BétonlabPro 3 Leçon N 14 Formulation des BHP (Bétons à Hautes Performances)
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- Virginie Lemieux
- il y a 6 ans
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1 BétonlabPro 3 Leçon N 14 Formulation des BHP (Bétons à Hautes Performances) François de Larrard Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Centre de Nantes
2 Plan de la leçon Définition Choix des constituants Cahier des charges typique Propriétés particulières à surveiller Exemples Conclusion BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 2
3 Définition Définition de la FIP (actuellement FIB): fc 28 (cylindre) 60 MPa e/l 0,40 Définition de l ACI: Performances <=> cahier des charges Hors d atteinte dans un contexte «routinier» Contexte français: B 60/C75 à B 80/C100 et au-delà (BAEL/BPEL et Eurocode 2) BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 3
4 Choix des constituants Granulats (cf. leçons N 3-4) importance de la forme (β) importance de l adhérence (p) importance de la résistance propre (q, lié au MDE) idéal: fort β, fort p, faible q Sables: sables un peu grossiers acceptables (car fortes teneurs en liant) BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 4
5 Choix des constituants (suite) Ciment: CEM I ou CEM II 52,5 Le plus important: compatibilité avec les SP forte réduction d eau stabilité rhéologique Un bon indicateur (seulement un indicateur): faible taux de C 3 A Tests en présence d adjuvant toujours nécessaires (cf. leçon N 5 à 7) BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 5
6 Choix des constituants (suite) Additions minérales (cf. leçons N 7-8): En général nécessaires au-delà de B 60 Fumée de silice: addition reine, mais coûteuse! effet filler (< d > 0,1 µm) effet pouzzolanique (silice amorphe > 90 %) Autres additions: Autres pouzzolanes (cendres volantes, métakaolins) Fillers ultrafins (calcaire, siliceux, phonolithe ) Laitiers de HF BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 6
7 Choix des constituants (suite) Superplastifiants: indispensables! Ancienne génération: naphtalènes sulfonates, mélamines dosages importants (jusqu à 1% du poids de ciment en extrait sec) bétons visqueux, pertes de slump fréquentes, retards de prise importants BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 7
8 Choix des constituants (suite) Nouvelle génération de superplastifiants: polyphosphonates, vinyles sulfonates, polycarboxylates dosages plus faibles (< 0,4 % en ES) plus compatibles avec l ensemble des ciments rhéologie plus stable mais souvent plus coûteux, même rapportés au m 3 de béton! BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 8
9 Choix des constituants (suite) Sélection du couple ciment/sp: méthode des coulis de l AFREM (cf. leçon N 5 et 7) Courbes de saturation (T fonction du % de SP/C): comparaison de l efficacité initiale et du «dosage efficace» de chaque SP Prévention des pertes d affaissement rapide: mesurer T en fonction du temps BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 9
10 Choix des constituants (suite) Temps d écoulement (s) Ciment Portland B +10% FS Temps d attente (mn) SP ' B' SP ' A' Exemple de suivi du temps d écoulement en fonction du temps depuis le gâchage Le SP «A» donne une rhéologie plus stable que le SP «B» BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 10
11 Choix des constituants (suite) Autres adjuvants: Retardateurs: souvent utiles en combinaison avec les SP (été/hiver). Améliorent les résistances à 28 j. Non pris en compte par BétonlabPro Entraîneurs d air: avec FS et SP: délicats à utiliser % d air utile plus faible que dans les bétons ordinaires pas toujours nécessaires essais de gel dans la masse + écaillage BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 11
12 Cahier des charges typiques 20 affaissement 24 cm (valeur + faible: risque de perte de slump rapide, thixotropie excessive) Indice de serrage K 8 Rc MPa Rc MPa Durabilité: selon EN 206, fascicule 65 A etc. (mais exigence de Rc => clauses de c min et e/c max en général non critiques) BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 12
