ETUDE EXPERIMENTALE DE L ABSORPTION CAPILLAIRE DES BETONS AUTO-PLAÇANTS FERHANI Kamel 1, CHERAIT Yacine 2 1 Doctoant/Post Gaduant, Laboatoie LGCH, Univesité de Guelma, fe23000@gmail.com 2 Maîte de Conféences, Laboatoie LGCH, Univesité de Guelma, yacheait@yahoo.f Résumé : Pou les ouvages appelés à subi des actions agessives, l impotance de la poosité inteconnectée du béton est vitale. En effet, il est admis que la duabilité des bétons découle souvent de la qualité de la couche d enobage des amatues. Le tavail poposé étudie expéimentalement un des facteus de duabilité qu est l absoptivité pou le cas des bétons auto-plaçant. Les ésultats des essais effectués su des épouvettes cylindiques montent que les BAP, malgé leu tès gande fluidité, pésente un compotement analogue aux bétons vibés vis-à-vis du phénomène de l absoption d eau monodiectionnelle. Ces mêmes ésultats endent compte des effets de la cue su la éduction du ayon moyen des plus gos capillaies. Enfin une compagne d essais de poosité accessible conduite selon la nome ASTM C642 monte que les bétons auto-plaçant pésentent une micostuctue compaable à celles des bétons taditionnels. Mots - Clés : Béton - auto-plaçant Absoption- capillaie Poosité Duabilité 1. INTRODUCTION L absoption d eau à l intéieu du béton sec est connue pou dépende de deux paamètes à savoi la poosité effective du béton et la vitesse d absoption pa emontée capillaie (absoptivité). La poosité inteconnectée joue ainsi un ôle pimodial dans la duabilité des ouvages en béton. En patique, l absoption se mesue en faisant séche une épouvette de béton, à masse constante, puis en l immegeant dans l eau et en mesuant l augmentation de sa masse. Une aute méthode pou évalue l absoption d eau consiste à mesue le taux d absoption d eau pa succion capillaie à l intéieu d une épouvette de béton. Cet essai pemet d expime la vitesse d absoption pa emontée capillaie. Dans note tavail, nous allons mesue expéimentalement l absoption capillaie monodiectionnelle de deux bétons autoplaçants, fomulés à pati de constituants égionaux. 2. PRESENTATION DU PHENOMENE DE L ABSORPTION CAPILLAIRE Ce phénomène a fait l objet de modèles su moties, quelquefois su bétons, mais sutout su matéiaux à stuctue poeuse non évolutive (tees cuites). Hall [1] popose une modélisation du phénomène d absoption d eau des moties et des bétons sous la fome d une elation linéaie ente la masse d eau absobée et la acine caée du temps (1). Chaque matéiau est alos caactéisé pa la pente de cette doite désignée pa le teme absoptivité. M = S ( t) 1 2 (1) Ce modèle a été epis et développé dans le cade des essais menés su des bétons. Pou ce matéiau, Shonlin et Hilsdof [2] poposent de elie la quantité d eau absobée au temps pa une expession de la (2) Rabat Maoc / 23-25 Novembe 2011 1
fome W = W ( ) n 1 t où w est la quantité d eau absobée au temps t, w 1 est la quantité d eau absobée au bout d une heue et n est l exposant fonction des caactéistiques d absoption du béton étudié. Dans le cas des tees cuites une elation du type v = k 5 2 ( ) 1 2 1 t (3) peut ête établie, où k 1 caactéise le liquide intestitiel pa sa viscosité, sa tension supeficielle et son angle de accodement. Cette elation monte qu à un instant t, le volume d eau absobé est lié au ayon moyen des capillaies à la puissance 5/2. Il est facile d en déduie que la quantité d eau absobée initialement est fotement conditionnée pa la épatition poométique dans le domaine des gos poes. Toutes choses égales pa ailleus, l examen des coubes