L IMPORTANCE DE LA COMPOSITION DU BETON POUR UN REVETEMENT DURABLE ET ESTHETIQUE

Un jour au Congrès belge de la Route quelques gestionnaires de routes des différentes régions se rencontrent. Ils profitent de l occasion pour discuter de quelques problèmes

Constatations après des hivers rudes Dégradations par écaillage Routes Pistes cyclables (de couleur rouge) 3

Problème dû aux sels de déverglaçage? Quelle quantité? A partir de quand? Généralement: 6 semaines Parfois quand-même dégâts après 6 semaines Anciennes routes en béton résistent bien Quelle est la différence avec les routes d autrefois? Comment se déroule le processus de détérioration exactement?

Circulaire «Hondermarq» - 1973 Tout épandage intervenant 6 semaines après le bétonnage est sans danger (études par le CRIC et expériences allemandes) Béton type A résiste déjà après 28 jours Nouvelles dispositions : Délai de 6 semaines Délai de 28 jours en cas d absolue nécessité (sécurité des usagers) + recommandation de quantités réduites de sels de déverglaçage

Le béton routier de jadis et d aujourd hui Début années 70 Composition type A Pierailles concassées 22/40 750 kg/m³ Pierailles concassées 8/22 375 kg/m³ Pierailles concassées 2/8 350 kg/m³ Sable de rivière 0/2 405 kg/m³ Ciment 400 kg/m³ Eau 160 l/m³ Sans entraineur d air Bonne résistance Mécanique À l usure Aux sels de déverglaçage Rapport Sable/Ciment (S/C) entre 1,0 et 1,5 6

Le béton routier de jadis et d aujourd hui Aujourd hui : Compositions de granulométrie plus fine 0/20 mm avec surdosage en 4/6,3 0/6,3 mm (bicouche) Quantité de sable plus importante (> 600 kg/m³) Utilisation d un entraineur d air 7

Quel est le phénomène de dégradation? Trois possibilités Gel du béton frais Formation de fissures dans le béton durci à cause du gel Ecaillage du béton durci à cause du gel et des sels de déverglaçage 8

Phénomène de dégradation dû au gel et aux sels de déverglaçage pour des revêtements en béton Gel du béton frais (visible quasi immédiatement) Apparition de fissures dans le béton frais dû au gel de l eau libre dans le béton Une fois l eau dans le béton gelée, l hydratation n est plus possible! Gel du béton durci et formation de fissures internes Accroissement de la pression (hydraulique) en raison de la dilatation de l eau lors de sa transformation en glace (moins important) Formation de cristaux de glace dans les gros pores, qui exercent à leur tour une pression sur les pores plus fins Pression osmotique due à la concentration de sel

Phénomène de dégradation dû au gel et aux sels de déverglaçage pour des revêtements en béton Effet du sel de déverglaçage Lors de la fonte de la glace en eau par l effet du sel: réaction endothermique, la chaleur est transférée dans les couches inférieures créant une contrainte importante. Pression osmotique apparaît du fait de la différence de concentration en sel entre l eau dans les pores en surface et celle présente dans les couches plus profondes

Phénomène de dégradation dû au gel et aux sels de déverglaçage pour des revêtements en béton

Combinaison des cycles gel-dégel et sels de déverglaçage

Comment la durabilité est-elle évaluée dans les cahiers des charges type? Béton frais: Teneur en air Béton durci: Résistance à la compression Absorption d eau par immersion Résistance à l écaillage (si absorption d eau ne satisfait pas)

Fonctionnement d un entraineur d air Formation de bulles d'air stables. Orientation des molécules tensio-actives à l'interface air-eau et répulsion électrostatique des bulles d'air. Granulat + AIR EAU AIR EAU AIR + + + CIMENT + + AIR + + + Granulat +

Pertes en g/dm² après 30 cycles - Méthode ISO/DIS 4846-2 Fonctionnement d un entraineur d air 30 25 Bétons à base de 375 kg/m³ de ciment E/C = 0,45 CEM I 42,5 N LA et CEM III/A 42,5 N LA Dmax = 20 mm Essais de gel-dégel après 90 jours 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Teneur en air sur béton frais (en % du volume)

