Rhéologie des bétons fluides

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1 Rhéologe des bétons fludes Chong Hu To cte ths verson: Chong Hu. Rhéologe des bétons fludes. Mechancs [physcs.med-ph]. Ecole Natonale des Ponts et Chaussées, 995. French. <tel > HAL Id: tel Submtted on 4 Oct 200 HAL s a mult-dscplnary open access archve for the depost and dssemnaton of scentfc research documents, whether they are publshed or not. The documents may come from teachng and research nsttutons n France or abroad, or from publc or prvate research centers. L archve ouverte plurdscplnare HAL, est destnée au dépôt et à la dffuson de documents scentfques de nveau recherche, publés ou non, émanant des établssements d ensegnement et de recherche franças ou étrangers, des laboratores publcs ou prvés.

2 THESE A/S If 4?/ (4) ' _, ' presentee par Hü Cfaong pour obtenr le grade de DOCTEUR DE L'ECOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSEES Spécalté : STRUCTURES ET MATERIAUX RHEOLOGIE DES BETONS FLUIDES Date de soutenance : 27 janver 995 Composton du jury : M. CHEYREZY M. BARTOS M. LEGRAND M. BEAUPRE M. COUSSOT M. DE LARRARD M.MÄDER M. ROLLET présdent rapporteur rapporteur examnateur examnateur examnateur examnateur examnateur II* \«A E.N.P.C. NV0259

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4 Avant-propos...4 Résumé 6 ) Introducton 8 2) Synthèse bblographque 9 2.) Introducton ) Rhéologe générale ) Thxotrope 4 2..Z..JJ.LMlâtânCC...s 4 2.3) Quelques essas rhéologques exstants ) Essas emprques à béton ) Vscosmètre à cylndre coaxaux 8 2.4) Rhéologe de la pâte de cment et du béton ) Pâte de cment, béton ordnare et béton flude ) Structure des suspensons de la pâte de cment ) Comportements rhéologques ) Concluson ) Un nouveau rhéomètre pour bétons fludes : BT RHEOM 42 3.) Concepton du BT RHEOM ) Dépoullement et nterprétaton de l'essa ) Bases théorques pour le dépoullement ) Smulaton numérque de l'effet de frottement des paros vertcales et correctons 5 3.3) Calbraton métroîogque ) Mode d'emplo du rhéomètre... 65

5 3.5) Protocole des essas ) Approche du comportement thxotropque du béton ) Mesure du comportement du béton remané (avec et sans vbraton) ) Suv de l'évoluton rhéologque du béton ) Mesure de la dlatance ) Essas de répétablté ) Essas comparatfs ) Concluson 93 4) Etude expérmentale du comportement rhéologque de quelques bétons fludes 94 4.) Lo de comportement des bétons fludes ) Relaton entre slump et seul de csallement ) Phénomène de thxotrope ) Evoluton des caractérstques rhéologques en foncton du temps lens entre béton et couls ) Influence de la vbraton sur le comportement rhéologque 5 4.6) Dlatance du béton 8 4.7) Influence des paramètres de composton sur le comportement rhéologque ) Etudes qualtatves ) Modèle quanttatf pour estmer la vscosté des BHP modèle de Farrs adapté ) Concluson 30 5) Applcatons pratques : 3 5.) Etude prélmnare de la pompabté du béton 3 5..) Consdératon théorque ) Expérmentaton, résultats, et dscusson ) Applcaton à la mse au pont de formulatons de bétons ) Concluson

6 6) Concluson genérate et perspectves 46 Bblographque 49 A. Des modèles pour décrre les los de comportement.. 57 B. Quelques vscosmètres C. Logcel ADRHEO et son mode d'emplo 62 Cl) Présentaton du logcel ADRHEO. 62 C.2) Utlsaton du logcel ADRHEO C.3) Exemple des mesures des caractérstques 86 D. Composton des bétons testés 9 E. Mesures brutes des essas de répétablté 96 3

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8 AVANT-PROPOS Le présent traval a été réalsé au sen de la dvson Bétons et Cments pour Ouvrages d'art du Laboratore Central des Ponts et Chaussées, auquel j'adresse mes remercements pour m'avor accordé une bourse pour ce traval. Je tens à exprmer c toute ma reconnassance et tous mes remercements à mon Drecteur de thèse, Monseur F. de LARRARD, chef de la secton Formulaton et Mse en oeuvre des Bétons, pour sa supervson effcace et éclarée, et ses consels préceux tout au long de ce traval, ans que pour tous les sons prodgués. Je rends hommage à Monseur C. SZITKAR, qu a assuré la concepton mécanque et l'assemblage du rhéomètre BT RHEOM. Je remerce également Messeurs M. JOLY et F. CLAUX, qu ont assuré le fonctonnement de la parte électronque du BT RHEOM. Sans leurs efforts constants, ce traval n'aurat pu être réalsé. Je remerce Monseur M. CHEYREZY, Professeur assocé à l'ecole Normale Supéreure de Cachan, de m'avor fat l'honneur de présder mon jury. Je remerce Monseur C. LEGRAND, Professeur à l'unversté Paul Sabater, et Monseur PJ.M. BARTOS, Professeur à l'unversté de Pasley (Grande Bretagne), d'avor accepté d'être rapporteurs de cette thèse et de partcper au Jury. Je remerce Monseur P. COUSSOT, chercheur à CEMAGREF, de l'ntérêt qu'l a porté à ce traval, de sa collaboraton pour les essas comparatfs de nos rhéomètres, ans que pour avor accepté de fare parte du Jury. Je sus reconnassant à Messeurs M. ROLLET de l'assocaton Technque des Lants Hydraulques, U. MÄDER du Centre de Recherche de SIKA (Susse), et D. BEAUPRE, Professeur à l'unversté Laval (Québec), pour avor accepté de fare parte du Jury, J'exprme ma grattude envers M. O.E. GJ0RV, Professeur de l'insttut de Technologe de Norvège (The Norwegan Insttute of Technology), M. MILLARD, Ingéneur du Commssarat à l'energe Atomque, MM. SIGRIST, PAINT et COURTEIX de l'aménagement EDF de Cvaux, MM. NECTOUX et NIQUET de l'entreprse FOUGEROLLE FRANCE, l'équpe MATEBET des Cments Lafarge à Vvers, l'équpe Béton Ouvrage d'art du Laboratore des Ponts et Chaussées de Bos, les Projets Natonaux SABLOCRETE et Voes Nouvelles pour le Matérau Béton, pour leur contrbuton matérelle ou fnancère à la présente recherche. J'exprme également ma profonde grattude à Monseur P. ACKER, Chef de la dvson Bétons et Cments pour Ouvrages d'art du LCPC, pour son accuel au sen de son équpe dynamque et amable. J'adresse mes remercements aux ngéneurs, techncens et personnels admnstratfs du LCPC, qu m'ont adé dans ce traval par leur collaboraton, leurs consels, et leur expérence, en partculer à Mme N. TCHANG, Mlle M.L. LEMESLE, MM. C. VINAMBRES, T. 4