d absoption d eau pemet donc de classe les matéiaux en fonction de la taille moyenne des plus gos capillaies. Toutefois, la loi poposée pa Gandet et Thcnoz [3] admet une limite dans le temps. L'absoption capillaie s'aête losque la pession motice est équilibée pa le poids de la colonne d'eau. D'apès la loi de Juin, la pession motice maximale est expimée soue la fome : 2T cos( θ ) Pmax = = πh (4) Avec = ayon du capillaie, T = tension supeficielle, hauteu d'ascension maximale, π c = poids volumique de l'eau θ= angle de accodement. Ainsi 2T cosθ (5) π c Pou un liquide donné K 2 (6) Cette elation est donnée pa le Comité Euopéen du Béton [4] où : 15 [ mm] (7) L'ascension de l'eau dans un capillaie est donc limita à cette hauteu. La hauteu d'eau absobée dans un capillaie est définie pa la elation suivante : k1 1 2 1 2 t (8) π 1 2 1 2 K (9) Le ésultat monte qu'au bout d'un temps t 1, des capillaies de ayon > 1 n absobent plus d'eau et la hauteu d'ascension capillaie atteint la valeu maximale. Au bout d'un temps t 2 = t 1 + t, les capillaies de ayon supéieu à 2 ( 2 < 1 ) ne sont atteints pa le pocessus d'absoption d'eau. Si on tient de cette modélisation, on constate que le emplissage d'un capillaie est d'autant plus apide que son diamète est impotant. A cet égad, un calcul apide monte qu'au bout d'une heue les capillaies de ayon supéieu à 10 µm ne sont plus intéessés pa le pocessus d'absoption d'eau. 3. MESURES DE L ABSORPTION DES BAP 3.1 Matéiaux utilisés Les deux bétons utilisés sont élaboés à base d un ciment CPJ-CEM II/A 42,5, d un gavie concassé de diamète maximal 12,5mm, d un sable oulé détendue (0/5) mm, d une addition calcaie povenant de la caièe d Ain Touta (Wilaya de Batna) et d un adjuvant supe plastifiant éducteu d eau, commecialisé sous le nom de Medafluid SFR-122. Les deux BAP ont été fomulés confomément aux ecommandations de l Agence Fançaise de Génie Civil et 1 t Rabat Maoc / 23-25 Novembe 2011 2
dosés espectivement à 350 Kg (BAP350) et 400 Kg (BAP400) de ciment. L ajout cimentaie a été dosé de manièe telle que le volume en liants équivalents soit poche pou les deux fomulations [5]. Les dosages des difféents constituants des bétons testés sont donnés dans le tableau suivant : Désignation des bétons Tableau 1: Compositions des bétons étudiés Ciment Eau Sable Gavie CPJ-CEMII/A 42,5 0/5 5/12,5 Adjuvant Fille calcaie BAP350 350 210 880 790 8,5 130 BAP400 400 205 810 800 10 100 Pou l étude des popiétés des bétons à l état fais, nous avons utilisé les quate essais ecommandés pa l Association Fançaise de Génie Civil, à savoi : étalement au cône, écoulement à la boîte en L, V- funnel et stabilité au tamis. Les ésultats obtenus sont epotés dans le tableau 2. Tableau 2 : Résultats des essais à l état fais su les BAP Essais BAP350 BAP400 Valeus cibles selon l AFGC Etalement au cône (cm) 66 68 Ente 60 et 75cm Boite en L 0,88 0,84 Supéieue à 0,8 V-Funnel (secondes) 11 10 Ente 8 et 14 secondes Stabilité au tamis (%) 8,1 10,2 Ente 0 et 15% À la lumièe de ces ésultats, plusieus obsevations peuvent ête faites : Les étalements moyens des BAP sont compis ente 66 et 68cm. Ceci qui épondent aux exigences du cahie des chages, Su la ségégation dynamique des BAP, l essai de la boîte en L est exploité au taves du taux de emplissage (appot des hauteus de béton en fond et en début de boîte), qui doit en pincipe ête supéieu à 0,8. Les deux BAP espectent cette condition, Les BAP ont un taux de ségégation inféieu à 15%, synonyme d une stabilité coecte, Su l auéole de