13 Propriétés particulières à surveiller Temps de malaxage (T m ) le temps nécessaire augmente avec la résistance (ex.: 4 pour un B80, 10 pour un BFUP) T m impacte la productivité de la centrale et le prix de revient du béton BétonlabPro évalue le temps de stabilisation du watt-mètre (malaxeur annulaire standard) on peut chercher à limiter ce temps lors de l optimisation BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 13
14 Propriétés particulières à surveiller (suite) Stabilité de l affaissement d autant plus critique que le rapport e/c est bas à anticiper au moment de l étude du couple ciment-superplastifiant (méthode AFREM) à vérifier sur béton en laboratoire, puis lors de l épreuve de convenance effets de la température et du lot de ciment non pris en charge par BétonlabPro BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 14
15 Propriétés particulières à surveiller Viscosité plastique (suite) rhéologie du béton frais plastique ou fluide: décrite par deux paramètres seuil de cisaillement τ 0 (en Pa) viscosité plastique µ (en Pa.s) seuil: lié à l affaissement (slump) viscosité plastique: traduit la résistance du béton au cisaillement à grande vitesse BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 15
16 Propriétés particulières à surveiller (suite) F V τ = F S h µ S τ 0 γ& = v h BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 16
17 Propriétés particulières à surveiller (suite) Viscosité plastique (suite) plus élevée pour les BHP que pour les bétons classiques si µ élevée, bétons collants, qui figent vite (thixotropes), difficiles à pomper et à talocher valeur limite sur chantier: 300 Pa.s les fumées de silice réduisent la viscosité plastique à même slump et même résistance BétonlabPro évalue µ (mais µ dépend du type de SP=> estimations à prendre avec prudence) BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 17
18 Propriétés particulières à surveiller Mesure souhaitable avec le rhéomètre BTRHEOM du LCPC Echantillon 7 litres Mesure τ 0, µ et leur évolution pendant la durée d utilisation du béton (par ex. 2 heures) avec un seul échantillon (suite) BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 18
19 Propriétés particulières à surveiller (suite) Exothermie pendant le durcissement, le béton dégage de la chaleur pièces très massives: pertes par conduction lentes => forte élévation de température => risques de fissuration et de RSI BétonlabPro calcule l élévation maximale (en conditions adiabatiques) Δθ, qui se produirait par exemple dans un cube de 3 m d arête ou plus BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 19
20 Propriétés particulières à surveiller (suite) Exothermie (suite) les BHP ont général tendance à chauffer plus que les bétons classiques pour limiter Δθ : choisir un ciment à faibles teneurs en C 3 S et C 3 A réduire l eau utiliser des additions minérales en conditions semi-adiabatiques (épaisseur de l ordre du mètre ou moins), l élévation de température diminue, d autant plus que le béton contient des additions BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 20
21 Propriétés particulières à surveiller Retrait endogène (suite) retrait d hydratation, apparaissant dans un béton qui ne sèche pas négligeable dans les bétons classiques, plus important dans les BHP rapide, peut engendrer de la fissuration si les pièces sont bloquées (même sans séchage) dépend du type de ciment (paramètre Kc) BétonlabPro évalue le retrait endogène BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 21
22 Propriétés particulières à surveiller (suite) Fluage les BHP peuvent «travailler» plus que les B0 => risque de déformations de fluage élevées mais le fluage spécifique (déformation par unité de contrainte) augmente quand fc diminue les fumées de silice réduisent fortement le fluage BétonlabPro évalue le fluage propre et le fluage total BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 22
23 Exemples Ouvrages réels, construits avant l apparition de BétonlabPro Comparaison formules réelles utilisées et formules théoriques basées sur les matériaux génériques (dossier standard fourni avec le logiciel), et optimisées avec BétonlabPro 3 BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 23