Composition d un béton routier, selon SB 250 Couche supérieure (mono- ou bicouche) Couche inférieure (bicouche) Couche supérieure (mono- ou bicouche)) Couche inférieure (bicouche) D max des granulats (mm) Quantité de ciment (kg/m 3 ) Rapport eau/ciment E / C Classe de construction B1- B5 selon SB 250 > 20 6 < D max 20 6 400 400 425 0,45 0,45 0,42 Teneur en air (%-v) - 3 5 20 375 0,45 3 Classe de construction B6-B10 et BF selon SB 250 > 20 6 < D max 20 6 350 375 400 0,50 0,50 0,45-3 5 20 350 0,50 3 Chemins agricoles en fonction de leur classe de construction

Détermination de l absorption d eau par immersion Sur carottes cylindriques prélevées dans le revêtement en béton par forage Face cylindrique supérieure de S = 100 cm² (diamètre = 11,3 cm) et hauteur h = 4 à 5 cm Détermination de l absorption d eau par immersion sur échantillons d au moins 60 jours d âge Calcul de l absorption d eau w = 100. (M 1 M 2 ) / M 2 en %-m

Exigences absorption d eau Couche supérieure (mono- ou bicouche) Couche inférieure (bicouche) Couche supérieure (mono- ou bicouche) Couche inférieure (bicouche) D max des granulats (mm) Absorption d eau individuelle maximale H i, max (%-m) Classe de construction B1-B5 selon SB 250 > 20 (sans EA) 6,5 6 < D max 20 6,8 6 7,0 Absorption d eau moyenne maximale H m, max (%-m) 20 - - Classe de construction B6-B10 et BF selon SB 250 > 20 (sans EA) 6,5 6 < D max 20 6,8 6 7,0 20 - - 6,0 6,3 6,5 6,0 6,3 6,5 - -

Exigences de résistance au gel Méthode d essais suivant le projet de norme ISO/DIS 4846-2 Probablement dans le futur: CEN/TS 12390-9 (2006): 3 méthodes d essais évaluant la résistance à l écaillage: SLAB test CDF test CUBE test Différences entre les critères à confirmer! Perte de masse maximum cumulée après 30 cycles en g/dm² Réseau I Bouwklasse B1 B5 Réseau II Bouwklasse B6 B10, BF Réseau III Routes agricoles 5 10 20

Pourquoi y a-t-il encore des problèmes? Effets de la formation de bulles Résistance aux cycles de gel-dégel en présence de sels de déverglaçage améliorée Béton plus plastique (plastifiant) Meilleure cohésion du béton moins de risque de ségrégation Béton plus léger plus grand % d absorption d eau Réduction des résistances mécaniques

Relation teneur en air résistance mécanique 21

Relation teneur d air absorption d eau

Exemples de composition de béton Exemple : béton pour route communale avec 375 kg/m³ CEM III/A 42,5 N LA, D max = 20 mm Exigences : E/C 0,50 3 à 6 % air Abs m 6,3 % - Perte de masse 10 g/dm² Béton 1 (sans plastifiant et entraineur d air) Béton 2 (avec plastifiant, sans entraineur d air) Béton 3 (avec plastifiant et entraineur d air) Béton 4 (avec plastifiant et entraineur d air) Béton 5 (avec plastifiant et entraineur d air) Béton 6 (avec plastifiant et entraineur d air) Rapport e/c 0,49 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 Slump Vebe 40 mm 4,0 s 40 mm 4,0 s 25 mm 4,0 s 45 mm 3,0 s 35 mm 3,5 s 65 mm 2,0 s Teneur en air 0,8 % 1,3 % 2,4 % 4,5 % 5,7 % 8,3 % Pertes de masse gel-dégel 25,1 g/dm² 14,0 g/dm² 10,8 g/dm² 7,1 g/dm² 6,3 g/dm² 3,9 g/dm² R c 90 d 73,6 N/mm² 82,0 N/mm² 73,0 N/mm² 65,9 N/mm² 58,9 N/mm² 44,6 N/mm² Abs m 6,0 % 5,6 % 5,5 % 6,4 % 6,2 % 7,3 %

Relation teneur en air absorption d eau - résistance Possibilité de combiner les différents paramètres Problème d ouvrabilité du béton frais accru dans le cas d une mise en œuvre manuelle Utilisation d adjuvants (plast./superplast.) mais cela a aussi des limites (viscosité béton teneur en air non maîtrisée à l aide de superplastifiants) Trop peu d air Risque d écaillage Trop d air Béton résiste très bien au gel et aux sels de déverglaçage Possibilité problème de résistance et absorption d eau réfaction

