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II-3-4 Troisième étape : association pâte / squelette granulaire. II- Formulation. Notion de pâte en excès. - PowerPoint PPT Presentation
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II- FormulationII-3-4 Troisième étape : association pâte / squelette granulaire
Notion de pâte en excès
La quantité de pâte, à qualité donnée, conditionne l’aptitude à l’écoulement. La mobilité des granulats (donc l’ouvrabilité du béton) est conditionnée par les frottements entre grains et par les propriétés rhéologiques de la pâte. Ainsi, plus les granulats sont distants plus l’ouvrabilité croît, à qualité de pâte donnée.
Le frottement intergranulaire et la viscosité de la pâte vont conditionner la réponse rhéologique du béton seuil proche de zéro et viscosité quantifiée
Pour les BAP, l’ajout d’un superplastifiant va considérablement diminuer la composante de frottement entre grains de ciment et augmenter l’affaissement. C’est alors la viscosité du mélange qui devient significative, pilotée par les frottements entre granulats ; la seule façon de la diminuer consiste à desserrer le squelette.
Pâtecompacte
Pâte enexcès
Épaisseur de lapâte en excès
Vide
Granulat
Ajout de pâte
Déterminer la quantité de pâte nécessaire pour atteindre l’écoulement autoplaçant.
II- FormulationAssociation pâte / squelette granulaire
Quantification de la pâte en excès
Di
Di+2ei
Approche basée sur la taille moyenne du squelette granulaire
1
V Vvides V GPC
Pour un squelette granulaire (diamètre moyen DM)
33
62
6 MMMPE DeDV
11
23
G
PEMM V
VDeA VPE et VG donnés, eM augmente avec DM et constitue donc
un paramètre dépendant de la distribution granulométrique des squelettes
Compactage
VPE
VPC
VG
II- FormulationAssociation pâte / squelette granulaire
L’épaisseur de la pâte en excès n’est pas identique pour des tailles différentes de granulats.plus la dimension du granulat est importante, plus l’épaisseur de pâte couvrant sa superficie est importantepar effet de masse (ou de taille pour un granulat de même densité).
l’épaisseur de la pâte en excès est proportionnelle à la taille du granulat
Quantification (suite)
e 1
e 3e 2
D 1
D 2
D 3 kD
eD
D
eD
D
eD
3
33
2
22
1
11 222
Définition d’un facteur d’homothétie k entre les diamètres des granulats bruts et enrobésde pâte
i
n
i
iiiPE N
DeDV
1
33
66
2
Pour n classes i représentées chacune par un diamètre Di et un nombre Ni de particules :
3
803
1
3
16
1
G
PEn
iii
PE
V
V
DN
Vk
VG>80 = volume des granulats de taille supérieure à 80 microns, entouré par la suspension constituée de pâte de ciment et des fines du squelette granulaire, de taille inférieure à 80 microns
II- FormulationAssociation pâte / squelette granulaire
Principe de détermination du facteur d’homothétie k
Pour un volume unité V de béton : V = VP + VV + VA
VP = volume absolu de la pâte de ciment dont la formulation a été définie pour répondre aux critères rhéologiques (§ II-3-2),VV = volume des vides,VA = volume ajouté, composé de granulats et d’eau.
