Fascicule - 4 - Formulation - V - 2010 08
Fascicule - 4 - Formulation - V - 2010 08
Fascicule - 4 - Formulation - V - 2010 08
Fascicule
FORMULATION
des bétons projetés
Comité Technique
FASCICULE FORMULATION
2.1 Généralités
La composition des bétons projetés doit impérativement prendre en compte les modes de transfert et
de mise en œuvre spécifiques à chaque méthode de projection :
Pour la voie sèche, le mélange, sec ou à faible teneur en eau, doit avoir une consistance
pulvérulente pour permettre le passage en machine et le transfert par l’air comprimé jusqu’à la
projection sur le support. Le compactage obtenu par la vitesse en sortie de lance permet la mise en
place d’un béton à consistance ferme tenant sur le support, même sans adjuvant. Par contre, ce
compactage génère des rebonds et des pertes, liés à la force d’impact des matériaux sur le support.
La formation au contact du support d’une couche composée des éléments fins du mélange, dès le
début de la projection, caractérise l’aptitude de la projection voie sèche à l’obtention d’une liaison
de type cohésive. Il est rappelé que ce processus n’a pas d’équivalent en projection voie mouillée.
Sachant que c’est principalement la quantité de ciment présente dans cette couche qui conditionne
la force de la liaison, cela impose de respecter un dosage minimum de ciment lors de l’élaboration
de la formule, sans toutefois être excédentaire.
Pour la voie mouillée, le mélange est formulé pour être pompable, en machine et jusqu’à
l’extrémité de la conduite de transfert (voir fascicule « mise en œuvre »). La tenue du béton sur le
support s’apparente à du « collage », le critère de pompabilité n’est donc pas suffisant et une
contrainte de formulation est que le béton frais ne doit pas s’affaisser une fois en place. Pour cela,
l’utilisation d’un adjuvant raidisseur en sortie de lance est quasi obligatoire. Toutefois cet adjuvant
ne doit pas perturber la bonne mise en place du béton, en particulier le bon enrobage des
armatures, ni affaiblir les caractéristiques mécaniques du béton.
2.2.1 Problématique
La composition d'un mélange destiné à être projeté par voie sèche se limite à une optimisation en vue
de réduire les pertes lors de la projection. L’approche est simple car la composition accepte des écarts
importants comme le montre une étude suisse réalisée par Piétro TEICHERT. Cette étude rassemble et
superpose toutes les courbes granulaires validées par les experts en béton projeté, les porte-lances
expérimentés ou certains fabricants de machine. On obtient alors un faisceau de largeur considérable
(cf. graphique ci-dessous).
90
limit e
80 inférieure
limit e
70 supérieure
mélange
60
Tamisats (%)
bét on
50
pert es
40
30
20
courbes granulaires d'un mélange réel projeté par voie sèche, du béton et des pertes
10
0
0,160
0,315
0,63
1,25
12,5
2,5
10
16
5
Tami s (mm)
Les méthodes classiques de formulation des bétons coulés n’incluent pas ces pertes et ne sont donc pas
adaptées.
Les pertes ont pour conséquence un appauvrissement en gros granulats et donc un enrichissement en
éléments fins.
Document de 1981 extrait du livre de C. Resse et M. Vénuat montrant l’enrichissement de la teneur en ciment
en fonction de l’épaisseur de la couche projetée (teneur en ciment maximale contre la surface réceptrice)
au mélange :
nature et forme des granulats
propreté et teneur en fillers des sables
à la projection :
débit et vitesse de sortie du mélange (pression d’air)
pression de l’eau à la lance
aux contraintes du chantier :
rigidité du support
épaisseur de la couche à réaliser
densité du ferraillage
à l’habileté et l’expérience des opérateurs de projection :
distance lance-paroi
angle d’incidence du jet de projection par rapport au support
régularité du mouvement
dosage en eau.
Ces paramètres sont maîtrisables par la compétence des porte-lances et l’adaptation du matériel de
projection. La part des pertes liées à la formulation peut donc être réduite de façon importante sachant
qu’un minimum de pertes estimées entre 15 et 20% sur une paroi verticale est indispensable à
l’obtention de la compacité du béton. Il est judicieux d’élaborer une composition optimisée. Le faible
coût d’un mélange ne doit pas être le seul critère de choix. Un mélange non optimisé qui passe
généralement en machine va produire une quantité de pertes importantes ce qui fait qu’au final le coût
du béton sur le support sera très largement supérieur au coût du produit introduit en machine. On ne
fait pas d’économie en achetant de mauvais matériaux.
C’est la première étape de la formulation. L’opération consiste à définir la proportion des différents
granulats (sables et graviers) pour obtenir une courbe granulaire en accord avec les fuseaux qui
figurent dans les recommandations de l’AFTES [TOS 117], dans la norme NF P 95-102 et depuis
2010, avec les fuseaux Asquapro, donnés en annexe au présent fascicule. Ces fuseaux ont été modifiés
pour tenir compte du remplacement du tamis de 0,080 mm par celui de 0,063 mm dans les normes
européennes et des retours d'expériences sur plus de 30 ans concernant la forme des fuseaux entre les
abscisses 0,5 à 1,5 mm.
Fuseau de référence
Ces fuseaux fixent les limites hautes et basses qui résultent du savoir-faire et de l’expérience. Les
caractéristiques granulaires des matériaux disponibles ne le permettent pas toujours, cependant il est
recommandé d’étudier la formulation pour obtenir l’inscription de la courbe dans les limites du fuseau
entre la coupe au tamis 0.315 et la coupe à : 6mm pour D max = 8 ; 8 mm pour D max = 10 mm ; 10
mm pour D max = 12,5 mm ; 12,5 pour D max = 16 mm et 16 mm pour D max = 20 mm. La courbe
granulaire obtenue doit être la plus continue possible.
Le diamètre des tuyaux impose de respecter la règle empirique : D max D tuyau / 3 x 1,2 [Resse]
pour éviter la formation de bouchon.
L’épaisseur à projeter et la densité d’armatures sont également à considérer dans le choix de D max.