9 SEDRAN, A. BELLOC et toute son équpe, C. BOULAY, F. GUERRIER, R. LEROY, P. ROUSSEL... J'exprme également mes profonds sentments amcaux à tous mes compagnons de stages d'her et d'aujourd'hu, P. CASANOVA, D. CUSSON, Y. GAO, M. GOSSELIN, L. GRANGER, I. GUENOT, L. JIANG, T. LASSABATERE, Y. LEE, P. MARCHETT, V. WALLER... Enfn, je n'ouble pas de remercer les personnes qu me sont les plus chères: ma femme, mon père, mes soeurs et mes beaux frères. J'a une pensée toute partculère pour ma mère, qu repose dans la pax étemelle. 5

10 RESUME Ce traval est consacré à l'étude de la rhéologe des bétons fludes. On relate le développement d'un rhéomètre à béton prototype de concepton nouvelle, BT RHEOM. Le prncpe et la mse au pont de l'apparel, ans que les dfférentes condutes des essas rhéologques, sont décrts. Des études vsant à estmer l'objectvté des mesures sont présentées. On envsage ensute quelques études expérmentales avec le BT RHEOM. Les comportements des bétons fras, sans et avec vbraton, sont étudés. Dans la plage de gradent de vtesse étudée, ls respectent en général le modèle de Bngham, sous réserve que la consstance des bétons satsfasse certanes condtons, et que l'homogénété des bétons sot acceptable. Les phénomènes de thxotrope et de dîatance des bétons sont ensute dscutés. On s'ntéresse également à l'nfluence des paramètres de composton du béton sur le comportement rhéologque de ce derner. On établt ans un modèle ayant pour objet l'estmaton de la vscosté plastque des bétons à hautes performances, fournssant une ade à la formulaton du béton. Enfn, avec les caractérstques ntrnsèques d'un béton mesurées au BT RHEOM, on tente de modélser un problème de chanter: le pompage du béton. On montre également une autre applcaton de ce rhéomètre: la mse au pont des formulatons de BHP. Mots clés : bétons à hautes performances, bétons fludes, bétons fras, calbraton, comportement rhéologque, dîatance, éléments fns, formulaton de bétons, fumée de slce, manablté, métrologe, modèle de Bngham, modèle de vscosté, perte de manablté, plotage automatque, pompage, protocole des essas, rhéologe, rhéométre, seul de csallement, superplastfant, thxotrope, vbraton, vscosté plastque. 6

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12 ABSTRACT Ths research s devoted to the study of the rheology of fresh concrete. We relate the development of a new prototype rheometer for concrete: BT RHEOM. The prncple, the adjustments of the apparatus, and the procedures for dfferent tests are descrbed. Some studes for estmatng the objectvty of the measures are also presented. Later, we try to realse some expermental works wth the BT RHEOM. The behavours of the fresh concrete, wth or wthout vbraton, are studed. In the range of stran rate nvestgated, t s found that they follow generally the Bngham model, wth some condtons about the consstency and the homogenety of the concrete. The phenomena of thxotropy and dlatancy are dscussed. We nvestgate also the nfluence of the parameters of the composton of concrete. A model s then establshed for estmatng the plastc vscosty of hgh-performance concretes, whch could gve an ad to concrete mx-desgn. Fnally, wth the ntrnsc characterstcs of a concrete measured wth the BT RHEOM, we try to smulate a practcle problem: the pumpng of fresh concrete. We show also another applcaton of ths rheometer: the mx-desgn of a hgh-performance concrete. Key words : automatc control, Bngham model, calbraton, dlatancy, fnte elements, flud concrete, fresh concrete, hgh-performance concrete, metrology, mx-desgn, plastc vscosty, pumpng, rheology, rheologcal behavour, rheometer, slca fume, slump loss, superplastczer, testng procedures, thxotropy, vbraton, vscosty model, workablty, yeld stress. 7

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14 . INTRODUCTION Le temps pendant equel le béton reste fras est nsgnfant par rapport à sa durée de ve totale. Pourtant, au cours de ce temps, beaucoup d'opératons s'effectuent: malaxage, transport, mse en place, serrage, etc. Ces opératons, dépendant notamment du comportement rhéologque des bétons, nfluencent en fat la plupart des qualtés de l'ouvrage : compacté et résstance réelle du béton dans l'ouvrage lu-même, cohéson du béton entraînant un mondre rsque de ségrégaton, apparence des parements, étanchété, etc. Ans, l'étude du comportement rhéologque des bétons présente un grand ntérêt ndustrel. Malgré toute son mportance, l'étude du comportement rhéologque des bétons est peu avancée aujourd'hu; cela est dû en grande parte à la complexté de ce matérau, qu présente une forte hétérogénété. La caractérsaton rhéologque des bétons fras reste donc toujours au nveau emprque. Avec l'apparton des nouveaux bétons fludes, l'nsuffsance des moyens exstants pour caractérser les bétons fras devent manfeste. De nouvelles caractérsatons adéquates sont donc fortement demandées. En 973, TATTERS ALL a développé un apparel d'essa rhéologque (apparel "Twopont test"), en adaptant le vscosmètre à cylndres coaxaux au béton. Ses essas montraent que les bétons dovent être caractérsés par deux grandeurs, comme pour les matéraux de Bngham. Il a donc supposé que le comportement rhéologque du béton suvat le modèle de Bngham. Depus lors, un certan nombre d'études ont été effectuées avec ce type d'apparel. Or, certans problèmes (tels que l'écoulement pston, l'nconnu sur le champ de vtesse, etc.) dans cet essa empêchent de remonter au comportement du matérau à partr des mesures macroscopques. On ne peut donc dédure les caractérstques ntrnsèques du matérau. Le fat que le béton sot un matérau de Bngham demeure ans une asserton. Malgré tout, la nouvelle concepton de TATTERSALL a tout de même ndqué un nouveau chemn pour la caractérsaton du béton fras, et a ans ouvert une nouvelle époque dans ce domane. Dans ce traval, on effectuera d'abord une synthèse des connassances actuelles de la rhéologe dans le domane de géne cvl (chaptre 2). On s'ntéressera, en partculer, aux moyens d'essa et aux proprétés des pâtes de cment et des bétons. La nécessté d'un nouvel essa rgoureux pour les bétons fludes nous condut ans à développer un apparel prototype de concepton nouvelle, le rhéomètre à béton BT RHEOM, dont le prncpe et la mse au pont seront relatés au chaptre 3. Au même chaptre, on décrra des études relatves à l'objectvté de l'apparel; les dfférents protocoles d'essas rhéologques seront également défns. Ensute, on envsagera quelques études expérmentales avec le rhéomètre BT RHEOM (chaptre 4). La recherche des comportements de bétons fras, sans et sous vbraton, sera le premer objet. Les études de la thxotrope et de la dlatance des bétons seront également au programme. On présentera ensute l'nfluence rhéologque des paramètres de composton du béton. On construra ans un modèle ayant pour objet l'estmaton de la vscosté plastque des bétons à hautes performances, et fournssant une ade à la formulaton du béton. Au chaptre 5, on montrera deux applcatons pratques du BT RHEOM. On s'ntéressera d'abord au pompage du béton, lequel pose parfos des problèmes et provoque des pertes économques mportantes, en partculer dans les cas des BHP. La deuxème applcaton sera la mse au pont des formulatons de BHP. Enfn, on conclura au derner chaptre et on ndquera les perspectves de développement de la rhéologe des bétons fludes. S