Pour un squelette donné (g/s) et VV fixé, le principe général consiste à se donner un volume VP de pâte de ciment, et lui ajouter de manière séquencée des volumes de granulats et d’eau jusqu’à obtenir un aspect BAP
+ + + + + +
Aspect Ferme
Aspect Fluide
Acceptable
Pâteoptimale
Granulats Eau
Chronologie dela procédure
VP
VA
II- FormulationAssociation pâte / squelette granulaire
Valeurs du facteur d’homothétie k (déterminées avec un dosage en ciment de 350 kg/m3)
BAP n’incorporant pas d’agent de viscosité BAP incorporant un agent de viscosité
g/s k Dk k Dk0,8 1,156 0,005 1,135 0,0041,1 1,152 0,005 1,136 0,0041,2 1,147 0,005 1,133 0,0041,6 1,138 0,005 1,127 0,004
Concassés Roulés
Roulés et concassés , valeur définie de k
BAP obtenu pour 0,8g/s 1,3
Toutes les facettes BAP non satisfaites pour g/s >1,3
y = -0,0233x + 1,1756
R2 = 0,981
y = -0,0108x + 1,1454
R2 = 0,7783
1,12
1,125
1,13
1,135
1,14
1,145
1,15
1,155
1,16
1,165
0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7
k
g/s
y = 0,0236x2 - 0,0635x + 1,146
R2 = 1
y = 0,0921x2 - 0,2195x + 1,2212
R2 = 0,88441,08
1,085
1,09
1,095
1,1
1,105
1,11
1,115
1,12
0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7
k
g/s
Semi-concassés Roulés g/s k Dk k Dk 0,8 1,110 0,004 1,104 0,004 1,0 1,092 0,004 1,1 1,105 0,004 1,094 0,004 1,3 1,103 0,004 1,089 0,004 1,5 1,100 0,004
roulés
concassés
II- FormulationAssociation pâte / squelette granulaire
Démarche de formulation
Le principe général consiste à utiliser les valeurs établies du paramètre k pour déterminer dans quellesproportions la pâte de ciment et un squelette granulaire donné peuvent être associés.
détermination du volume total d’un squelette granulaire donné (défini par un rapport g/s)
Paramètres d’entrée
Distribution en se fixant un rapport G/S (diamètres représentatifs DRi de chacune des classes i).Compacité maximale du squelette granulaire à partir du modèle d’empilement compressible (§ II-3-3) le coefficient d’absorption de chaque fraction (sable, gravillon)
Pâte : une formulation (proportion de ciment, filler calcaire, eau, adjuvants) déterminée sur des critères rhéologiques (§ II-3-2)
Squelette granulaire :
80 GfinesG VVV
Démarche
Les particules < 80µm font partie de la matrice qui couvre les particules plus grosses
matricevolumeVVVVVV
VVVVVV
PCPEEAEfinesP
EGAAVP
: matrice la de propriétésaux pas participe ne squelettedu ensemblel' de absorbéeeau l' quesupposant en et
avec 1 Puisque
II- FormulationAssociation pâte / squelette granulaire
Démarche de formulation (suite)
1 1 80 VEAGPCPEEGVP VVVVVVVVV
Abg)et Abs defonction en exprimable volumiqueabsorptiond' coeffb (avec . et
1)a (avec posant En
80
80
GGEA
GG
Va
bVbV
VaV
11 80 a
bVVV GVPE
γ
γ VV GPC
180
1
1
1
380
ab
k
VV V
G
3
80
1
G
PE
V
Vk
bka
VV V
G
1
1
1
3
II- FormulationAssociation pâte / squelette granulaire
En pratique
Squelette granulaire
g/s
a, k
Mesure de
Abs, Abg
b
1 EGVP VVVV
bka
VV V
G
1
1
1
3
Pâte
Formulation connue(VC+VA+VEP+VSP+VAV=1)
Dosage en ciment fixé
(350 kg/m3)
VP
fixé(25 l/m3 par exemple)
déduit
Application
Données pâte0,43380,00,01280,15450,3989Proportion volumique
EAVSPFCConstituant
C=CEM I 52.5 R ( = 3170 kg/m3 fcm28 = 69,4 MPa) F=filler calcaire ( = 2700 kg/m3 ) SP = superplastifiant (polycarboxylate , = 1050 kg/m3, extrait sec = 20%)
2215.111
Viscosité à 18s-1 (Pa.s)
Viscosité à 4s-1 (Pa.s)
Etalement (cm)
Seuil (Pa)
Données squelette granulaire
s = sable alluvionnaire de Garonne 0/4R ( = 2670 kg/m3 Abs = 1,5%, proportion <80µ = 1,1% en masse)g = gravillon alluvionnaire de Garonne 4/10R ( = 2670 kg/m3 Abs = 1,1%, proportion<80µ=0% massique)