Fascicule « Formulation» page 7 Version D 2010
Remarques sur le rapport Sable/Gravillons (S/G)
Le rapport pondéral S/G permet de caractériser la courbe granulaire du mélange de granulats.
L’augmentation du rapport S/G implique :
Le choix de la valeur du rapport S/G est un compromis entre les résistances et les pertes, lorsque la
fissuration n’est pas préjudiciable. Mais ce rapport n’est pas suffisant et il est indispensable d’étudier
la courbe granulaire du mélange de granulats.
Exemple de S/G d’après les fuseaux granulaires de la norme NF P 95-102 et les recommandations de
l’AFTES.
Mélange S*/G
granulaire de Valeur Valeur supérieure
diamètre inférieure du du rapport
maximum rapport
égal à
8 mm 3,54 7,33
10 mm 3 6,6
12,5 mm 1,85 4,26
16 mm 1,22 2,22
20 mm 1 1,9
*attention, dans ce tableau, la limite sable/gravillon est fixée à 5 mm alors qu’elle est à 4 mm
selon la norme NF EN 12 620.
En complément du S/G, la valeur d/D max avec d = D max /2 est pertinente. En effet l’expérience a
montré qu’en la fixant sur la limite inférieure du fuseau granulaire recommandé voire légèrement en
dessous, on obtient très souvent un bon passage du produit pulvérulent dans la machine et un bon
compactage tout en limitant les pertes. Cela veut dire que la partie sable du mélange granulaire
doit aussi être de manière préférentielle le plus près possible de la limite basse du fuseau.
Sous la dénomination « éléments fins » on entend tous les éléments de taille strictement inférieure à
80 µm : le ciment, également les fillers, la fumée de silice, les cendres volantes et les fines du sable.
La composition à définir est celle du mélange avant passage en machine, l’ajout en ciment apporte un
complément en éléments fins inférieurs à 80 µm.
Ces éléments fins ont un rôle primordial lors de la mise en œuvre (cf. fascicule « mise en œuvre »
paragraphe 2.2.3).
Un fort pourcentage d’éléments fins réduit les pertes par rebonds, augmente les effets du retrait et
réduit le module d’Young du béton. Il présente un risque de colmatage au niveau de la machine et des
tuyaux.
Les pertes tendent à réguler le dosage en fines : un mélange initialement sous-dosé en fines va
s’enrichir en éléments fins lors de la projection grâce aux pertes en éléments plus grossiers. Par contre,
si le mélange initial est déjà très riche en fines, les pertes seront limitées et il y aura peu
Graphique montrant le fuseau Afnor 0/8 mm (courbes grises), la courbe du mélange sec
(prélevé dans un big bag) et la courbe du béton en place d’après l’analyse du béton frais
100
90
80
%
70
60
en
50
TAMISATS
après projection
40
30 fuseau AFNOR
20 mélange sec
10
0
0
0
50
80
25
00
15
0
5
08
12
20
31
5,
8,
0,
0,
1,
2,
3,
0,
0,
0,
0,
Analyses faites sur le chantier en 1997 sur le mélange sec et sur les prélèvements de béton frais réalisés au titre du contrôle externe
concernant les travaux de réparation après l’incendie dans le tunnel sous la Manche (à cette époque le tamis de 0.080 était utilisé).
A partir des paragraphes précédents et de l’expérience, on peut définir des paramètres de formulation
pour l’optimisation de l’adhérence, la limitation du retrait et les caractéristiques en compression :
Eléments fins < 63 µm : compris entre 21 à 22% avec un dosage ciment de 375 à 400 kg/m3
et 3 à 4% de fines
Module de finesse de la partie sableuse 0,16-5mm du mélange : compris entre 3,2 et 3,5.
Pour cette partie sableuse, la valeur de la masse entre deux tamis de la série ne doit pas
excéder 20 à 25%. Cela revient à faire la courbe la plus continue possible.
Les formulations courantes sont effectuées à partir des ressources locales en granulats : les sables ne
présentent pas toujours les caractéristiques optimisées ci-dessus. Généralement on fait au mieux pour
2.2.5 Consistance
2.2.6 Additions
On attire l’attention du formulateur sur les effets secondaires lors de la projection de l’ajout
d’additions de type fumées de silice ou fillers (risque de défaut d’enrobage des armatures).
De plus, l’emploi de fumées de silice augmente le retrait du béton, conduisant à une fissuration
superficielle (voir fascicule « mise en œuvre »).
On se reportera si besoin au document d’application nationale de la norme NF EN 206-1 qui précise
toutes les normes relatives aux additions.
2.2.7 Adjuvants
Les adjuvants sont des composants qui s’emploient à un dosage ≤ 5 % du poids du ciment. Au-delà de
5 % on parle d’additions pour les bétons coulés.
La norme NF EN 206-1 renvoie à l’EN 934-2.
Pour les bétons projetés la norme NF EN 934-5 s’applique.
En règle générale, les adjuvants sont peu employés en voie sèche. Ils peuvent toutefois être utilisés
pour des applications particulières dans lesquelles on souhaite augmenter l’épaisseur des couches
projetées en une passe (projection en plafond ou en voûte). Voir le paragraphe 3.4. « Constituants ».
1
: Le terme consistance n’est pas pris ici au sens du paragraphe 4.2.1 de la norme NF EN 206-1, dans lequel il
est précisé qu’il n’y a pas de classe d’affaissement correspondant aux bétons à consistance terre humide destiné à
être compacté par un procédé particulier (ici la projection).
Fascicule « Formulation» page 10 Version D 2010
2.2.8 Fibres
La composition d’un mélange avec introduction de fibres doit tenir compte des pertes en fibres lors de
la projection ce qui conduit à un surdosage qui est fonction du type de fibres. Ce type de composition
ne peut être validé que par une épreuve d’étude.
Voir le paragraphe 3.4. « Constituants » et l’annexe A de la norme NF EN 14 487-1.