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16 2. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE 2.) Introducton Ce n'est que depus peu de temps que les ngéneurs se famlarsent avec le mot rhéologe. Un grand nombre de travaux ont été effectués dans le passé sur la rhéologe des matéraux, tels que polymères, hules multgrades, pentures, adhésfs, produts agroalmentares, pharmaceutques, cosmétques, ou encore pâtes de cment. Cec résulte évdemment de la faclté d'étude autorsée par les pettes talles des partcules de ces matéraux. Les damètres des grans de cment, par exemple, sont nféreurs à une centane de mcrons. Cependant, la rhéologe des bétons est un domane relatvement verge. Les dffcultés vennent d'une part de la complexté de ces matéraux, consttués de pluseurs composants de nature dfférente: granulat, cment, eau, ar, éventuellement adjuvants et ajouts, d'autre part de leur grande étendue granulométrque, partcules de dmenson nféreure au mcron jusqu'aux grans de quelques centmètres. Cette dernère dffculté mpose un échantllon représentatf d'étude de dmenson mportante, et provoque parfos des problèmes de ségrégaton et de dlataton pendant l'écoulement. Les essas rhéologques des bétons sont ans rendus dffcles. Néanmons, toutes ces dffcultés n'ont pas pu empêcher de nombreux chercheurs, tels que L'HERMITE [], BOMBLED [2], LESAGE [3], TATTERSALL [4], etc, de s'aventurer dans ce domane et d'accumuler ans des connassances. C'est grâce à eux que la rhéologe du béton fras progresse toujours. C'est également eux qu nous encouragent à contnuer la recherche dans ce domane. Dans ce chaptre, nous rappelons d'abord les théores et quelques notons de bases de la rhéologe. Nous dscutons ensute de quelques moyens exstants d'étuder la rhéologe des bétons, en partculer le vscosmètre à cylndres coaxaux. Les connassances dans le domane de la rhéologe du béton sont résumées, et comparées avec celles de la pâte de cment, matérau meux connu, présentant certanes smltudes avec le béton, dont elle est une parte très mportante. 9

17 2.2) Rhéologe générale [5,6] Dans cette parte, on désre rappeler les bases de la scence rhéologque, sans référence partculère au béton. 2.2.) Equatons générales La rhéologe est la scence qu étude la déformaton et l'écoulement des matéraux sous l'nfluence des forces qu leur sont applquées. La déformaton et l'écoulement sont en fat les conséquences de mouvements relatfs des partcules d'un corps les unes par rapport aux autres. Dans le cadre des matéraux fludes, on s'ntéresse plus partculèrement à leur écoulement. Généralement, en termes mécanques, la grandeur cnématque correspondant à l'écoulement est le tenseur de gradent de vtesse. En coordonnées cartésennes, on suppose que la vtesse v d'un élément représentatf se stuant à (x,y,z) à l'nstant t est la suvante : g s'écrt : v = v x ë x + v y I y +v l ë ï (2-) 8 = ï ÔV ôx ÔV V ) ( ôy ôx' îôv x -( ôz î,ôv Y ôv -( ôy ôx ôv.. ôy dv ôv v ôv lllî.) _( L+ ') ôx 2 ôz ôy y ) - - ( ^ +ËLL\ 2 ôz ôx _( L + L) 2 ôz ôy av. ôz E XX. 2Yxy. 2 Jxz 2Yxy é yy. 2 Tyz 2Yxz. 2Yyz è» (2-2) Une autre grandeur correspondant à la force applquée à l'élément est le tenseur de contrante 0, exprmé sous la forme suvante : C = (t xy XV w yy yz (2-3) V^XZ fc yz zzy Les équatons d'équlbre s'écrvent ÎO

18 où du à m dx.,dv x ôv K ôv K dv x. + ^L + 3x 3j' & + f, = p( - 5t + v, - dx + v y v L + v, z dy -) dz ôa, <9r, >r 9v v dv 5v dv. + - y +v^ L + v,_) 3y dx 5z ôt dx * dy dz dcr dr., dt o,dv, h/ + LLï. dv. z dv, dv T. dz ôx dy a x dx ôx " y dy z ~ dz a (2-4) f - f A + fy e y + 4 e z (2-5) f est îe vecteur de force volumque, et p est la masse volumque du matérau. Généralement, on connaît f. Il reste donc 0 nconnues dans l'équaton (2-4) : a^, a^, o n, x xy,t a,t F,v z, Vy,V z,p. L'écrture de la conservaton de la masse fournt une équaton supplémentare : dp,öv, dv dv dt dx dy dz (2-6) Pour résoudre un problème d'écoulement, l manque encore sx équatons. Ces dernères sont en fat fournes par la relaton entre g et g, autrement dt la lo de comportement du matérau. On peut l'exprmer sous la forme suvante F(a. ) = (2-7) On défnt la vscosté absolue u abs par le rapport de la contrante de csallement, dvsée par îe gradent de vtesse. Les fludes peuvent avor des comportements très dfférents. Une premère catégore de comportement regroupe les fludes qu s'écoulent à une vtesse proportonnelle à la contrante de csallement applquée, même s cette dernère est nfntésmale. Ces fludes sont dts exclusvement vsqueux (vor Fgure 2-). Parm ces fludes, les plus smples sont certanement ceux de Newton, caractérsés par une relaton lnéare entre la contrante de csallement t et le gradent de vtesse y pour un écoulement undmensonel. Pour ces matéraux, la vscosté absolue est constante: H abs est alors smplement appelée vscosté, et s'exprme en Pa.s. (2-8)

19 A T Fgure 2- : Quelques courbes d'écoulement caractérstques des fludes exclusvement vsqueux. Il exste une autre catégore de fludes, pour lesquels une contrante mnmale est nécessare afn de provoquer leur écoulement. Cette contrante est appelée seul de csallement t 0 (en Pa). Les fludes de cette catégore sont alors dts vscoplastques (vor Fgure 2-2). Parm est, les plus connus sont ceux de Bngham. La lo de comportement des fludes bnghamens s'écrt : x = x 0 + uf (2-9) où est la vscosté plastque (en Pa.s). Nous remarquons que les fludes newtonens sont en fat un cas partculer des fludes bnghamens, pour lequel le seul de csallement x 0 est nul. Lorsque x 0 est non nul, la vscosté absolue est dfférente de la vscosté plastque, et vare avec le gradent de vtesse. - rhéofudfant ' bnghamen ^ rhéoépassssant Fgure 2-2 : Quelques courbes d'écoulement caractérstques des fludes vscoplastques. 2