Rapport g/s = 1,1 (compacité maximale = 0,847)
Formuler le béton dosé à 350 kg/m3 de ciment
Résultats à l’état frais
Etalement : Diamètre moyen = 70cm t50 = 2.5s – observation : homogène, sans laitance
Boîte en L : H2/H1 = 0.81 t40=3.5s - pas de blocage
Stabilité au tamis : = 6% - pas de risque de ségrégation
Entonnoir (V-funnel) : t = 12.5s – écoulement lent mais homogène
Spécificités autoplaçantes atteintes
Résultats à l’état durci
Résistance moyenne à la compression à 28j = 52,7MPa (écart-type = 3MPa)
(prévision avec la formule de Feret avec volume des vides à 25l/m3 donne 54.8MPa)
différence liée à la teneur en air
Application (NON TRAITEE)
Données pâte Constituant C F SP AV E
Proportion volumique 0,3985 0,1637 0,0162 0,0125 0,4091
C=CEM I 52.5 R ( = 3170 kg/m3 fcm28 = 69,4 MPa) F=filler calcaire ( = 2700 kg/m3 ) SP = superplastifiant (polycarboxylate , = 1050 kg/m3, extrait sec = 20%) AV= agent de viscosité (organique de synthèse, = 1020 kg/m3, extrait sec = 5%)
221512
Viscosité à 18s-1 (Pa.s)
Viscosité à 4s-1 (Pa.s)
Etalement (cm)
Seuil (Pa)
Données squelette granulaire
s = sable alluvionnaire de Garonne 0/4R ( = 2670 kg/m3 Abs = 1,5%, proportion <80µ = 1,1% en masse)g = gravillon alluvionnaire de Garonne 4/10R ( = 2670 kg/m3 Abs = 1,1%, proportion<80µ=0% massique)
Rapport g/s = 1,3 (compacité maximale = 0,828)
Formuler le béton dosé à 350 kg/m3 de ciment et en considérant la valeur du facteur d’homothétie k - incertitude
III- Performances
III- Performances
Béton traditionnel vibré
BAP
III-1 Problématique
Les différences de formulation entre BV et BAP entraînent-elles des propriétés différentes à l’état durci ?
propriétés mécaniques (résistance compression, module d’élasticité), variations dimensionnelles (retrait), déformations différées (fluage), propriétés de durabilité
III- PerformancesIII-2 Performances mécaniques instantanées
0
20
40
60
80
0 20 40 60 80
BV (MPa)
BA
P (
MP
a)
III-2-1 Résistance en compression uniaxiale
Valeurs moyennes à Eeff / liantéq comparable
Entre 55 et 75 MPa, g/s BAP< g/s BV
A rapport équivalent Eeff/liant, Rc BAP ≥ Rc BV
§ 2-1-2 BPEL
Valeurs corrigées prenant en compte l’âge réel du béton (à partir de la prise) plutôt quel’âge conventionnel (à partir du coulage)
III- PerformancesRésistance en compression uniaxiale
fc28>40MPaBAP i (i=1,4)et BHP
III- PerformancesIII-2-2 Module d’élasticité
Ε =(σa - σb)/(εa,n - εb,n)
5 cycles de charge et décharge d’une amplitude égale à 1/3 de la charge de rupture
BAEL modifié
Eurocode 2
A Rc et g/s comparablesE BAP E BV
III- PerformancesIII-3 Déformations différées sans charge
III-3-1 Retrait plastique
Contraction totale du béton entre la fabrication du béton et la fin de priseOrigines principales :Compaction naturelle (gravité) des phases solides (eau de ressuage)Hydratation (contraction Le Chatelier)Départ d’eau par évaporation
Sans vent(20°C – 50%HR)
Il concerne avant tout les structures présentant une large surface à l'air libre, lorsque le béton est à l'état frais (bétons autonivellants (BAN) utilisés pour les dalles)
Avec vent (20°C 50%HR)
taux d'évaporation = 0,9 kg/m2
Résistance équivalente entre BAP40 et BO40 BAP F5 et BOF5 BAN1 et BO1 BAN2 et BO2
III- PerformancesRetrait plastique
Solution pour diminuer le retrait plastique et le risque de fissuration
appliquer un produit de cure en surface d’ouvrage réalisé en BAN (compensation de l’absence de ressuage)
Deux produits de cure sur le marché.
