MINISTËRÉ DE L'AMËNAGEMENT DU TERRITOIRE

DE L'ËQUIPEMENT H QES TRANSPORTS

LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSËES

· Rapport de recherche N° 37

Etude expérimentale

·de la mise en .place du béton frais

R. LESAGE

Juin 1974

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Etude expérimentale

de la mise en place du béton frais

R. LESAGE Docteur d'Université

Département des Bétons et Métaux Laboratoire central des Ponts et Chaussées

Le chapitre 3 a été rédigé en collaboration avec S. GUEDES, Ingénieur géologue

Institut de Recherche Technologique de Sâo Paulo (Brésil)

stagiaire au LCPC

Cette étude, effectuée au Département des Bétons et Métaux du Laboratoire central des Ponts et Chaussées, a fait l'objet d'une thèse en vue de l'obtention du diplôme de Docteur d'Université (mention Sciences), thèse soutenue en décembre 197'3 devant la Commission d'examen présidée par le Professeur Siestrunck, de l'Université

de Paris VI.

Sommaire

Résumé en français

Introduction

Chapitre

Chapitre 2

Chapitre 3

Chapitre 4

le maniabilimètre lCl

Facilité de mise en place et qualité du béton frais après mise en place

Facilité de mise en place optimale et qualité optimale du béton après mise en place

Le mode de mise en place et la qualité du béton après mise en place

Conclusions générales

Bibliographie

Annexes

Résumé en anglais, allemand, espagnol et russe

Table des matières

5

7

10

31

47

77

94

96

99

121

125

MINISTÈRE DE L'AMÉNAGEMENT DU TERRITOIRE, DE L'ÉQUIPEMENT ET DES TRANSPORTS

LABO RA TOI RE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSÉES - 58, boulevard Lefebvre - 75732 PARIS CEDEX 15

JUIN 1974

résumé

Nos lecteurs étrangers trouveront ce résumé traduit en anglais, allemand, espagnol et russe en fin de rapport. Our readers will .find this abstract at the end of the report. Unsere Leser jinden diese .<:,usammenfassung am Ende des Berichtes. Nuestros lectores hallaràn este resumen al .final del informe. Pyccrmil mewcm aHHomaquu noM.eU{eH e rtoHqe oml/ema.

Étude expérimentale de la mise en place du béton frais

Le procédé de mise en place choisi pour l'étude a été le maniabilîmètre LCL; une étude préliminaire montre en effet :

que le comportement du béton dans le maniabilimètre imite bien celui observé sous l'action des procédés habituels (tassement et écoulement du béton sous l'action de la vibration) ;

- que la reproductibilité des résultats est satisfaisante.

Deux critères de jugement de la mise en place ont été définis :

- la facilité de mise en place : logarithme de la durée de l'écoulement de l'échantillon de béton sous vibration dans le maniabilimètre LCL ;

- la qualité du béton après mise en place : porosité de l'échantillon immédiatement après rem­plissage du moule du maniabilimètre.

La première partie de l'étude a été effectuée sur un micro-béton (sables 0/3 et 3/6). Ses résultats montrent qu'il existe un domaine de dosages en ciment dans lequel :

- la relation entre la facilité de mise en place et la qualité du béton frais après mise en place est bi-univoque ;

- le dosage en eau et la porosité du béton sont minimaux, à facilité de mise en place donnée;

- les proportions relatives des constituants solides du mélange qui sont optimales du point de vue de la facilité de mise en place sont également optimales du point de vue de la qualité du béton après mise en place. Elles sont indépendantes du dosage en eau et de l'énergie de mise en place.

Lorsqu'on fait varier seulement le dosage en eau, on observe qu'au-dessous d'une certaine v~~eur de la durée de l'écoulement, tout se passe comme si la totalité de l'eau de gâchage n'était pas utilisée pour faciliter la mise en place. Ce phénomène est nuisible puisqu'il entraîne une augmentation du dosage en eau, à facilité de mise en place donnée. Cette valeur-seuil de la durée de l'écoulement peut constituer un critère de choix des sables à béton et des additifs de correction tels que les cendres volantes.