Influence rapport eau/ciment Si E/C, prestations mécaniques Loi de FERET (1890) f c,cub K. ( 1 1 e c a 2 ) f c,cub = résistance à la compression après 28 j sur échantillons cubiques K = facteur de correction en fonction du type de ciment c = volume du ciment e = volume d eau total a = volume d air

Augmenter la teneur en ciment? Exemple Béton 1: 380 kg/m³ ciment, E/C = 0,45 Béton 2: E/C = 0,45 mais 420 kg/m³ ciment Béton 1 Béton 2 w = a = c = 171 l 10 l 380 kg / 3,0 kg/l = 127 l 189 l 10 l 420 kg / 3,0 kg/l = 140 l (w+a)/c (171 + 10)/127 = 1,42 (189 + 10)/140 = 1,42 (1/(1 + 1,42))² = 0,171 (1/(1 + 1,42))² = 0,171 0,169/0,169 = 1,00 of + 0 %

Influence facteur Eau/Ciment Exemple Béton 1: 380 kg/m³ ciment, 4 % air, E/C = 0,45 Béton 3: 380 kg/m³ ciment, 4 % air, E/C = 0,50 Béton 1 Béton 3 w = a = c = 380. 0,45 = 171 l 4 % = 40 l 380 kg / 3,0 kg/l = 127 l 380. 0,50 = 190 l 4 % = 40 l 380 kg / 3,0 kg/l = 127 l (w + a)/c (171 + 40)/127 = 1,66 (190 + 40)/127 = 1,81 (1/(1 + 1,66))² = 0,141 (1/(1 + 1,81))² = 0,127 0,127/0,141 = 0,90 of 10 %

Relation teneur en air absorption d eau Exemple Béton 1: 380 kg/m³ ciment, E/C = 0,45 E = 171 l Béton 2: E/C = 0,45 mais 420 kg/m³ ciment E = 189 l www.febelcem.be publications

Déterminer l influence de la teneur en eau Durabilité = absorption d eau par immersion résistance aux sels de déverglaçage Règle empirique Si E/C : absorption d eau et résistance aux sels de déverglaçage si E/C, durabilité Si C : absorption d eau et résistance sels de déverglaçage (car compacité ) Mais si C et E/C constant: E aussi durabilité

Influence du sable Quantité de sable Qualité du sable Demande en eau

Quantité de sable Sable Fraction (0/2 mm) = 33 % ou 600 kg/m³

Qualité du sable - Granulométrie

Qualité du sable Demande en eau Sable rond 0/4 Module de finesse : 2,9 Demande en eau : 8,7 % m/m (Si 600 kg de sable /m³ : demande en eau = 52 litres) 33

Qualité du sable Demande en eau Sable rond 0/1 Module de finesse : 1,7 Demande en eau : 12,8 % m/m (Si 600 kg de sable /m³ : demande en eau = 77 litres) 34

Qualité du sable Demande en eau Sable de concassage 0/4 Module de finesse : 2,5 Demande en eau : 7,9 % m/m (Si 600 kg de sable /m³ : demande en eau = 47 litres) 35

Qualité du sable Demande en eau Mélanges de sable Sable Module de finesse Demande en eau (%) Sable de rivière 0/4 2,9 8,7 Sable rond 0/1 1,7 12,8 Sable de concassage calcaire 0/4 2,5 7,9 Mélange 80 % sable de rivière 0/4 + 20 % sable rond 0/1 Mélange 70 % sable de concassage calcaire 0/4 + 30 % sable rond 0/1 2,6 8,3 2,5 8,7 36

Influence des pigments colorants Poudres très fines avec demande en eau élevée Si ajout pigment et eau = diminution de la résistance aux sels de déverglaçage Si ajout pigment seul = augmentation de la compacité OK 37