2.2.9 Eau
L’eau étant rajoutée à la lance de projection, elle n’est prise en compte qu’en fonction du mode de
fabrication du mélange :
Mélange industriel sec prêt à l’emploi, l’eau n’est pas prise en compte lors de la formulation,
les granulats ayant une teneur en eau inférieure à 0.5%,
Mélange B.P.E. ou centrale sur chantier, la teneur en eau est limitée à 5% des granulats
(pourcentage en poids).
L’eau ajoutée à la lance, doit avoir les mêmes qualités que l’eau de gâchage d’un béton coulé.
Elle doit donc être conforme à la norme NF EN 1008 « eau de gâchage pour béton »
2.3.1 Problématique
La projection de béton par voie mouillée doit concilier l’antinomie qui caractérise cette technique : le
mélange plastique pompable doit être quasi instantanément raidi pour pouvoir tenir sur le support.
Généralement les mélanges sont formulés à partir des ressources locales en granulats, tout le travail de
formulation consiste à optimiser la courbe de la composition granulaire et à faire un emploi judicieux
d’adjuvants.
La formulation d’un mélange à projeter par voie mouillée doit tenir compte de plusieurs critères :
-au mélange :
composition, teneur en fines
nature et forme des granulats.
adjuvantation
type et quantité de fibres utilisées,
-au transport :
distance
diamètre de conduite
tracé de la conduite
- à la projection :
débit et vitesse de sortie du mélange (pression d’air),
choix du type de raidisseur et mode d’introduction
Ces paramètres sont maîtrisables par une composition élaborée nécessitant l’emploi d’adjuvants et
d’additions, par la compétence des opérateurs et l’adaptation du matériel de projection.
Un emploi non maîtrisé des adjuvants nécessaires au raidissement a une incidence directe sur la
qualité finale du béton en terme de résistance et de durabilité.
Fuseau de référence
L’inscription de la courbe granulaire obtenue se fait comme indiquée pour la voie sèche.
Pour le béton projeté par voie mouillée il est courant d’utiliser D max de 8 à 12mm et 16 mm étant
considéré comme un maximum. Le choix de D max. dépend du type de machine utilisé et des
possibilités de ressources locales. Il est à considérer également dans le choix de D max l’épaisseur à
projeter et la densité d’armature.
La composition à définir est celle du mélange avant passage en machine, l’ajout en ciment apporte un
complément en éléments fins inférieurs à 63 µm.
Sous la dénomination « éléments fins » on entend tous les éléments de taille inférieure à 63 µm : le
ciment, également les fillers, la fumée de silice, les cendres volantes et les fines du sable.
A partir des paragraphes précédents et de l’expérience, on peut définir des paramètres d’optimisation :
2.3.5 Consistance
La pompabilité conduit à choisir une consistance correspondant à une classe d’affaissement de S3à S4.
Les consistances de classe d’affaissement S1et S2 sont d’un emploi très délicat. Celle-ci doit aussi être
adaptée au type de pompe et au diamètre de sortie. Pour être pompable le béton doit avoir un aspect
gras et ne doit pas ressuer ni avoir de ségrégation. Dans tous les cas on aura recours à des plastifiants
ou superplastifiants voire des retardateurs ou inhibiteurs de prise (stabilisateurs) et des entraîneurs
d’air.
En sortie de lance il convient de corriger la plasticité devenue excessive par l’introduction d’un
raidisseur-accélérateur de prise.
2.3.6 Additions
Contrairement à la voie sèche l’emploi d’additions est utile pour optimiser le squelette granulaire.
On se reportera au document d’application nationale de la norme NF EN 206-1 qui précise toutes les
normes relatives aux additions.
2.3.7 Adjuvants
L’emploi des adjuvants est pratiquement toujours nécessaire à l’élaboration d’une formulation
voie mouillée.
Les adjuvants sont des composants qui s’emploient à un dosage ≤ 5 % du poids du ciment. Au-delà de
5 % on parle d’additions. Dans ce cas au titre de la norme NF EN 206-1 ils sont classés sous la
rubrique « Autres additions » qui peuvent être incorporés en accord avec l’utilisateur dans le béton
pour lui conférer des propriétés particulières. Ces autres additions doivent faire l’objet d’études
justificatives. Pour le béton projeté, la norme qui le concerne (EN 934-5) autorise un dosage > 5%.
Voir le tableau d’emploi au chapitre « constituant 3.4 » au chapitre suivant.
Les fibres influent sur la pompabilité par augmentation de la cohésion du mélange. Celle-ci doit être
corrigée par une adaptation de la quantité de la « pâte » d’éléments fins et l’introduction d’adjuvants
pour « casser » la cohésion.
2.3.9 Eau
Comme pour la voie sèche, l’eau doit avoir les mêmes qualités que l’eau de gâchage d’un béton coulé.
Elle doit donc être conforme à la norme NF EN 1008 « eau de gâchage pour béton »
L’eau va conditionner la résistance par le rapport E/C. La démarche est comparable à celle des bétons
coulés.
Il est nécessaire de régler la consistance par l’emploi des adjuvants plastifiants ou superplastifiants
plutôt qu’avec un ajout d’eau.
3.1 Ciment
Il est précisé que l’emploi des ciments est codifié dans la norme NF EN 197-1. L’attention est attirée
sur le fait que cette codification nécessite de prendre en compte les compléments d’annotation
conservés pour l’emploi sur le territoire français, annotation « prise mer » par exemple, en cas
d’emploi dans d’autres pays de la communauté européenne il convient de vérifier que la composition
du ciment est compatible avec la classe d’environnement de l’ouvrage, toujours pour notre exemple de
travaux à la mer le pourcentage de clinker et la teneur en C3A.
Pour choisir le ciment le mieux adapté à votre application, il vous faut d’abord répondre aux questions
suivantes :
1) S’agit-il de travaux définitifs ou provisoires ? Faudra-t-il une phase provisoire (cas
particuliers de venues d’eau, zones congelées, autres contraintes liées au support…) ?
2) Quelle est la résistance visée à 28 jours ?
3) Y a-t-il des exigences de résistance à court terme ? si oui, lesquelles ?
4) Quelle est la durabilité recherchée ? Dans quel environnement ?