laitance des BAP et pou les compositions de BAP, l auéole de laitance à la péiphéie des galettes de béton était absente ou tès faible (de 1 à 2 millimètes). De plus, les gos ganulats ont toujous été entaînés coectement pa la matice cimentaie et ne sont pas à l état duci. On s est limité uniquement à la détemination de la ésistance en compession. Les échantillons utilisés sont des épouvettes cylindiques (16x32) cm². La pesse utilisée d'une capacité maximale de 3000 KN est assevie en foce. Les ésultats des essais d écasement à 28 jous sont epotés dans le tableau 3. Tableau 3: Résistances en compession des compositions utilisées. Résistance moyenne à la compession (MPa) Natue du béton BAP 350 22 BAP400 22,9 3.2. Confection des épouvettes Les échantillons testés sont des cylindiques de 12cm de diamète et de 10cm de hauteu. 3.3. Cue des bétons Apès un démoulage à 24 heues, cetaines épouvettes ont été consevées dans l'eau jusqu'à 3 ou 28 jous. Les échantillons sont ensuite placés dans un endoit clos à l abi des intempéies, jusqu'au moment de l'essai. Cette pocédue pemet d étudie les effets de la cue su le phénomène de l absoption capillaie des BAP. 3.4 Dispositif d essais utilisé pou la mesue de l absoption Les essais d absoption d eau pa capillaité ont été éalisés à tempéatue ambiante su des épouvettes péalablement conditionnée pa un étuvage à 80 C (pocédue AFREM). Les faces latéales ont été ecouvetes d'une couche de paaffine étanche qui foce l'eau à adopte un cheminement uni-axial et évite toute évapoation pa ces mêmes faces. En temes de pocédue, nous Rabat Maoc / 23-25 Novembe 2011 3
avons immegés les épouvettes dans un bain de paaffine péalablement chauffé à une tempéatue de 58 C. La méthode utilisée pou détemine l absoption capillaie monodiectionnelle consiste à placés les épouvettes au contact d'une nappe d'eau libe de 1cm de hauteu maintenue à niveau constant. Cette technique a été adoptée pa de nombeux auteus, notamment HALL C. et al [6] et PRAZAK Jet al [7]. La masse d'eau absobée est déteminée pa pesées successives des échantillons. La seule pécaution à pende consiste, avant chaque pesée et à l'aide d'un papie absobant ou d un chiffon sec, à élimine la pellicule d'eau etenue à la face inféieue de l'échantillon. Au cous de l essai d absoption, seule la quantité d eau globale ayant pénété dans l échantillon est mesuée et non la hauteu maximale atteinte pa le liquide. 3.5. Résultats expéimentaux Les essais ont des duées de plus de 65 heues. La féquence de mesues est plus élevée pendant la pemièe heue ou l absoption d eau est la plus impotante et les cinétiques d'absoption sont pésentées pa les vaiations de quantité d eau absobée et de la acine caée du temps. Les figues 1 et 2 pésentent les cinétiques d'absoption d'eau pou les BAP étudiés. Masse absobée (kg/m 2 ) 227,0 226,5 226,0 225,5 225,0 224,5 224,0 223,5 223,0 222,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 t en Fig.1 : Absoption capillaie du BAP350 h La pente décoissante indique qu'au fu et à mesue de l'essai, ce sont des capillaies de plus en plus fins qui sont intéessés pa le pocessus d'absoption d'eau [8]. On constate en pemie lieu qu une gande patie de l eau absobée se fait au bout d une heue et la seconde patie des coubes illuste le emplissage des capillaies de diamètes plus fins. Ainsi la vitesse d absoption capillaie est plus faible d où ces pentes plus aides. Pou la caactéisation de la duabilité, l'élément pédominant este bien entendu l'absoption initiale epésentative des