de mêmes résistances mais de rhéologie
conventionnelle. Les travaux de [PAULTRE ET COLL.], ont montré que les modules
d’élasticité sont moins élevés pour les BAP, comparablement au BHP, ce qui confirme
cette idée et ils ont également trouvé que le module élastique d’un BAP est
systématiquement inférieur à celui du BO dérivé, mais la différence n’est pas très
importante, puisqu’elle se situé entre 2 et 8%.
Au contraire, [L. MOLEZ] a trouvé que le module élastique du BAP est légèrement
supérieur à celui du BO.
De manière plus précise, pour expliquer ce fait, on peut imaginer le béton comme un
composite à deux phases composées d’une matrice, la pâte de liant durcie, et en second
lieu, d’inclusion des granulats. Sachant que le module d’élasticité est principalement
affecté par les granulats, les BAP sont donc susceptibles d’être plus déformables que les
BO. Néanmoins, plusieurs recherches concernant le module d’élasticité des BAP
montrent qu’il est souvent proche à celui de BO, lorsque les deux types de béton ont la
même résistance.
7. La durabilité
7.1 Généralités
Il devient possible de définir des objectifs de durabilité et de choisir avec précision les
caractéristiques du béton en fonction de l’agressivité du milieu dans lequel se trouve
l’ouvrage et d’optimiser ses caractéristiques afin de les adapter à la durée d’utilisation
souhaitée. Les spécifications concernent la nature et le dosage minimal en ciment, la
compacité minimale, la valeur maximale du rapport Eau/Ciment, l’enrobage minimal des
armatures et la teneur maximale en chlorures dans le béton.
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Méthodes expérimentales Master I Structures Génie Civil
Les connaissances actuelles sur les ciments et les bétons permettent d’optimiser et
d’adapter la composition et la formulation des bétons aux contraintes environnementales
auxquelles ils seront soumis, tout en respectant les critères de performances mécaniques.
Une façon pratique d’y parvenir est de toujours partir de la résistance aux efforts de
compression pris comme critère global et de discuter de la durabilité en deux temps :
Toutes choses égales par ailleurs, en comparant des bétons qui ne diffèrent que par
leur résistance ;
Puis à résistance constante, en examinant les paramètres spécifiques de la
durabilité.
Les techniques d’analyse utilisées dans le cadre d’une étude de la durabilité des bétons
peuvent être divisées en deux catégories : macroscopiques et microscopiques.
8. Domaines d'application
À la différence des bétons à haute performance, qui demeurent des bétons destinés aux
chantiers exceptionnels, les BAP se vulgarisent petit à petit en séduisant le monde du
bâtiment. Leur production reste minime de 1 à 4 % du volume total, mais les BAP ont les
atouts nécessaires à la consolidation de leur développement actuel, entre autres, on peut
citer :
La mise en place des BAP est grandement facile et peut généralement être réalisée
par un seul ouvrier, même dans le cas de volumes importants donc, il est raisonnable
de penser que la main d’œuvre nécessaire serait moindre.
La suppression de vibration permet de limiter la consommation d’énergie tout en
réduisant les nuisances sonores pour l’environnement, en conséquence, les délais
d’exécution et le coût global des constructions pourraient ainsi être moindres.
La grande maniabilité assure la fabrication d’ouvrages dont la finition est toujours
d’une qualité acceptable. Par ailleurs, l’obtention d’une meilleure qualité de BAP est
pratiquement indépendante du savoir-faire des ouvriers durant la réalisation, cela va
dans le sens d’une durabilité accrue.
Comme les BAP pourraient être coulés dans n’importe quelle forme et taille des coffrages,
les ingénieurs peuvent désormais exploiter des modèles complètement nouveaux pour
des structures élégantes.
10. Conclusion
Avec l’expérience acquise ces dernières années, certains ordres de grandeurs pour les
proportions des constituants sont maintenant connus et utilisés :
Le volume de gravillons est limité en prenant un rapport G/S (masse de gravillons sur
masse de sable) proche de 1.
Le volume de pâte varie entre 330 et 400 l/m3.
La masse du ciment est supérieure ou égale au minimum requis par la norme BPE
(P18 305), soit en général de 300 à 350 kg/m3. En complément la masse d’addition
se situe entre 120 et 200 kg/m3.
Le dosage en superplastifiant est proche de son dosage à saturation.
La formulation se fait donc par tâtonnement sur la base de ces plages. Après la
conception sur le papier, la formule ne peut être optimisée et vérifiée que par des essais
effectués la plupart du temps directement sur le béton.
A cet effet l’[AFGC], a émis des recommandations qui se limitent en trois essais : mesure
d’étalement ; essai de la boite en « L » ; et l’essai de stabilité au tamis.