20 Afn de modélser des comportements qu ne sont n lnéares n affnes, de type rhéoépassssant ou rhéofludfant (vor Fgure 2- et 2-2), un certan nombre de modèles plus ou mons complqués peuvent être trouvés dans la lttérature. Nous en avons présenté quelques uns dans l'annexe A. Prenons les fludes newtonens,.e. le cas le plus smple; l'équaton (2-7) est concrétsée par les sx équatons suvantes :. dv x 2 dv^ àv dv a,. = -p + 2u ---LI( - + L + * ) dx 3 OK dy dz dv v 2 dv dv v ßv ^w = -P + 2u L w F P --LI( ï-) dy 3 ^ dx dy dz < dv 2 dv dv v dv o = -p + 2u ^ y(p± + y 22 F - + ^) dz 3 dx. dy dz (2-0) xy r ï xy T = UY XZ f XZ yz r* f yz OU a + <J VV + CT_ p = _^L_^ 5. (2-) En reportant les équatons (2-0) à (2-4), nous obtenons les fameuses équatons de Naver- Stokes : ôa xx dx dx (4. a _ ^v dv, dv % dv x ÏL + «+f +»VV+- (dlvv) = p( - + V, ï- + v v ^ + V, M dx dy dz x P x 3dx l ' KV dt x dx y dy z dz ' ^w ÖTxv ^W, u 3 ôv v 3v v dv v dv v -dy ^ + ^ dx + ^ dz + f y^v\ y + * T^( 3dy d^) = P(^T 3t + v x-rf " dx+ v y y -f dy+ v z z - s & f) (2-2) da dx dx 2 n d dv dv. dv T ôv_. JEL + _*L + + f + uvv + (dvv) = p( ~ + v ^ + v v *- + v -2-) dz dx dy z 2 3 3z Öt x Sx y Öy z Ôz avec les opérateurs suvants : V 2 =-^_ + ÍÍ- + -^- (2-3) dx 2 dy 2 dz 2 K } dv = âl^+ Sy + l^ (2 ' 4) 3

21 Vu la complexté de l'équaton (2-2), on dot toujours smplfer le problème dans les cas partculers. Par exemple, consdérer que le mouvement du flude est en régme permanent* s l'écoulement change peu avec temps; prendre le flude comme ncompressble s son volume vare très peu en cours d'écoulement, néglger les efforts d'nerte (les termes des membres de drote du système) pour le mouvement d'un sphère, etc. Malgré tout, l y a en fat très peu de problèmes d'écoulement pour lesquels on pusse trouver des solutons analytques ) Thxotrope Après avor dépassé le seul de csallement, le matérau commence à s'écouler. S l'effort nécessare pour mantenr un écoulement constant dmnue en foncton du temps (ou s l'écoulement s'accélère en foncton du temps à effort constant), on dt que ce matérau est thxotrope. Dans le cas contrare, on dt qu'l est antthxotrope. Ces deux phénomènes sont caractérsés dans la fgure 2-3. Il faut noter que la thxotrope, ans que rantthxotrope, sont défnes comme étant des phénomènes réversbles. (a) corps thxotropes (b) corps antîhxotropes Fgure 2-3 Phénomènes thxotrope et antthxotrope 2,2.3) Dîaance La dlatance est la proprété que certans matéraux ont d'augmenter de volume lorsqu'ls se déforment. En fat, l s'agt partculèrement des matéraux ben compactés, dont la compacté dmnue sous csallement afn de permettre une déformaton ou un écoulement. Le phénomène contrare est la contractance. Il concerne certans matéraux, par exemple, certans sables, mas rarement les bétons. * On dt qu'un écoulement est en régme permanent s ses varables ne dépendent pas du temps. Les termes lés au temps dans l'équaton (2-2) peuvent ans être élmnés. Dans le cas contrare, l'écoulement est en régme transtore. 4

22 2.3) Quelques essas rhéologques exstants Dans le domane des bétons fras, on a surtout étudé l'ouvrablté (ou a manablté). Selon la défnton de l'astm C 25, l'ouvrablté d'un béton est la proprété détermnant l'effort demandé pour manpuler une certane quantté du béton fras avec un mnmum de perte d'homogénété [7]. Pour décrre cette proprété du béton fras, on utlse également souvent les termes consstance et cohéson. Le premer est un ndce de la moblté (capacté de s'écouler) du béton fras, le seconde un ndce de sa stablté (capacté d'empêcher la ségrégaton). Ce n'est que depus quelques dzanes d'années qu'apparassent des caractérsatons plus précses, vsant à détermner des grandeurs apparentées aux paramètres de Bngham (seul de csallement et vscosté plastque). L'essa rhéologque est toujours ndspensable pour réalser un ouvrage. Lors de la formulaton du béton en laboratore, l permet de prédre l'ouvrablté du béton sur chanter. Au moment de la confecton de l'ouvrage, l sert au contrôle-qualté, ce qu permet de prendre des mesures nécessares avant la mse en place du béton, au cas où un accdent aurat eu leu en cours de fabrcaton. L'essa permet donc d'évter ou de lmter au mnmum la perte économque. On a nventé depus longtemps de nombreux essas, essentellement emprques, pour évaluer l'ouvrablté des bétons. 2.3.) Essas emprques pour béton En développant un système de métrologe rhéologque adapté à dfférentes sortes de bétons, plus de cent types d'apparels ont été nventés dans le monde [8], dont seulement quelques-uns, les plus utlsés, seront présentés c-après. Parm les apparels d'essa rhéologque emprques, les plus connus au nveau nternatonal sont le cône d'abrams et l'apparel V.B.. En France, on utlse surtout, outre le cône, le manablmètre L.C.L.. En Allemagne, c'est la table à secousses qu est l'essa le plus courant. - Le cône d'abrams [9] L'essa au cône d'abrams est un essa normalsé (ASTM C 43 ou NFP 8-45). On remplt un moule tronconque de 300 mm de hauteur en tros couches successves de béton (6 ltres envron au total), pquée chacune 25 fos; pus on démoule le cône et on mesure l'affassement au centre orgnal de la surface supéreure de l'échantllon (cf. Fgure 2-4). Celu-c vare de quelques mllmètres, vore même zéro pour les bétons très secs (tel un béton router) à une vngtane de centmètres pour les bétons très fludes. En rason d'une sensblté et d'une répétablté mauvases pour des bétons très secs et très fludes, cet essa ne convent a pror qu'aux bétons fermes à fludes. Sa superbe smplcté fournssant une certane qualté est toujours très apprécée jusqu'à aujourd'hu sur chanter comme dans les laboratores. Cependant, le grand défaut de cet essa est que des bétons ayant les mêmes affassements peuvent présenter des comportements rhéologques très dfférents. Autrement dt, la relaton entre l'affassement au cône et l'ouvrablté n'est pas toujours unvoque. Cec crée des problèmes plus ou mons graves sur chanter. Actuellement, cet essa est beaucoup utlsé pour contrôler la qualté du béton, d'une gâchée à l'autre et avec une formulaton fxée. Une varaton anormale de l'affassement peut être causée par un changement nattendu de formulaton ou de matéraux. Néanmons, pour les travaux de technques très avancées, l apparaît que la mesure de l'affassement n'est pas suffsamment sensbles. Quant à l'analyse des causes de varaton, cet essa montre encore une fos ses lmtes. 5