5) A quelle saison les travaux seront-ils effectués ?
6) Les granulats sont-ils potentiellement réactifs vis-à-vis de l’alcali-réaction ?
7) Quelles sont les exigences esthétiques (couleur, autres) ?
8) S’agit-il d’une application particulière ? (béton précontraint ? béton réfractaire ?)
Remarque : la méthode de projection (voie mouillée ou voie sèche) n’influence pas directement le
choix du type de ciment. A noter toutefois que la classe 32,5 suffit rarement pour les bétons projetés.
Voici comment vos réponses à ces questions vont vous guider vers le type de ciment adapté :
S’il s’agit de travaux définitifs, les ciments normalisés sont obligatoires pour les marchés publics car
ils présentent les garanties maximales de durabilité.
Pour les travaux ou les phases provisoires, on cherche également à utiliser en priorité des ciments
normalisés qui, combinés aux adjuvants, couvrent une très large gamme d’utilisation. Seules des
contraintes bien particulières (tels que les supports très humides ou congelés, travaux en zone de
marnage) conduisent à l’emploi de ciments non normalisés.
Les ciments non normalisés sont :
des ciments spéciaux qui répondent à des besoins spécifiques lorsque les ciments
normalisés, même adjuvantés, n’ont pas les performances exigées : ils sont généralement utilisés
pour des travaux provisoires avant une phase définitive ; ce sont des ciments élaborés qui font
l’objet de plan d’assurance qualité, d’Agréments Techniques Européens et de marquage CE.
mais parfois aussi des ciments mal référencés (provenance inconnue, caractéristiques
imprécises…) qui ne présentent aucune garantie de qualité et, de ce fait, ne sont jamais utilisés en
ouvrages d’art.
Les exigences de résistance à « court terme » – jusqu’à 24 heures – sont répertoriées dans la norme NF
EN 14487-1 (tableau 8) en trois classes : J1, J2 et J3 (voir graphique ci-dessous). Les courbes A, B, C
déterminent la limite entre ces différentes classes. J1 est le domaine compris entre les courbes A et B.
J2 est compris entre B et C. J3 est au-dessus de la courbe C.
Une composition donnée permet d’obtenir des classes de résistance à court terme différentes en
fonction de la température du béton, paramètre-clé de la cinétique de durcissement aux jeunes âges.
Les tableaux ci-dessous montrent, en voie sèche puis en voie mouillée, comment choisir un type de
ciment permettant d’atteindre le niveau souhaité de résistance à court terme :
Voie mouillée
2
Fréquemment utilisé en Allemagne
3
Attention à la durabilité si trop fort dosage en accélérateur
Fascicule « Formulation» page 18 Version D 2010
Dans ce paragraphe sur le choix du ciment, insistons sur le fait que la durabilité ne dépend pas du seul
ciment mais de la formulation (interactions entre tous les composants) et de la mise en œuvre du
béton. Le choix d’un ciment adapté ne peut en aucun cas garantir la durabilité de l’ensemble du
matériau béton, toutefois la notion d’un dosage minimal reste toujours un critère de durabilité.
Dans l’esprit de la démarche « performancielle » ci-dessus, des essais de vieillissement accéléré sur la
formule de béton choisie sont nécessaires. Les difficultés résident non seulement dans la
représentativité des essais mais surtout dans le passage du « temps accéléré » au « temps réel ». Ces
connaissances vont s’affiner avec des retours d’expérience de plus en plus nombreux. Il ne reste qu’à
être patient !
Si l’utilisation de granulats potentiellement réactifs vis-à-vis de l’alcali réaction est envisagée, le choix
d’un ciment à faible teneur en alcalins peut être nécessaire pour satisfaire le bilan des alcalins totaux
[Recommandations pour la prévention des désordres dus à l’alcali réaction, 1994]. Toutefois ces
recommandations sont à prendre avec prudence. Pour la voie mouillée elles sont applicables car le
béton après projection garde sa composition initiale de fabrication. Pour la voie sèche, la couche au
contact du support est fortement enrichie en ciment et ne contient pas de granulats et ne devrait donc
pas présenter de phénomène de réaction alcali-silice, pour le reste on peut envisager de prendre en
compte un enrichissement moyen en ciment (pouvant atteindre jusqu’à 20%) pour calculer le bilan des
alcalins. Pour tout ce qui concerne les essais accélérés, il est nécessaire de scier les éprouvettes dans
des caisses et faire très attention à la fiabilité du positionnement des plots de mesure.
Pour obtenir un parement avec un objectif d’aspect uniforme (couleur ou texture), il est nécessaire de
réaliser une couche finale (d’épaisseur 1 à 2 cm) dont la fonction est uniquement esthétique. Cette
couche finale relève de la technique des enduits. Il est possible pour des teintes claires de réaliser cette
couche avec un béton projeté à base de ciment blanc ou clair non retouchée.
Il est plus difficile de garantir l’obtention d’une couleur donnée en béton projeté qu’en béton coulé.
C’est encore plus délicat en voie sèche qu’en voie mouillée. On peut alors être amené à distinguer le
rôle structurel du béton, sans exigence de couleur et à utiliser un enduit pour répondre aux besoins
d’ordre esthétique.
De manière générale, le ciment, comme toutes les fines, a une forte incidence sur l’esthétique finale du
béton. Pour le béton projeté, son influence concerne essentiellement la couleur.
Pour obtenir un béton de teinte claire, il faut utiliser un ciment clair. Un filler clair ajouté à un ciment
sombre ne suffit pas.
Les ciments blancs sont très rarement utilisés pour les bétons projetés. Ils sont néanmoins
indispensables pour réparer des constructions en béton blanc (par exemple : le ministère des finances à
Bercy, la tour hertzienne de la Sainte Baume) ou pour réaliser des ouvrages en béton de teinte très
claire (caisse d’épargne de Bordeaux-Mériadec) ou des intrados de tunnel (e.g. tunnel de Sisteron).