plus gos capillaies. On constate également que le BAP400 pésente une absoption capillaie plus faible que celle du BAP350 (tableau 4). Cet écat s explique pa le fait que le BAP400 pésente un appot (Eau/liant équivalent) plus faible : 0,41, conte 0,438 pou le BAP350. Masse absobée (kg/m 2 ) 225,25 225,00 224,75 224,50 224,25 224,00 223,75 223,50 223,25 223,00 222,75 222,50 222,25 222,00 221,75 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 t en Fig.2 : Absoption capillaie du BAP400 h Tableau 4: Valeus du coefficient d absoption à 24 heues des bétons. 2 Coefficient d absoption C ( g m ) BAP350 2212 BAP400 1504 3.5.1. Influence de la cue L essai d'absoption d'eau pemet de mette en évidence l'effet bénéfique de la cue des BAP. La polongation de celle-ci diminue les quantités d'eau absobées. La cue favoise l hydatation qui a pou effet de colmate les capillaies existants. La polongation de la cue de 3 à 28 jous divise patiquement pa deux l'absoption initiale comme le monte claiement les ésultats du tableau 5. Tableau 5: Masse d eau absobée au bout de 65 heues. Masse d eau absobée (g) ab Rabat Maoc / 23-25 Novembe 2011 4
Béton Sans cue Cué pendant 3 jous Cué pendant 28 jous BAP350 31 21 15 BAP400 22 17 14 D un point de vue patique, un BAP cué pendant 3 jous et dosé à 350 kg de ciment, pa exemple, aua des gos capillaies de diamète patiquement identique à ceux d un BAP dosé à 400 kg de ciment mais qui n a pas subit de cue. Pa ailleus, nous avons également constatés que la cue du béton n influe pas su le pocessus de la cinétique de l absoption capillaie comme l attestent les figues 3 et 4 qui schématisent les cinétiques des BAP sans.. et cués pendant espectivement 3 et 28 jous. Figue 3 : Absoption capillaie du BAP350 Figue 4 : Absoption capillaie du BAP400 4. CONCLUSION Cette compagne d essais à pemis d obteni des mesues de capillaité de deux bétons autoplaçants élaboés entièement pa des constituants locaux. Les ésultats obtenus montent que les masses absobées pa ces bétons sont de même ode de gandeu que celles poposées pa la littéatue su les bétons taditionnels. Ainsi, malgé leu gande fluidité, des BAP bien fomulés, pésentent une poosité inteconnecté accessible faible, d où une bonne qualité de leu couche d enobage. 5. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES [1] HALL.C et al: (1989) «Wate soptivity of motas concetes: a eview.mag. Conc.Res 41(147) 51-61 [2] Shonlin. K, and Hilsdof, H. K, June 1989«The potential duability of concete», in poceedings of the Euopean Rendy mixed concete Oganisation Congess ERMCO 89. The Noway to concete, Stavange, Oslo (Fabeko, Noway 1989). [3] Gandet, J et Thenoz, B. (1973)«Ciculation de l eau ente les pâtes de moties non ducies et un matéiau poeaux en contact», Rev, Techn. indust Tee cuite N 59 (2 31). [4] Comité Euo-Intenational du béton (CEB). «Duable concete stuctues», 2end Edn (1989). [5] Fehani. K, Janvie 2010.«Etude expéimentale de l absoption capillaie des bétons auto-plaçants», thèse de Magiste, Univesité de Guelma,. [6] HALL.C et al: 1986,«Wate movement in poous building mateials». The soptivity of motas. Building and envionment. Vol.21, N 2, PP113-118,. [7] PRAZAK J. and P.LUND: 1992, Capillay suction on AAC. Advances in Autoclaved Aeated Concete. Edition wittman Balkema. Rettedam, ISBN 9054100869, PP119-129,. [8] BALAYSSAC.J.P, DETRICHE.H, GRANDET.J, 1993«Intéêt de l essai d absoption d eau pou la caactéisation du béton d enobage».mateials and stuctues,, pp226-230. Rabat Maoc / 23-25 Novembe 2011 5