23 Fgure 2-4 : Le cône d'abrams Fgure 2-5 : L'apparel V.B. - L'apparel V.B. [9] Sous le nom "Vebe test", l'essa avec cet apparel est normalsé dans l'aci Standard Le schéma de l'apparel est présenté en fgure 2-5. Un cône d'abrams standard est placé dans un cylndre. Le cône est rempl de béton comme évoqué plus haut, pus le béton est démoulé. Un couvercle en verre de surface légèrement nféreure à celle du cylndre est ensute placé au-dessus du béton. On applque une vbraton de fréquence 50 Hz, d'accélératon maxmale égale à 3 à 4 fos celle de la pesanteur. Le temps pour que le béton sot remoulé de sa forme tronconque affassée à la forme du cylndre est mesuré. Ce temps est consdéré comme l'ndcaton de la consstance du béton. Dans le cas où le volume du béton est changé de V, à V 2, le temps dot être corrgé en le multplant par un facteur V / V 2. Par rapport aux autres apparels, cet apparel de laboratore convent partculèrement aux bétons secs. - La table à secousses allemande [9] L'essa de la table à secousses est normalsé dans la norme allemande DIN 048 : TOME I. Une table de 700 mm de côté, composée d'une plaque en bos recouverte par une autre plaque en acer, dont la masse totale est de 6 kg, est artculée le long d'un côté avec une autre table de même dmenson, servant de socle. Tout en basculant autour du côté artculé, la table supéreure peut être soulevée d'au maxmum 40 mm, mse en butée par un système: elle tombe et frappe le socle quand elle est lâchée. Un cône de 200 mm de hauteur, 200 mm de damètre en bas et 30 mm de damètre en haut (volume 4,3 ltres), est ms au mleu de la table, rempl de béton et pus retré. Après 5 secondes d'attente, la table est soulevée, pus lâchée. Elle tombe alors lbrement. Cette procédure est effectuée 5 fos en 5 secondes. Les étalements maxmaux parallèles aux deux côtés de la table sont ensute mesurés. La valeur moyenne de ces deux mesures est consdérée comme représentatve de l'ouvrablté du béton. La smplcté de cet essa lu permet d'être utlsé sur chanter. Parm les apparels de chanter, l'avantage de celu-c est son aspect dynamque, ce qu convent partculèrement aux bétons relatvement vsqueux, comme le sont souvent les BHP. Notons que cet essa a été utlsé dans le cadre du contrôle qualté pendant la constructon du Pont de Normande. - Le mamablmètre L.C.L. [3] L'essa au manablmètre est normalsé dans la norme NFP Une casse métallque parallélpédque à l'extrémté de laquelle est fxé un vbrateur, est séparée en deux 6

24 compartments par une trappe moble. 30 ltres du béton sont versés dans le compartment le plus élogné du vbrateur (notons qu'l exste encore une "verson morter" ayant un volume de ltre pour les morters et bétons dont les dmensons des granulás sont nféreures à 5 mm). L'enlèvement de la trappe met automatquement en route le vbrateur. Le béton s'écoule sous l'effet de la vbraton, et le temps nécessare pour que le béton attegne un repère tracé sur la paro, côté vbrateur, est consdéré comme l'ndcaton de la manablté (Fgure 2-6). Il vare de quelques secondes à une mnute. Cet apparel convent surtout aux bétons relatvement secs du fat qu'l s'agt d'un essa dynamque. La talle consdérable de l'apparel (verson béton) garantt une excellente répétablté. Le mode d'emplo est smple. Apprécé pour ses avantages, le manablmètre L.C.L. est souvent utlsé dans les laboratores en France. Cependant, pour les bétons fludes, les temps d'écoulement ne sont pas très sgnfcatfs. Par alleurs, son encombrement l'empêche d'être largement utlsé sur chanters. trappe vbrateur Fgure 2-6 : Le manablmètre L.C.L. - Le wattmètre [0] Le wattmètre est plutôt un moyen d'apprécer l'ouvrablté des bétons qu'un essa rhéoîogque. Dans certanes centrales à béton, on ajuste parfos le dosage en eau pendant la fabrcaton pour que la pussance dsspée par le moteur, mesurée par le wattmètre, sot la même que celle fxée comme objectf, correspondant à un béton ayant une ouvrablté demandée. En admettant que le malaxeur fonctonne à vtesse mposée, pour des bétons ayant un comportement lnéare, comme celu des fludes newtonens, la pussance est une ndcaton drecte du comportement des matéraux. Plus le béton est flude, plus le malaxage est facle. Par contre, pour des bétons ayant des comportements dfférents de celu des fludes newtonens, la même pussance exgée par dfférents bétons n'mplque pas forcément que ces derners aent des caractérstques rhéologques dentques. - L'Ormet test [] C'est un essa conçu spécalement pour des bétons qu dovent rester stables sous l'eau. Ces bétons sont un peu partculers: ls ont d'une part des valeurs de slump très élevées; d'autre part, ls ont une cohéson beaucoup plus élevée que des bétons ordnares ayant également des valeurs de slump élevées. Ce derner caractère provent de l'utlsaton d'adjuvants chmques spécfques, afn d'évter le délavage du béton. BARTOS [H] a ms au pont cet essa, utlsable sur chanter, en vue de dstnguer les bétons stables sous l'eau des bétons fludes 7

25 ordnares. L'équpement comprend un tube vertcal de 7,5 ltres envron de volume, dans lequel on met du béton sans aucun compactage. Il y a un ajutage, nterchangeable, en bas du tube. Une plaque moble servant de porte est bloquée avant l'essa afn de boucher l'ajutage. Le tube est supporté par un trípode, lequel est nstallé sous le corps du tube, et abattable pendant le transport. Un récpent du 0 ltres envron de volume est ms au-dessous de l'ajutage pour récupérer le béton écoulé. L'essa commence par l'ouverture rapde de la porte, en même temps que l'on déclenche un chronomètre de précson 0,2 seconde. On mesure le temps jusqu'auquel on vot la lumère à travers le tube. Ce temps d'écoulement est un ndce rhéologque de l'essa. Il peut varer de 5 secondes à l'nfn (écoulement partel). Dans la pratque, on consdère comme écoulement partel ceux donnant des temps d'écoulement audessus de 60 secondes. On répète en général 2 à 3 fos l'essa, avec des échantllons dfférents, pour caractérser chaque béton. Les résultats de l'auteur montrent que cet essa est sensble et pratque pour dentfer les bétons stables sous l'eau ) Vscosmètres à cylndres coaxaux Les essas emprques, offrant très généralement une seule grandeur, ne peuvent tradure, à leur manère, qu'une seule facette du comportement rhéologque du béton fras [2]. Ces ndces ne sont souvent pas lés drectement aux caractérstques ntrnsèques des matéraux. Néanmons, l exste un certan nombre d'essas qu vsent à mesurer ces dernères. On utlse beaucoup les vscosmètres capllares pour des fludes très peu vsqueux. Pour des produts un peu plus vsqueux, on utlse plutôt des vscosmètres à rotaton. Pour ces derners, dfférents types exstent: écoulement entre deux plans horzontaux, entre un plan horzontal et un cône perpendculare, et entre deux cylndres coaxaux. Les deux premers types n'ont en prncpe pas de paros latérales. Cela ne pose pas trop de problème pour des matéraux de partcules extrêmement fnes dont l'effet de paro est ms hors de queston, ce qu permet d'utlser un entrefer assez pett. Quant aux matéraux de partcules plus grosses, comme a pâte de cment, l'utlsaton oblgatore d'un grand entrefer rend dffcle le manten de 'éprouvette dans l'espace. Dans ce cas, on utlse le vscosmètre à cylndres coaxaux. Par alleurs, ce derner apparel est le seul type, jusqu'à aujourd'hu, qu at été applqué au béton. Nous allons donc décrre un peu plus en détal ce type d'essa. Les descrptons de quelques autres types d'apparel peuvent être trouvés dans l'annexe B. ) Bases théorques Le prncpe du vscosmètre à cylndres coaxaux est de forcer le flude à s'écouler dans l'espace annulare comprs entre deux cylndres coaxaux dont l'un tourne, et l'autre est fxe. La fgure 2-7 schématse un vscosmètre à cylndres coaxaux. On mpose des vtesses de rotaton constantes et on mesure les couples correspondants: on travalle à "gradent de vtesse mposé", ou l'nverse: on travalle à "contrante mposée". Le grand ntérêt de cet apparel est qu'avec pluseurs mesures, on peut tenter de détermner des paramètres ntrnsèques au matérau. S l'écoulement est lamnare et permanent, et s'l n'y a pas de glssement entre le béton et les paros vertcales, la confrante de csallement d'une surface cylndrque du rayon r dans l'échantllon peut être calculée par : T= sb (2 - ls> 8