Pour l'emploi du béton en association avec des armatures postcontraintes il est recommandé de choisir
une formulation avec utilisation de granulats dont les critères de qualité sont impérativement tous de
classe A indicé A (voir spécifications ci-dessous). Pour les sables, le critère de propreté doit être
caractérisé par une valeur d'équivalent de sable supérieur à 85.
Pour un emploi du béton projeté dans un site soumis à de fortes températures (four de cimenterie par
exemple), il est impératif d'utiliser un mélange formulé à partir de ciments et de granulats qualifiés de
"réfractaires", ces formulations sont élaborées par des fournisseurs spécialisés en matériaux
réfractaires.
3.2.1. Gravillons
La codification à spécifier est GrA. L'attention est attirée sur l’incidence de l’angularité des
granulats, caractérisée par le coefficient d’aplatissement qui n’est plus mesuré que sur les matériaux
alluvionnaires ou marins au sens de la norme XP P 18-545.
3.2.2. Sables
Compte tenu de l’importance de la propreté des sables, la valeur exigée pour l’équivalent de sable
visuel doit être supérieure ou égale à 85. Cette valeur est plus sévère que celle exigée dans la norme
XP P18-545 mais elle conditionne les critères de qualité du béton projeté ainsi qu’un bon passage en
machine. Elle est indispensable pour les résistances à 40 MPa.
3.3 Fibres
Les fibres employées dans les bétons et mortiers projetés sont du même type que celles employées
pour les bétons et mortiers coulés.
Les éléments spécifiques aux caractéristiques des fibres ne sont pas repris dans ce document, se référer
à la norme NF EN 14889-1 pour les fibres d’acier et à la norme NF EN 14889-2 pour les fibres
polymères, ainsi qu'aux documents techniques des fabricants.
Il faut noter qu’il n’a pas été possible de transformer « fibres d’acier » en « fibres métalliques » dans la
norme européenne à cause de la présence de cette dénomination dans une norme européenne
antérieure en cours d’application. Néanmoins, le groupe de travail « béton projeté » a admis
l’utilisation de la norme NF EN 14889-1 pour les fibres de fonte amorphe citées ci-après (la fonte
amorphe contient, comme l’acier, du fer, du carbone mais avec un pourcentage plus élevé, et du
chrome).
Les fibres sont utilisées pour répondre à différentes attentes :
Le dosage en fibres dans le mélange de départ doit tenir compte du taux d’appauvrissement lié au
mode de projection, à savoir, à titre indicatif pour les fibres métalliques :
30 à 50 % en voie sèche,
5 à 20 % en voie mouillée.
3.3.2 Précautions
Certaines fibres présentent une incompatibilité avec un milieu alcalin. C’est le cas des fibres de
polyester et des fibres de verre dont la protection des extrémités ou des surfaces de rupture peut poser
problème.
Pour les bétons coulés, les adjuvants sont des composants qui s’emploient à un dosage ≤ 5 % du
poids du ciment. Au-delà de 5 % on parle d’additions. Pour les bétons projetés, on peut aller au-delà
de 5% pour les adjuvants spécifiques (voir NF EN 934-5 ).
Les adjuvants et additions se présentent soit sous forme de liquides, soit sous forme de poudres. Dans
tous les cas, ils sont mis en œuvre avec un contrôle du dosage, au même titre que tout autre composant
entrant dans la formule de béton.
On les met en œuvre :
lors de la fabrication des produits pré-mélangés en usine et livrés sur chantier en sacs, big-bags
ou en silos (adjuvants en poudre)
ou
lors du malaxage en centrale BPE (forme poudre ou liquide)
ou
lors de la projection, à la sortie en extrémité de la conduite.
Dans tous les cas il faut s’assurer de leur répartition homogène dans le béton.
Les adjuvants « classiques » du béton font l’objet de la norme NF EN 934-2.
Il existe une norme (NF EN 934-5) qui s’applique aux adjuvants du béton projeté.
Cette norme introduit notamment des éléments concernant l'alcalinité et l'acidité des produits.
Famille 1 : à court terme (en quelques dizaines de minutes, voire quelques heures) : il s’agit des
accélérateurs de durcissement. Ils ont pour rôle d’accélérer la vitesse de montée en résistance du béton
à court terme par une accélération de la formation des hydrates.
Famille 2 : à très court terme : il s’agit des raidisseurs (action instantanée) et des accélérateurs de prise
(action en quelques minutes). Les raidisseurs ont pour rôle d’accélérer la rigidification au contact du
support. Après la rigidification, les accélérateurs de prise permettent de réaliser, après quelques
minutes, une nouvelle passe de projection sur la passe précédente ayant commencé sa prise. De cette
façon, il est possible de projeter une couche épaisse en plusieurs passes dans un même poste de
projection.
Les adjuvants pour béton projeté (cf NF EN 934-5) cumulent généralement les fonctions de
raidissement et d’accélération de la prise.
Il faut s’assurer qu’ils ne nuisent pas à la résistance à plus long terme ou à la durabilité.
Il est donc important, quelle que soit la dénomination employée, accélérateurs, raidisseurs, activateurs
ou autre, de bien définir le moment où on veut obtenir l’accélération : au moment de l’arrivée du béton
sur le support ou pour pouvoir solliciter plus rapidement le matériau ?
Il est précisé que, si certains accélérateurs de durcissement peuvent avoir une action sur la durée de
prise, à l’inverse les accélérateurs de prise n’accélère pas la montée en résistance.
La fonction anti-gel des accélérateurs de prise n’est pas à prendre en compte car la projection doit
s’effectuer (sauf cas particulier) sur un support dont la température est supérieure à +5°C.
On désigne généralement comme « alcalins » les produits à base d’aluminates et de silicates de
sodium.
Les aluminates sont interdits en France.
L'ASQUAPRO propose d’interdire l’emploi des silicates, du fait :
qu’ils présentent des risques importants pour la santé des utilisateurs et l’environnement,
qu’ils nuisent fortement aux résistances mécaniques des bétons, à moyen et long terme, en cas
de dépassement d’un dosage de 3% à 5% suivant les produits,
qu’ils apportent des alcalins supplémentaires (bilan des alcalins vis-à-vis de l’alcali-réaction).
