Propriétés de transfert des bétons de granulats recyclés

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1 Propriétés de transfert des bétons de granulats recyclés ANR ECOREB tâche 3 «Durabilité» J. Mai-Nhu, P. Rougeau, L. Schmitt, A. Tegguer, M. Saillio DT DMTB Colloque RECYBETON J. MAI-NHU

2 SOMMAIRE Contexte Positionnement de l étude dans le projet Tâche 3 «Durabilité» du projet ANR ECOREB Indicateurs de durabilité Compositions des bétons d étude Porosité accessible à l eau Coefficient de diffusion apparent des ions chlorure Essai de carbonatation accéléré Distribution de la taille des pores Modélisation de la durabilité des bétons recyclés 2

3 Propriétés physiques des granulats recyclés CONTEXTE Forte dépendance de la qualité de la pâte cimentaire entourant les granulats concassés Faible densité Coefficient d absorption d eau élevée Influence de la variabilité des propriétés des granulats sur les propriétés de durabilité des bétons recyclés? 3

4 POSITIONNEMENT DE L ÉTUDE DANS LE PROJET Le Projet National est organisé autour de six grandes thématiques : Thème 1 : Technologies et procédés T1.1 : Concassage et tri sélectif T1.2 : Ciment incorporant des recyclés T1.3 : Bétons incorporant des recyclés Thème 2 : Matériaux et structure T2.1 : Granulats et fines recyclés T2.2 : Bétons recyclés à l état frais et durcissant T2.3 : Bétons recyclés à l état durci comportement mécanique T2.4 : Durabilité des bétons recyclés à l état durci T2.5 : Bétons recyclés feu, thermique Thème 3 : Développement durable T3.1 : Aspects socio-économiques T3.2 : Aspects environnementaux et sanitaires Thème 4 : Aspects réglementaires et normatifs Thème 5 : Valorisation Thème 6 : Mélanges granulats recyclés / naturels 4

5 TÂCHE 3 «DURABILITÉ» DU PROJET ANR ECOREB Tâche 3.1 : Paramètres contrôlant la corrosion des armatures et le dimensionnement des enrobages Objectifs de l étude Caractériser le comportement des bétons vis-à-vis de la carbonatation et de la migration des chlorures Analyse des enrobages nécessaires Programme expérimental Réalisation d essais accélérés de carbonatation et migration des chlorures Modélisation Prise en compte de la variabilité des granulats (lien avec le thème 1) Réalisation de calculs prédictifs de la durée de vie des ouvrages Mener une réflexion sur les enrobages des armatures : détermination des indices de fiabilité pour plusieurs couples béton/enrobage 5

6 TÂCHE 3 «DURABILITÉ» DU PROJET ANR ECOREB Tâche 3.2 : Résistance des bétons au gel/dégel Objectifs de l étude Déterminer l influence de la variabilité des caractéristiques des granulats issus de la démolition Vérifier la pertinence des valeurs seuils associées aux indicateurs de durabilité et utilisées pour les bétons traditionnels Programme expérimental Réalisation d essais accélérés de gel/dégel Réalisation d essais d'écaillage des surfaces de béton durci exposées au gel en présence d'une solution saline 6

7 TÂCHE 3 «DURABILITÉ» DU PROJET ANR ECOREB Tâche 3.3 : Indicateurs de durabilité Objectifs de l étude Détermination de la valeur des indicateurs de durabilité des bétons d étude Analyse comparative par rapport à un béton référence à base de granulats traditionnels Programme expérimental Absorption d eau Porosité accessible à l eau Carbonatation accélérée Suivi des variations dimensionnelles Coefficient apparent de diffusion des ions chlorure Perméabilité au gaz Porosimétrie mercure 7

8 TÂCHE 3 «DURABILITÉ» DU PROJET ANR ECOREB Tâche 3.4 : Étude de la microstructure des bétons Objectifs de l étude Caractériser l évolution à long terme de la microstructure des bétons à base de granulats recyclés Préciser si l effet de la cure interne est significatif ou non sur des paramètres importants liés à la durabilité Programme expérimental Analyse de la microstructure à différentes échéances Observations au microscope optique Observations au microscope électronique à balayage Analyse par diffraction de rayons X 8