26 Fgure 2-7 : Vscosmètre à cylndres coaxavx. où h est la hauteur de l'échantllon, et Y le couple entraînant la rotaton du cylndre. Théorquement, pour un échantllon de matérau bnghamen, et pour un couple donné, l exste un rayon crtque r c au-dessus duquel le matérau cesse de s'écouler ou s'écoule en bloc: on parle d'écoulement pston ("plug flow" en anglas). Ce rayon crtque s'exprme sous la forme : r = 27thxn (2-6) Au cas où l'écoulement a leu dans tout le volume de l'échantllon, c'est-à-dre le rayon du cylndre extéreur R 2 est nféreur à r c, on obtent pour un matérau bnghamen l'équaton de Rener-Rvln suvante [4] : Q = < 4îrua Rf R ï>" l0 In R 2 R, (2-7) où Q, est la vtesse angulare du cylndre, et R le rayon du cylndre ntéreur. Par contre, dans le cas R 2 > r c, une autre équaton dot être obtenue : n = 47thR;u --^-( + ln -) (2-8) 2u 27hR?, La fgure 2-8 montre la relaton entre Q et F dans toute la gamme de vtesse angulare. Alors que le segment de drote AB est décrt par l'équaton de Rener-Rvln, le segment courbe BC est caractérsé par l'équaton (2-8). Sur cette fgure, r rt est le couple mnmal pour démarrer la rotaton du cylndre, dt couple au démarrage; T 0 le couple obtenu par l'extrapolaton du segment drot AB vers l'axe du couple, c'est par alleurs à partr de ce couple qu'on calcul le seul régressé; F c le couple mnmal pour supprmer l'écoulement pston. Ces tros couples sont exprmés par les équatons suvantes : r r0 =2rhR T 0 (2-9) 9

27 47hR?RJ ln(^) r =. _*L_ x 0 (2-20) 0 (Rj-Rí) r c =27thR^T 0 (2-2) Q / A / / / B FrO / I r To F c > Fgure 2-8 : Relaton entre vtesse angulare et couple exercé dans un vscosmètre pour un corps bnghamen. Nous notons que pour des fludes newtonens, n'ayant donc pas de seul de csallement, une seule équaton régssant tout le domane des mesures élmne toute ambguïté : r Q = (_L _) (2-22) 4nhn Rf R* Cela nous permet de trouver la vscosté du matérau. C'est par alleurs la rason pour laquelle on appelle ce type d'apparel "vscosmètre". S la dstance e entre les deux cylndres est suffsamment pette pour que : R, R, «(2-23) on peut consdérer approxmatvement que la contrante et le gradent de vtesse sont homogènes dans tout le corps, et valent en moyenne t m et y m calculées par les formules suvantes : RI 20

28 OR Y---^ (2-25) où R^ est le rayon moyen des deux cylndres. Cec permet donc d'obtenr drectement le rhéogramme (courbe lant la contrante de csallement et le gradent de vtesse). En fat, la dstance e dot être détermnée en prenant en compte l'effet de paro, ce qu mpose une dmenson mnmale d'éprouvette, en général d'au mons cnq fos le damètre de la plus grosse partcule <X> max [3] : e = R 2 -R >50 msx (2-26) La condton (2-26) n'est pas très crtque pour des suspensons de partcules très fnes, comme celles des pâtes de cment. Ans un grand nombre d'apparels a été développé pour la pâte de cment, comme les apparels BOMBLED en France, MERRIL- BROOKPIELD en Grande-Bretagne, AGFA en Allemagne, DRAGE en Susse, POLARAD, STORMER, FANN aux Etats-Uns. Certans apparels ont même été normalsés [4]. Pour des suspensons de partcules un peu plus grosses, l est très dffcle de satsfare en même temps les équatons (2-23) et (2-26). Dans la pratque, on néglge le problème d'écoulement pston s les rayons de deux cylndres sont assez proches. BANFILL [5] a proposé la condton suvante sur la valeur du rapport des deux rayons : R 2 /R,<,2 (2-27) Dans ce cas, on se trouve en fgure 2-8 sur le segment drot AB. En ajustant une drote F en foncton de Q, l'équaton (2-7) nous permet de calculer les deux paramètres x 0 et jx. C'est par alleurs le protocole le plus pratqué pour mesurer le seul et la vscosté des matéraux dans les vscosmètres à cylndres coaxaux [6]. S la dstance e devent grande devant les rayons des cylndres, l'écoulement pston peut apparaître manfestement s ben que les mesures se stuent toutes dans la parte BC sur la fgure 2-8. Néanmons, l est possble de retrouver les deux constantes caractérstques dans ce cas [7], En effet, l'équaton (2-8) peut être écrte sous la forme : T r r Q = 2±( ln -_) 2p. 2TchR, T 0 27thR[T 0 -ÇC-L--lnX-) (2-28) * ro * ro! L'effet de paro, tel que défn à l'orgne par Caquot [92], consste en l'augmentaton de porosté d'un mélange granulare au vosnage de safrontèreavec une paro. Cependant, s on admet que le comportement rhéologque d'un béton est fortement lé à la dfférence entre son dosage en eau et la porosté de son squelette granulare, on vot que la paro aura pour effet de dmnuer l'apttude du mélange à l'écoulement, par rapport aux proprétés rhéologques du même béton en mleu nfn. Cet effet ne dot pas être confondu avec hfrottementde la paro vertcale (lsse) sur le béton, qu perturbe son écoulement, par rapport au champ de vtesse théorque (cf ). 2