24 Exemples (suite) B60 du pont de Joigny (Yonne) BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 24
25 Exemples (suite) Critère B60 Indice de serrage 8 Affaissement 200 mm Viscosité plastique 200 Pa.s Résistance à la compression 72 MPa Rapport e/c 0,40 Rapport fumées de silice/ciment 0% Dosage en superplastifiant Coût Saturation Minimum BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 25
26 Exemples (suite) B80 du pont de l Iroize (Finistère) B80 BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 26
27 Exemples (suite) Critère B80 Indice de serrage 8 Affaissement 200 mm Viscosité plastique 200 Pa.s Résistance à la compression 96 MPa Rapport e/c 0,40 Rapport fumées de silice/ciment 8% Dosage en superplastifiant Saturation Coût Minimum BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 27
28 Exemples (suite) Constituants B60 (simulations) B60 Joigny B80 (simulations) B80 Iroise Concassé 12,5/20 (kg/m 3 ) (10/16) Concassé 5/12,5 (kg/m 3 ) 245 (5/20) (4/10) Roulé 0/5 (kg/m 3 ) Sablon 0/1 (kg/m 3 ) (bien gradué) CEM I 52,5 (kg/m 3 ) 449, Fumées de silice (kg/m 3 ) ,1 36 Superplastifiant mélamine (kg/m 3 ) 11,24 11,25 15,81 17,7 Retardateur (kg/m 3 ) - 4,5-1,57 Eau (l/m 3 ) 153, e/c 0,35 0,35 0,34 0,32 G/S 1,2 1,36 1,2 1,45 Densité 2,44-2,44 2,47 BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 28
29 Exemples (suite) Seuil de cisaillement (Pa) Viscosité (Pa.s) Affaissement (mm) * * Indice de serrage 6,67 excellente 6,72 excellente Résistance à la compression à 28 j ,7* (MPa) Résistance caractéristique obtenue ,5 Module d élasticité (GPa) 44,6-49,5 47 Exothermie ( C) 58, ,2 52 Retrait endogène (10-6 ) Retrait total (10-6 ) Fluage spécifique propre (10-6 /MPa) Fluage spécifique total (10-6 /MPa) Coût ( /m 3 ) 97,16-123,58 - BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 29
30 Exemples (suite) BHP étanche de Civaux BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 30
31 Exemples (suite) Critère Valeur Affaissement 200 mm Compactabilité 8 Viscosité plastique Résistance à la compression Dosage en superplastifiant Fumée de silice Elévation de la température en conditions adiabatiques 200 Pa.s 72 MPa à saturation 40 kg/m3 Minimale BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 31
32 Exemples (suite) Constituants B60 spécial pour centrale BHP Civaux nucléaire (simulations) II Gravillon 12,5/20 (kg/m 3 ) Gravillon 5/12,5 (kg/m 3 ) Sable de rivière 0/4 (kg/m 3 ) Sable correcteur 0/1 (kg/m 3 ) 215 (0/5) CEM I (kg/m 3 ) Filler calcaire Fumées de silice (kg/m 3 ) Superplastifiant (kg/m 3 ) Retardateur (kg/m 3 ) Eau (l/m 3 ) 137,9 161 e/c G/S Densité BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 32
33 Exemples (suite) Constituants B60 spécial pour centrale BHP Civaux nucléaire (simulations) II Seuil de cisaillement (Pa) Viscosité après vibration (Pa.s) Affaissement (mm) * Compactabilité 6,88 Satisfaisante Résistance à la compression à 28 j. (MPa) 72 66,1* Résistance caractéristique obtenue - 60,7* Module d élasticité (GPa) 48,3 - Elévation de la température en conditions 46,6 - adiabatiques ( C) Retrait endogène (10-6 ) 34 Retrait total (10-6 ) 544 Fluage spécifique propre (10-6 /MPa) 12 Fluage spécifique total (10-6 /MPa) 24 Coût ( /m 3 ) 96,61 - BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 33
34 Conclusion BHP = haut de gamme des bétons industriels d aujourd hui L atteinte de la résistance à 28 jours pose rarement problème, sauf si granulats locaux médiocres Nécessité de bien étudier le couple ciment-adjuvant Nécessité de surveiller toutes les propriétés secondaires BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 34
35 Conclusion (suite) Les cahiers des charges peuvent devenir très complexes => intérêt d un logiciel moderne pour réduire les essais (ex.: 1 étude béton Tunnel sous la manche = 80 gâchées sans réussir à satisfaire au cahier des charges!) Bétons à ultra-hautes performances fibrés (BFUP): non encore couverts par BétonlabPro, mais en général, produits pré-formulés (et souvent brevetés) BétonlabPro 3 - Leçon N 14 Ecran N 35
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