Il est important de spécifier cette interdiction des accélérateurs alcalins dans les
C.C.T.P. de façon à éviter que certaines entreprises fassent leur chiffrage sur la base de
ces produits peu coûteux.
Les produits « non alcalins » couvrent aujourd’hui toute la gamme d’utilisation possible.
Remarque : Lorsque, pour une caractéristique donnée, le tableau ne présente pas de rubrique
concernant la voie sèche, l’effet recherché peut être obtenu en jouant sur la formulation du béton
(granulométrie, dosage en ciment, etc.). Il est toujours préférable de commencer par adapter la
formulation aux caractéristiques recherchées.
3.5 L’eau
Mêmes critères que pour le béton coulé, seul diffère le moment d’introduction en fonction du mode de
projection.
Elle doit donc être conforme à la norme NF EN 1008 « eau de gâchage pour béton ».
4.1.1 Généralités
Les précautions à prendre pour obtenir des bétons projetés de qualité même par temps chaud ou froid
suivent les mêmes règles de l’art que pour les bétons coulés. Elles sont à prendre en considération au
niveau de la formulation du béton et au niveau de sa mise en œuvre.
Une des particularités du béton projeté est d’être utilisé en épaisseur moyenne (10-20 cm), rarement
protégé par un coffrage et rarement en béton de masse. De ce fait, les bétons projetés sont plus
sensibles aux températures extérieures : celle du support et celle de l’air extérieur.
Or, aux jeunes âges, la vitesse d’hydratation du ciment, donc du durcissement du béton, est
pratiquement proportionnelle à sa température et la durabilité du béton se joue au tout premier âge
puisque c’est à ce moment qu’il possède une vulnérabilité maximale au phénomène de dessiccation.
La maniabilité du béton se dégrade plus rapidement. Elle peut amener des difficultés de pompage et de
mise en place du béton projeté par voie mouillée.
L’évaporation plus rapide de l’eau de gâchage provoque :
A titre d’exemple sur un mélange plastique pour une projection par voie mouillée, un affaissement au
cône d’Abrams de l’ordre de 10 cm mesuré pour une température du béton frais de 20°C passera à
environ 4 à 5 cm si la température augmente à 35°C.
Sur un mélange pulvérulent humide pour une projection par voie sèche, le temps d’emploi Ŕ du
malaxage à la projection Ŕ sera réduit de 2 heures pour une température de 20°C à 45 minutes si
la température monte à 35°C.
Ciment :
utiliser des ciments à faible chaleur d’hydratation,
limiter l’emploi de ciments de classe R (trop réactif)
Granulats :
propres et protégés du soleil lors du stockage
éviter les granulats à porosité importante
dans le cas de projection par voie sèche veiller à ce que la température des granulats ne soit pas
trop importante après leur séchage.
Eau de gâchage :
pour la voie sèche, pas de recommandations particulières
pour voie mouillée, appliquer les dispositions du BPE
ne jamais rajouter d’eau à l’arrivée sur le chantier
Adjuvants :
pour la voie sèche pas de recommandations particulières
pour la voie mouillée, utiliser des retardateurs de prise, les plastifiants ont un effet secondaire de
limitation de la dessiccation
VOIE SECHE
Produits pulvérulents secs :
température de stockage inférieure à 50° C
VOIE MOUILLEE
L’action la plus efficace est l’humidification pendant une semaine (strict minimum 72 h), par
pulvérisations régulières d’eau.
On peut utiliser des produits de cure ou mettre en place des géotextiles humides éventuellement
complétés par des bâches plastiques, permettant d’éviter la dessiccation (en fonction de la vitesse
d’évaporation, l’efficacité des produits de cure peut être limitée).
On rappelle que la température du support doit être supérieure à 5°C. Ceci est particulièrement
important pour les revêtements de faible épaisseur.
Exceptionnellement, pour des raisons d'urgence et pour des revêtements de protection de
terrain, on peut envisager de travailler à des températures inférieures en prenant en compte les
recommandations suivantes, tout en sachant qu'il y aura retard de prise et de durcissement.
Pour une température de support entre 0°C et 5°C :
REGLES LIEES A LA FORMULATION
Ciment :
utiliser des ciments à chaleur d’hydratation élevée, à fortes résistances initiales ou des ciments
spéciaux rapides
Augmenter le dosage en ciment,
Eau : la chauffer
soigner la cure du béton mais la cure par arrosage est interdite, elle doit être remplacée par la mise
en place d'un film plastique recouvert d’un isolant de type laine de roche ou tout autre protection
thermique.
4.2.1 Généralités
La technologie du béton projeté est bien adaptée à la mise en place des bétons à prise rapide et à
durcissement rapide. Dès que celui-ci est projeté en épaisseur suffisante, la prise peut se faire. Celle-ci
est immédiatement suivie par le durcissement du béton.
Le phénomène de prise intervient juste après la perte de maniabilité. Il correspond à un changement
d’état, une « coagulation », provoquant une rigidification du béton. C’est un épisode transitoire.
Le phénomène de durcissement correspond à la formation et à la précipitation des minéraux hydratés
qui solidifie la matrice cimentaire. Les résistances induites sont alors mesurables et augmentent dans
le temps.
En béton projeté par voie mouillée, les opérations successives de malaxage, de transport et de
pompage imposent des contraintes de temps dont il faut tenir compte dans le choix du ciment. L’ajout
de l’accélérateur se faisant à la lance, il n’y a pas de problème de délais de raidissement prématuré du
béton.
Les mélanges à projeter à prise rapide et à durcissement rapide sont très utiles :
pour tenir et adhérer sur support humide et/ou ruisselant sans s’affaisser,
pour obtenir une remise en service rapide de l’ouvrage traité,
pour appliquer rapidement une épaisseur importante sans affaissement,
pour mettre en sécurité une paroi,
à basses températures, pour atteindre un seuil minimum de résistance avant la venue du
gel,
pour augmenter les cadences d’avancement.
4.2.3 La classification
Nous avons le choix entre l’utilisation d’accélérateur de prise pour ciment Portland ou l’utilisation de
ciment à prise et durcissement rapide.