29 avec : Ç = ^ (2-29) 2p. En ajustant l'équaton (2-28) avec les mesures, on obtent les deux constantes C, et T^. Ces dernères nous permettent de calculer x 0 et u en utlsant (2-9) et (2-29). Cependant, s les mesures apparassent à la fos sur les deux segments AB et BC, l est dffcle de dstnguer les mesures domnées par l'équaton (2-7) de celles domnées par l'équaton (2-8). La dffculté sera encore accentuée au cas où peu de ponts de mesure sont dsponbles. Les méthodes de dépoullement décrtes plus haut ne fonctonnent que pour des matéraux de Bngham. Récemment, COUSSOT [8] a proposé la théore de dépoullement décrte plus bas, avec laquelle on peut dentfer la lo de comportement quelconque de l'éprouvette, sans fare aucune hypothèse sur le comportement. Sot la lo de comportement exprmée par : y = Mx) (2-30) Dans un vscosmètre à cylndres coaxaux, la contrante peut être calculée par : ^ = ^TJ _L (2-3) 2íhr Pour des matéraux présentant un seul de csallement, nous avons : k = 0 s -^-JÏT«(2-32) 2nhx Selon la défnton, le gradent de vtesse s'écrt : Y-r (2-33) ôr où est la vtesse angulare du flude. Il vent alors ; r HT-T[)^ (2-34) r v 27thr En dérvant l'équaton (2-34) par rapport à F, nous obtenons an R f 2 dt 2rchr 3 -ksp* R (2-35) Or, nous savons que 22

30 ÔK = r ôr 7thr 3 X (2-36) ce qu, mplanté dans l'équaton (2-35), nous permet d'arrver à : d'où = f -Ur (2-37) FIT ÔT ( J 2r r ' dq. 2r = X(T,)-Ä.(T 2 ) sot en posant : R l^2, = k(x ] )~X((^fx ) (2-38) X dq Y(r) = 2r~ (2-39) nous obtenons fnalement : es T» En général, le terme (R]/R 2 ) 2n décroît assez vte en foncton du pas d'tératon n, et la dérvée BQJôY tend vers 0 quand Q tend vers 0. La sére converge donc assez rapdement. ) Adaptaton à la suspenson granulare A partr des années 70, certans chercheurs comme UZOMAKA [9], MURATA et KJKUKAWA [20], ont commencé à applquer le prncpe du vscosmètre à cylndres coaxaux au béton. Ces auteurs annonçaent que, selon leurs mesures, le comportement des bétons sut le modèle de Bngham. Mas les courbes d'écoulement n'ont pas été publées. Leurs résultats sont très dvers. Les valeurs de seul de csallement et de vscosté plastque publées par MURATA et KJKUKAWA sont respectvement 0,03 fos et 0, fos celles publées par UZOMAKA, pour des formulatons des bétons smlares [2], On ne sera pas étonné de cette dscordance, connassant les dmensons de ces apparels: pour celu d'uzomaka, l'espace n'état que de,6 0 max ; pour l'autre, 2,25 0 max, alors que R2 / R état égal à,6. Il semble donc que l'effet de paro état mportant, et l'écoulement pston lon d'être néglgeable. Consdérant que la dffculté lée à l'écoulement pston état presque nfranchssable, TATTERS ALL [4,2,2] a proposé des apparels de type malaxeur. Le premer apparel état un malaxeur HOBART avec un wattmètre. Une tge en forme de crochet tourne pîanétarement dans une cuve contentant du béton. Il y a 3 palers de vtesse de rotaton 23

31 possbles. Le wattmètre permet de mesurer la pussance (comme décrt dans la secton précédente), et donc de calculer le couple en connassant la vtesse constante mposée. Plus tard, l'apparel a été modfé. La tge en forme du crochet a été remplacée par un cylndre garn de pales arrangées sous une forme hélcoïdale nterrompue (vor Fgure 2-9). Le nombre des palers de vtesse de rotaton a été augmenté. Par alleurs, l y a eu également des changements technologques. La précson de la mesure du couple a été accrue en utlsant la transmsson hydraulque, plutôt que le wattmètre, comme auparavant. contrôle du vtesse Fgure 2-9 : L'apparel "Two-pont test". TATTERSALL [4,2] a également mentonné que les bétons sont des matéraux bnghamens. Il a trouvé, ben que la condton (2-27) ne sot pas satsfate avec son apparel, une relaton affne entre le couple mesuré et la vtesse angulare mposé, comme celle qu dot être trouvée dans un vscosmètre à cylndres coaxaux pour les matéraux bnghamens : T = g + Ml (2-4) g et h sont deux constantes. Selon une analyse dmensonneîle en prenant des grandeurs P, Q, u, p et D qu représentent respectvement la pussance, la vtesse de rotaton, la vscosté plastque, la masse volumque et le damètre d'agtateur, l'auteur a montré que, pour les écoulements lamnares des fludes newtonens, la relaton qu sut exste dans cet apparel : N p = BR; (2-42) B est une constante de l'apparel, N p et R,, le nombre de pussance et le nombre de Reynolds, exprmés par : 24

32 N - r^-r- (2-43) p Q 3 D 5 p ' 2a P R e = (2-44) Pus, l'équaton (2-42) est généralsée aux fludes bnghamens en supposant : y = Kf (2-45) K étant une constante, et en substtuant la vscosté \x par la vscosté absolue u abs défne par : y En remplaçant la pussance P par 27trN, l'auteur est arrvé à l'équaton suvante : RD 3 r = ^-T 0 + BD 3 ud (2-47) K où les constantes B et K sont calbrées expérmentalement avec des fludes newtonens et des fludes non-newtonens connus. Ans, les deux constantes g et h seraent lées au seul de csallement et à la vscosté plastque à des constantes près. Cependant, l est lon d'être évdent que l'écoulement entraîné dans cet apparel sot lamnare, étant donné la forme de son agtateur. D'alleurs, l apparaît que les dmensons de l'échantllon réel, défnssant la parte de l'échantllon qu subt l'écoulement, sont des facteurs tellement mportants qu'elles dovent être ntrodutes comme des grandeurs dans l'analyse dmensonnele. Pour les fludes newtonens, on devrat prendre en compte l'espace entre le cylndre ntéreur et la cuve. Quant aux matéraux ayant un seul de csallement, on ne peut pas a pror exclure que l'écoulement pston at leu dans certane parte de l'échantllon pour certans états de csallement. Cela provoque une grande dffculté pour ben défnr cette grandeur, parce qu'elle est lée à l'une des caractérstques du matérau: le seul de csallement. La smplfcaton consstant à prendre des geometres constantes rsque de condure à ce que des constantes calbrées pour des équatons admensonelles dépendent fnalement des caractérstques des matéraux de l'échantllon. Quant à l'hypothèse que le gradent de vtesse effectf de l'échantllon est proportonnel à la vtesse de rotaton de l'agtateur (équaton (2-45)), ce qu mplque que l'échantllon est sous un csallement smple, elle semble trop forte. Malgré tous les nconvénents de l'apparel, TATTERS ALL et al. ont effectué un nombre d'essas consdérable, et ont offert ans des références très rches sur certans aspects rhéologques des bétons. Plus récemment, avec une verson automatsé de ce type d'apparel, BEAUPRE [22, 23] a essayé de caractérser les bétons projetés (par voe moullée), dont la consstance vare en général de ferme à très ferme. Cet auteur a trouvé que les deux constantes données par l'apparel caractérsent assez ben ce type de bétons. En partculer, le paramètre g est ben relé à l'adhérence du béton projeté avec son support [23]. 25