9 Composition des bétons d étude INDICATEURS DE DURABILITÉ 3 bétons C25/30 à base de ciment CEM II Sable 100 % N, Gravillon 100 % N (noté 0R/0R) Sable 100 % N, Gravillon 100 % R (noté 0R/100R) Sable 30 % R, Gravillon 30 % R (noté 30R/30R) 3 bétons C35/45 à base de ciment CEM II Sable 100 % N, Gravillon 100 % N (noté 0R/0R) Sable 100 % N, Gravillon 100 % R (noté 0R/100R) Sable 30 % R, Gravillon 30 % R (noté 30R/30R) 3 bétons C45/55 à base de ciment CEM II Sable 100 % N, Gravillon 100 % N (noté 0R/0R) Sable 100 % N, Gravillon 100 % R (noté 0R/100R) Sable 30 % R, Gravillon 30 % R (noté 30R/30R) 9

10 Porosité accessible à l eau (90 jours) INDICATEURS DE DURABILITÉ Porosité accessible à l'eau (%) R0R + 41 % + 22 % 30R30R 0R100R 0R0R + 16 % 30R30R + 38 % 0R100R 0R0R + 44 % + 22 % 30R30R 0R100R C25/30 C35/45 C45/55 10

11 INDICATEURS DE DURABILITÉ Coefficient de diffusion apparent des ions chlorure (90 jours) Rapports E eff /L 11

12 Perméabilité au gaz (90 jours) INDICATEURS DE DURABILITÉ L effet des granulats recyclés sur la perméabilité au gaz des bétons dépend fortement du rapport E eff /L 12

13 Essai de carbonatation accéléré Profondeur de carbonatation (mm) ,8 18,0 21,0 13,9 15,9 INDICATEURS DE DURABILITÉ Profondeur de carbonatation à 90 jours (mm) Taux de CO 2 : 4 % Humidité relative 65 ±5 % et température 20 ±2 C 19,2 0,57 0,54 0,53 0,49 0,46 0,47 11,8 14,2 17,3 0,34 0,35 0,36 BR S30G30 G100 BR S30G30 G100 BR S30G30 G100 C25/30 C35/45 C45/55 Cure humide (90 jours dans l'eau, T = 20 C) Porosité (%) E/L 13

14 Essai de carbonatation accéléré INDICATEURS DE DURABILITÉ Profondeur de carbonatation à 90 jours (mm) Taux de CO 2 : 4 % Humidité relative 65 ±5 % et température 20 ±2 C ,57 0,54 0,53 0,49 0,46 0,47 0,34 0,35 0,36 0 BR S30G30 G100 BR S30G30 G100 BR S30G30 G100 C25/30 C35/45 C45/55 Cure humide (90 jours dans l'eau, T = 20 C) Cure sèche (3 jours dans l'eau puis 87 jours HR 50 %, T = 20 C) E/L 14

15 MODÉLISATION Modèles Model Code fib Carbonatation Chlorures SDReaM-CRETE Couplage carbonatation/chlorures Corrosion Méthodologie Réalisation de calculs prédictifs de la durée de vie des ouvrages Détermination des indices de fiabilité pour plusieurs couples béton/enrobage Réflexion sur les enrobages des armatures : déterminer l ajustement des épaisseurs d enrobage permettant de compenser l éventuelle perte de durabilité des bétons recyclés 15

16 Modélisation de la durée de vie de couple «béton/enrobage» MODÉLISATION 4 Indice de fiabilité 3,5 3 2,5 2 1,5 1 Béton 1 (µ b1,σ b1 )/Enrobage 1 (µ e1,σ e1 ) plus durable que Béton 2 (µ b2,σ b2 )/Enrobage 2 (µ e2,σ e2 ) 0, Durée de vie (ans) - Modèle Hyvert, Mai-Nhu, CERIB/LMDC - Travaux du projet ANR APPLET 16

17 CONCLUSIONS Les essais de durabilité permettent d évaluer l impact des granulats recyclés sur les propriétés de transfert et les performances des bétons vis-à-vis des agressions physico-chimiques extérieures L incorporation de granulats recyclés dans les bétons conduit à une augmentation de la porosité. Pour les autres propriétés de durabilité, l impact des granulats recyclés dépend de la compacité de la matrice cimentaire Une optimisation de la compacité de la matrice cimentaire (diminution du rapport E eff /L) permet de compenser l éventuel impact des granulats recyclés et de maintenir de bonnes propriétés vis-à-vis de la durabilité (carbonatation, chlorures, perméabilité) 17