Essais sur béton durci Essais sur béton frais Béton n Gravier concassé 6/20 Gravier concassé 2/6 Sable de rivière 0/2 Sable de rivière 0/1 1 Avec pigment E/C 0,50 914 kg/m³ 293 kg/m³ 357 kg/m³ 186 kg/m³ 2 Avec pigment E/C 0,50 899 kg/m³ 289 kg/m³ 351 kg/m³ 183 kg/m³ 3 Avec pigment E/C 0,50 908 kg/m³ 292 kg/m³ 355 kg/m³ 185 kg/m³ 4 Sans pigment E/C 0,50 909 kg/m³ 291 kg/m³ 355 kg/m³ 185 kg/m³ CEM III/A 42,5 N LA 366 kg/m³ 360 kg/m³ 364 kg/m³ 364 kg/m³ Pigment (oxyde de fer rouge) 5 % soit 18,3 kg/m³ 5 % soit 18,0 kg/m³ 5 % soit 18,2 kg/m³ - Plastifiant Entraineur d air 780 ml/m³ 450 ml/m³ 770 ml/m³ 480 ml/m³ 775 ml/m³ 485 ml/m³ 780 ml/m³ 490 ml/m³ Teneur en eau totale 183 l/m³ 185 l/m³ 187 l/m³ 185 l/m³ Slump 35 mm 35 mm 20 mm 35 mm Teneur en air 3,8 % 4,5 % 4,5 % 4,1 % Masse volumique humide Résistance à la compression Absorption d eau par immersion Résistance aux sels de déverglaçage Pertes à 30 cycles 2320 kg/m³ 2285 kg/m³ 2310 kg/m³ 2290 kg/m³ 55,6 N/mm² 53,1 N/mm² 52,8 N/mm² 54,2 N/mm² 6,3 % 6,6 % 6,4 % 7,5 % 4,6 g/dm² 6,9 g/dm² 6,6 g/dm² 6,1 g/dm²

Gecumuleerd verlies na 30 cycli Produits d imprégnation et hydrofuges Efficace (diminution voire disparition de la sensibilité aux sels de déverglaçage) Pas le but d autoriser des bétons de moindre qualité Application en deux couches après disparition ou enlèvement du produit de cure A base de solvants / eau / bio Doeltreffendheid impregnatiemiddel 60 50 40 30 20 10 0 CaCl2 AVIFORM CLEARWAY Vergelijking onbehandelde proefstukken met geïmpregneerde 39

Produits d imprégnation et hydrofuges Proposition Revêtement coloré Déjà prévu par le CCT Qualiroutes Béton coloré, béton imprimé Bétonnage manuel

Contrôle de composition Dégradation précoce Exigences des CCT sur la composition Courbe granulométrique / Dmax Consistance Facteur E/C Teneur en ciment Teneur en air du béton frais Résistance à la compression 28/90j Absorption d eau 60j Résistance à l écaillage Certification/contrôle composition Schéma de contrôle WBR01 lors de la phase de production 41

Contrôle lors de l exécution Dégradation précoce Exigences des CCT par rapport à l exécution Préparation du mélange Transport du mélange Mise en place du mélange Protection contre la dessiccation Protection contre le gel Protection contre les précipitations Protection contre les détériorations Décoffrage Mise en service Certification/contrôle exécution Étude préliminaire, ITT, réalisation d essais MCP Équipement de contrôle et de production Matériaux Gestion de production et contrôle qualité Consignes de transport et de livraison Bons de livraison contrôle chantier? 42

Différence béton BENOR et béton routier suivant les Cahiers des Charges Type Béton BENOR (suivant normes NBN EN 206-1:2001 et NBN B 15-001:2012) doit respecter les critères minimum mais ce n est pas toujours l assurance d un béton résistant aux sels de déverglaçage Les prescriptions minimales reprises dans les CCT assurent la bonne résistance des bétons 43

Différence béton BENOR et béton routier suivant les Cahiers des Charges Type BENOR EE4 Béton CCT Domaine d application Béton armé Dmax 31,5 mm Dmax 6 mm Type de béton T(0,45) T(0,45)A E/C 0,45 0,45 0,50 à 0,45 0,50 à 0,45 Teneur en ciment (kg/m³) 340 340 350 à 400 375 à 425 Classe de résistance C35/45 C30/37 Teneur en air béton frais (à spécifier pour BENOR) Classe d absorption d eau (à spécifier pour BENOR) Perte de masse après 30 cycles - 4% (Dmax 31,5 mm) 5% (Dmax 16 mm) 6% (Dmax 10 mm) WAI (0,45) WAI (0,45)A W i 6,5% W m 6,0% - 5% W i 7,0% W m 6,5% - - 20 g/dm² of 10 g/dm² of 5 g/dm² 44

Conclusions réduire les dégradations CCT (E E/C) Teneur en sable 0/2 limitée Teneur en eau limitée à ± 180 l/m³ Teneur en air béton frais 4 % Si pigments: réduction de l ouvrabilité compensée avec plastifiants, pas d ajout en eau Bétonnage protection Bétonnage manuel: protéger à l aide d un produit d imprégnation Contrôle et certification