33 Pendant cette dernère dzane d'années, beaucoup d'efforts ont été consacrés au développement d'apparels du type vscosmètre à cylndres coaxaux [5,24,25]. Parm les apparels exstants, l semble que celu de WALLEVIK et GJ0RV sot le plus connu. Se basant sur le "two-pont test" apparel, WALLEVIK et GJ0RV [24,26] ont développé un apparel ("Vscometer BML"), qu s'approche davantage du vscosmètre à cylndres coaxaux. La fgure 2-0 schématse cet apparel. Les deux cylndres sont garns de pales vertcales pour empêcher les glssements entre les paros et le béton. C'est le cylndre extéreur qu tourne à des palers de vtesse de rotaton dfférents pouvant varer de 0,05 à 0,6 tours/seconde. Un grand avantage de cet apparel est que l'essa est automatsé; les acqustons et le plotage de l'essa sont tous contrôlés par un mcro-ordnateur. Par alleurs, le volume de l'éprouvette est mportant (8 ltres envron). Tout cela permet a pror d'amélorer la répétablté de l'essa. Selon les résultats publés de sx essas sur des bétons de même formulaton, le coeffcent de varaton est de l'ordre de 20% [26]. Les dmensons (0.m et 0,2 m des rayons ntéreur et extéreur, et 0,2 m de hauteur) de cet apparel semblent satsfasantes du pont de vue de l'effet de paro. Cependant, le rapport RVRj est un peu élevé. L'expérence de HU et al. [7] a montré que l'écoulement pston apparaît systématquement pendant l'essa pour des bétons plastques jusqu'à très plastques. cylndre ntéreur bloc moble Fgure 2-0 : Le Vscosmètre BML. Examnant les vscosmètres à béton développés, on constate presque toujours qu'ls ne peuvent satsfare à la fos les condtons (2-23) et (2-27). La rason en est évdente: prenons le cas où le damètre maxmal des gravllons est 20 mm. Les condtons (2-23) et (2-27) condusent aux rayons ntéreur et extéreur mnmaux de 40 cm et 50 cm respectvement. Avec 0 cm de hauteur, on aura un volume d'échantllon de 20 ltres et un pods de 45 kg envron (sans compter le pods de l'apparel lu-même). Un apparel s encombrant est évdemment peu envsageable du pont de vue pratque. 26

34 2.4) Rhéologe de la pâte de cment et du béton 2.4.) Pâte de cment, béton ordnare et béton flude La pâte de cment est un mélange relatvement smple, composé de grans de cment et d'eau. L'étendue granulare de cment vare de quelques untés à une centane de mcrons, La gamme courante du rapport eau sur cment E/C est de 0,30 à 0,85 envron [25]. Par alleurs, on peut mettre dans la pâte certans ajouts mnéraux comme des fllers, des cendres volantes, des fumées de slce, etc., afn d'obtenr des proprétés spécfques. Ces produts fnaux sont auss appelés couls. Le béton est cependant un matérau plus complexe. Il est consttué de pluseurs composants, dont les prncpaux sont cment, granulat et eau. Le rapport E/C du béton ordnare peut varer de 0,4 à 0,8 [27]. Les ajouts mnéraux décrts plus haut peuvent également être utlsés dans le béton pour le même objet que celu de la pâte. Il arrve auss parfos qu'on ajoute des adjuvants chmques pour amélorer l'ouvrablté ou modfer les durées de dfférentes pérodes de l'évoluton chmque des bétons. Le béton ordnare est souvent assez ferme. L'affassement au cône est généralement nféreur à 5 cm, vore nul pour certans bétons. L'augmentaton contnu du coût de la man d'oeuvre à notre époque crée une demande de plus en plus forte d'améloraton de l'ouvrablté des bétons pour les ouvrages d'art. Ans est apparue récemment une nouvelle gamme de bétons fludes: les bétons à hautes performances (BHP). Ces bétons présentent beaucoup d'avantages: haute résstance, haut module d'élastcté, peu de ressuage, peu de fluage, haute durablté, etc [28]. L'affassement au cône de ce type de bétons est en généra supéreur à î 5 cm. La spécfcté la plus mportante de la formulaton de ces bétons est sans doute l'utlsaton de superplastfant. Cec condut à un rapport E/C très fable, varant de 0,3 à 0,4, parfos mons [27]. Par alleurs, on emploe fréquemment un ajout mnéral: la fumée de slce. Malgré l'affassement élevé des BHP, ces derners présentent un aspect vsqueux, qu provoquent parfos de mauvases performances au pompage sur chanter. A l'heure actuelle, la dffculté de maîtrser la rhéologe des BHP semble être une des lmtatons quant à leur utlsaton. Actuellement, les bétons "autonvelants" sont en développement [29]. L'un des avantages mportants de ce type de bétons serat de permettre de supprmer la vbraton pendant la mse en place des bétons fras, même s les armatures dans les coffrages sont assez serrées. Par alleurs, ces bétons devraent permettre de produre de très bons parements. L'essa au cône n'a plus de sens pour ces bétons, parce que ces derners s'effondrent complètement après le soulèvement du cône. Certans problèmes rhéologques lés à ce type de bétons restent encore à solutonner. Néanmons, on n'y portera a pror pas d'attenton partculère dans cette thèse. VERNET et CADORET [30] ont présenté récemment les résultats d'une étude sur l'évoluton chmque du cment. Dès les premères mnutes après le contact entre le cment et l'eau, l se forme deux hydrates à germnaton rapde: l'un est le slcate de calcum hydraté (CSH), formé par combnason des ons Ca 2+, S0 4 2 " et OH* provenant des slcates de calcum du clnker; l'autre est l'ettrngte, trsulfoalumnate de calcum hydraté formé par combnason des ons Ca 2+, S0 4 2 % A0 2 % et OH -, provenant des alumnates du clnker et des régulateurs de prse (gypse, sem-hydrate, anhydrte). Sut alors une pérode dormante qu vare de quelques dzanes à une centane de mnutes, pendant laquelle la formaton de CSH et d'ettrngte se poursuvent lentement, et la phase aqueuse devent sursaturée en chaux. Pus, c'est la pérode de prse. Celle-c ntervent dès que le nveau de concentraton en slcates de la phase aqueuse est descendu au-dessous d'un seul vosn de quelques mcromoles par ltre. La consommaton rapde d'ons Ca 2+ et OH* par la formaton de Ca(OH) 2 accélère la dssoluton de tous les consttuants du clnker. L'hydrataton reprend rapdement. La prse peut durer quelques heures. Vent ensute la pérode de durcssement pendant laquelle le matérau obtent sa résstance. L'hydrataton progresse très vte pendant les premers jours et devent lente après quelques 27