Les produits solvantés, en général composés d'une résine pétrolière diluée dans un solvant. Ils sont pulvérisés à la surface du béton. Après évaporation du solvant, la résine polymérise et forme un film qui empêche une partie de l'évaporation.
Les produits non-solvantés composés d'un polymère en phase aqueuse. Après pulvérisation, ils forment également une pellicule imperméable à la surface du béton frais.
Dispositif de mesure des déformations plastiques moule 7x7x28 cm (A), enveloppe(B+C), capteurs laser (D et E).
Sans vent (20°C, 50%HR)
III- PerformancesIII-3-2 Retrait à l’état durci (au-delà de 24h)
mesurer, en fonction du temps, la variation de longueur due auxeffets de l’hydratation et de la dessiccation des bétons
Retrait total (20°C, 50% HR)
retrait = rapport de la variation de longueur de l’éprouvette (∆L) sur sa longueur de base (L).
Rétractomètre
Pour une gamme de résistance donnée, à Eeff/Liant éq et g/s comparables, les retraits totaux sont équivalents
III- PerformancesRetrait à l’état durci (au-delà de 24h)
Eurocode 2
III- PerformancesIII-4 Déformations différées sous charge
Le fluage est le comportement différé du béton soumis à un chargement stationnaire (≠ retrait qui est un phénomène spontané).
La déformation de fluage dépend des paramètres de formulation plutôt que de la différence du volume de pâte entre BAP et BV.
Eurocode 2
t = échéance de mesure de la déformationt0 = échéance de chargement
III- PerformancesDéformations différées sous charge
III- PerformancesIII-5 Propriétés physico-chimiquesIII-5-1 Perméabilité
Perméamètre CEMBUREAU
Echantillons séchés à 80°C pour faire tendre leur taux de saturation vers 0.
I = 28 jours cure humide ; série II = 1 an cure humide ; III = 60 jours cure humide et 1 an cure 50% H.R.
A classe de résistance donnée et Eeff/Léq comparable, k BAP < k BV
III- PerformancesIII-5-2 Diffusion des ions chlore
Coefficient de diffusion effectif
le coefficient de diffusion effectif du BAP est semblable à celui du béton vibré, au sein d’une même classe de résistance.
III- PerformancesIII-5-3 Absorption d’eau par capillarité
Vitesse d’absorption capillaire
Bonne corrélation entre l’absorption d’eau et le coefficient de diffusion des ions chlore
Ces 2 grandeurs sont en lien direct avec laporosité capillaire du béton (autoplaçant ou vibré) et ne semblent pas influencées par d’autres paramètres supplémentaires (auréole de transition, en particulier)
III- PerformancesIII-5-4 Carbonatation accélérée
Mesure de l’épaisseurmoyenne du front carbonaté
les BAP se carbonatent légèrement plus vite que les bétons vibrés, pour toutes les classes de résistance mécanique. Les profondeurs de carbonatation restent cependant faibles.
(I et III : 28 jours cure humide ; II : 500 jours cure humide)
III- PerformancesIII-5-5 Lessivage au nitrate d’ammonium
Caractériser le comportement d’échantillons de béton vis-à-vis du lessivage
Suivi de l’évolution de l’épaisseur de béton lessivé d’échantillons immergés dans une solution saturée en nitrate d’ammonium
Il n’existe pas de différence significative entre BAP et BV que ce soit pour les bétons de bâtiment comme pour les bétons d’ouvrage ou ceux à hautes performances