Ces ajouts, en modifiant le processus d’hydratation, peuvent avoir des conséquences sur la durabilité
du béton :
par exemple, le chlorure de calcium va former un monochloroaluminate de calcium qui a la
particularité de corroder les aciers. C’est pourquoi l’utilisation des chlorures de calcium est très
réglementée,
Il est à nouveau rappelé que certains produits sont d’utilisation dangereuse pour l’homme et son
environnement (silicates et aluminates de sodium).
Les accélérateurs de dernière génération, non alcalins, ne présentent pas ces défauts.
Quels que soient les produits utilisés, il est impératif de suivre les conseils de compatibilité avec le
type de ciment et d’utilisation des fournisseurs.
Plus adaptés à la voie sèche, ils présentent la particularité d’avoir une composition minéralogique
spécifique qui donnera, après hydratation, une prise et un durcissement rapide sans avoir recours à des
accélérateurs. La rapidité est apportée :
par des minéraux tels que certains aluminates et sulfoaluminates de calcium en proportion plus
ou moins importantes. Les autres minéraux présents sont plus classiques (silicates tri- ou di-
calciques),
par une finesse souvent plus élevée que les ciments Portland courants,
par l’absence de gypse qui en tant que régulateur de prise va à l’encontre de la rapidité.
On distingue :
les mélanges de ciments Portland avec les ciments alumineux présentent la particularité d’une
prise rapide dans une certaine proportion de chacun d’entre eux. Pour que la montée en
résistance se fasse de manière progressive et continue, il est nécessaire d’utiliser un adjuvant
4.2.7.2 dosages
Dans le cas de l’utilisation d’un ciment rapide, son dosage est fonction aussi bien des résistances aux
jeunes âges que de celles à 28 jours.
Dans le cas de l’utilisation d’un accélérateur, les résistances initiales sont fonction de son dosage. Les
résistances à l’échéance de 28 jours dépendent du type d’accélérateur utilisé, de son interaction avec le
type de ciment et du dosage de ce dernier. L’effet d’un accélérateur sera différent entre un ciment
CEM I 52.5 et un CEM II ou III.
Le tableau ci-dessous résume, à titre indicatif, l’efficacité maximum des différentes solutions à dosage
courant en fonction de la température en reprenant la classification énoncée ci-dessus :
Température du béton frais Béton à base de CEM I accéléré Béton à base de ciment rapide
Adjuvant Additif Portland sans Autres ciments
< 5% > 5% gypse rapides
5 à 15°C J1 J2 J1 J3
15 à 25°C J2 J3 J2 J3
25 à 35°C J3 J3 J3 J.3
4.2.7.3 exigences
Le choix de la classe de résistance désirée aux jeunes âges sera fonction des performances demandées
à ce béton.
Par exemple, la résistance peut être :
Il est très important d’envisager la durabilité à long terme de ce genre de béton dès le début de la
formulation, et de choisir le ciment ou l’accélérateur le mieux adapté.
La formulation de ces bétons doit tenir compte de la température ambiante lors de l’application.
Comme tous les bétons, leur temps de prise et leur cinétique de durcissement seront fonction de :
A même niveau d’exigence de résistance, un béton rapide appliqué en été a besoin d’un dosage en
accélérateur moins important qu’en hiver. C’est pour cela aussi que la performance d’un béton rapide
se juge par température froide.
A contrario, les bétons à base de ciment rapide ont besoin par temps chaud d’un retardateur. Il est
nécessaire d’éviter une prise trop rapide avant la fin du compactage par martelage des graviers. Une
prise excessivement rapide peut se traduire par une compacité plus faible et donc des résistances
également plus faibles.
Pour le béton projeté par voie mouillée, les recommandations classiques de la norme NF EN 206-1
(tableau F1 en annexe F) et les Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel
éditées par le LCPC en décembre 2003, sont applicables mais on connaît peu de cas pratiques
d'application vu les domaines d'emploi de la voie mouillée.
Pour le béton projeté par voie sèche, le principe de mise en œuvre permet d’obtenir des teneurs en air
proches de celles indiquées dans le tableau F1 de la norme NF EN 206-1 [Gérômey]. Les retours
d'expérience montrent qu'on peut obtenir une excellente durabilité, même en régions très froides, sans
avoir besoin de recourir à des entraîneurs d'air dont la maîtrise serait par ailleurs délicate en voie
sèche.
La formulation d’un tel béton nécessite la même rigueur que les bétons classiques à haute performance
en ce qui concerne la voie mouillée. Pour les bétons « voie sèche » il est impératif d’utiliser des
granulats de code A indice A.
L'attention est attirée sur l’effet de mouillage des grains de fumée de silice qui va se traduire par un
supplément d’eau délicat à compenser par un ajout de superplastifiants réducteur d’eau pour obtenir
une réduction du rapport eau/liant équivalent.
5 BETONS DE SABLE
Ces bétons font l’objet d’une norme NF P 18-500 et d’un guide qui ont été publiés après les
expérimentations conduites dans le cadre du Projet National SABLOCRETE .
On parle de « béton de sable » et non de mortier car leur dosage en ciment est semblable à celui d’un
béton traditionnel. Ils ne contiennent pas de gravillons. Ils sont formulés à partir d’un sable 0-4 mm et
d’une forte proportion de fillers.
Leur projection s’effectue uniquement en voie mouillée.
Leur domaine d’emploi est lié à leur aptitude à être transportés sur de longues distances et aux faibles
pertes qu’ils génèrent. Ceci est particulièrement intéressant dans les petites galeries d’assainissement.
Norme AFNOR
NF P 95-102 2002 Réparation et renforcement par béton projeté (des ouvrages d’art)
XP P 18-545 2008 Granulats pour béton : définition, conformité, codification
NF P 15-314 1993 Ciment Prompt
NF P 18-500 1995 Béton de sable
Recommandations
AFTES 1993 : La technologie et la mise en œuvre du béton projeté supplément au TOS n°117
AFTES 1994 : La technologie et la mise en œuvre du béton projeté renforcé de fibres TOS 126
LCPC décembre 2003 Durabilité des bétons durcis soumis au gel
ASQUAPRO 1997 Prévention, hygiène et sécurité lors des projections des mortiers et bétons
Bibliographie
RESSE C et VENUAT M., 1981, « Projection des mortiers, bétons et plâtres », Techniques et
applications, Bâtiment & T.P. Edité par les auteurs
GEROMEY S., 2003 Evaluation des paramètres d’obtention de la qualité des bétons projetés utilisés
dans les soutènements provisoires, des revêtements définitifs et des renforcements d’ouvrages. Thèse
sci. : Institut National des Sciences Appliquées de Lyon.
Les fuseaux granulaires signalés au paragraphe 2.2.2. (page 8 du présent document) ont été
publiés, à titre indicatif, dans les recommandations de l’AFTES [TOS 117] en 1974 puis dans
la norme NF P 95-102 en 2002, afin d'aider les formulateurs de mélanges à projeter.
Depuis 1974, ces fuseaux ont été utilisés et ont montré leur intérêt. La norme NF EN 14487-1
ne comportant pas de fuseaux conseillés, ceux que nous utilisons avec succès depuis plus de
35 ans risquent de disparaître. Nous les reproduisons donc à titre conservatoire.
Les fuseaux AFTES – AFNOR risquant de disparaître comme indiqué ci-dessus, ont d'abord été
légèrement modifiés pour tenir compte du remplacement, dans les normes européennes, du tamis de
0,080 mm par celui de 0,063 mm.
Les retours d'expériences analysés trois décennies ont montré que les formes des fuseaux devaient être
modifiées entre les abscisses 0,5 mm et 1,5 mm. (voir note technique Asquapro soulignant l'utilité de
ces modifications).
Fuseau de 0 à 8 mm
Fuseau de 0 à 10 mm
Fuseau de 0 à 12,5 mm
Depuis leur parution, ces fuseaux que l’EDF avait mis au point pendant les travaux
d’aménagement hydraulique Arc–Isère, ont été utilisés en France, par tous les ingénieurs qui
formulaient des mélanges à projeter.
Ces fuseaux « AFTES » sont relativement étroits, principalement par rapport aux allemands
(DIN), suisses (SEI), américains (ASTM), ce qui est un avantage lorsqu’on cherche à
formuler un mélange dont la courbe doit être la plus continue possible.
Les retours d’expérience des chantiers ont alors montré que, lorsque les mélanges à projeter
avaient été formulés de manière à ce que leur courbe granulaire s’inscrive dans un des
fuseaux recommandés par l’AFTES, la faisabilité de la projection était vérifiée et surtout que
le béton mis en œuvre était de bonne qualité.
De ce fait, l’utilisation de ces fuseaux s’est généralisée en France et ils ont été d’abord repris
dans le « guide du béton projeté » de l'AFB qui les a étendus aux travaux hors souterrain en
1976, puis par l’AFNOR dans la norme NF P 95-102 homologuée en 1992 et actualisée en
2002.
Si la norme NF P 95-102 est supprimée, les fuseaux que nous utilisons disparaîtront.
Il ne restera alors que ceux des recommandations de l’AFTES et ceux qu’Asquapro pourrait
mettre au point en tenant compte des modifications récentes des normes (pour ce qui concerne
les dimensions des tamis en particulier) et des retours d’expérience cumulés depuis plus de
trente ans.
Les normes européennes prévoient l’utilisation d’un tamis à mailles carrées de 0,063 mm
alors que, jusque là, les analyses granulométriques commençaient, en France, au tamis de
0,080 mm.
Il faut toutefois remarquer qu’avec le tamis de 0,063 mm, le passant ne contient pas les grains
de ciment supérieurs à cette maille (qui pourtant existent). Lorsque l’on veut déterminer la
teneur en ciment et en fines d’un béton venant d’être projeté, il faut donc tenir compte du
rapport Ciment/fines qui peut être relevé sur la courbe du mélange aux tamis 0,100 ou 0,125.
Une autre modification concerne la coupure sable/gravillon qui était fixée à 5 mm lorsque les
premiers fuseaux AFTES ont été recommandés (en 1974).
Maintenant les sables disponibles chez les fournisseurs sont tous des 0/4 mm, il faut
également en tenir compte pour tracer les nouveaux fuseaux.
Les retours d’expérience sur les formulations faites pendant 30 ans en utilisant les fuseaux
recommandés, ont montré que les courbes sortaient parfois du fuseau, en fonction des
granulats disponibles sur le site des travaux.
Dans ce cas, le formulateur recherche le rapport S/G donnant la meilleure courbe et, si cela ne
suffit pas, il peut étudier des mélanges ternaires, changer de classe de ciment ou encore
ajouter des fillers.
Malgré cela, la courbe peut sortir du fuseau et, dans ce cas, il a été constaté que :
si elle sort par le bas entre 0,5 et 2 mm, ce n’est pas catastrophique au contraire, car
beaucoup de très bons bétons sortent des fuseaux dans cette zone,
si elle sort par le haut dans cette même zone, le béton risque fort d’être de mauvaise
qualité, difficile à projeter et avec beaucoup de pertes.
Tous les formulateurs expérimentés ont donc cherché à créer des mélanges les plus continus
possibles mais avec une courbe se situant dans la partie inférieure du fuseau entre 0,5 et 2 mm
et, si elle sortait du fuseau dans cette zone, ils n’étaient pas inquiets.
Tous ceux qui ont pratiqué de la sorte savaient donc qu’il aurait fallu incurver les fuseaux vers
le bas mais les rares qui se sont tracés ces fuseaux modifiés, les ont gardé pour leur usage
personnel.
Le comité technique d’ASQUAPRO a décidé de proposer, à titre indicatif, des fuseaux tenant
compte de tout ce qui a été exposé ci-dessus. Ces fuseaux sont donc ajoutés au présent
fascicule formulation du guide technique.
Fuseau asquapro 0 / 8 mm
Fuseau asquapro 0 / 10 mm
Fuseau asquapro 0 / 16 mm