En deuxième partie d'étude, des modes de mise en place courants (aiguilles et tables vibrantes) o~t été comparés au maniabilimètre LCL. Pour cette partie, plusieurs types de bétons ont été soumis aux essais, la nature des constituants de ces bétons étant très diverse. On a pu constater qu'à tout mode de mise en place, on peut faire correspondre une durée d'écoulement pour laquelle la porosité du béton après mise en place est minimale; au-delà de ce «temps d'écoulement critique))' le béton se met mal en place. Le temps d'écoulement critique ne dépend, approximativement, que de l'énergie de mise en place. On peut donc affecter un temps d'écoulement critique à chaque mode d~ mise en place de chantier. L'échelle ainsi constituée permet, dans chaque cas d'espèce, de détermmer com­modément le dosage en eau du béton destiné à un ouvrage. On peut également fabriquer les ép~ou­vettes en laboratoire par un procédé dont le temps d'écoulement critique est le même que celm du chantier considéré. Ce cette manière, on rend plus comparables le béton des éprouvettes et le béton de l'ouvrage.

MOTS CLÉS: 32. Thèse - Mise en œuvre Béton frais - Maniabilité - Appareil de mesure Tassement - Ecoulement -Vibration - Porosité - Micro-sable - Dosage (mélange) - Ciment -Eau - Eprouvette - In Situ / Maniabilimètre LPC (93).

5

INTRODUCTION

La mise en place du béton est l'opération de remplissage des moules ou cof­frages dont la forme intérieure reproduit celle des pièces ou parties d'ouvrage que l'on veut réaliser. C'est une opération importante puisque, pour que le béton de l'ouvrage présente après durcissement la résistance requise, prévue par l'étude en laboratoire, il faut que la mise en place du béton dans les coffrages soit aussi bonne que le compactage des éprouvettes au laboratoire. Mais les coffrages ont une f · ~ · plv~ l' ~ 11 d 1 ' ~ b ~ orme interieure comp iquee que ce e es mou es a eprouvettes et sont encom res par les armatures. Tant que la mise en place a été manuelle, cette différence dans les conditions de mise en place pouvait être considérée comme compensée par une dif­férence de durée de l'opération, la généralisation de la vibration l'a aggravée du fait du caractèreJartisanal au laboratoire, industriel au chantier, de l'emploi de la vibration. Comme il était impossible de calculer l'énergie utile transmise au béton par tel ou tel mode de mise en place dans telles ou telles conditions, on a imaginé des appareils de laboratoire imitant la mise en place sur chantier et dont les indications empiriques caractérisent l'aptitude du béton à être mis en place correctement suivant tel mode et dans telles conditions.

Le maniabilimètre LCL est un de ces appareils ; destiné à l'origine au con­trôle du dosage en eau des bétons routiers, alors secs et fortement dosés en gros granulats, il nous a permis d'accumuler un grand nombre de résultats qui sont à l'origine de l'élaboration d'une méthode de composition. Ces résultats provenaient généralement d'études particulières sans lien entre elles ; nous avons voµlu aller plus loin et, pour cette étude d'ensemble, nous avons considéré le maniabilimètre comme un "mini-chantier" dans lequel mode et conditions de mise en place seraient reproductibles. L'étude de l'appareil (Chapitre l) montre que, si la durée de l'é­coulement n'est pas trop grande, il en est bien ainsi.

Dans le maniabilimètre, l'échantillon de béton subit une premiere mise en place (remplissage du moule), puis s'écoule sous vibration. On a choisi la poro­sité du béton après remplissage du moule comme critère de qualité du béton après mise en place, et la durée de l'écoulement comme critère de facilité de mise en place . Au Chapitre 2, on étudie la relation entre ces deux critères et on montre que, dans un certain domaine de dosages en ciment, cette relation reste la même, que ce soit les dosages en granulats ou le dosage en eau que l'on fasse varier • On savait déjà qu'il existe une composition optimale du béton, du point de vue de la porosité du béton après mise en place, les résultats expérimentaux présentés au Chapitre 3 permettent de voir qu'il existe également une composition optimale du point de vue de la facilité de mise en place et que ces compositions optimales coïncident, dans le domaine de dosages en ciment mentionné plus haut . Enfin, dans le Chapitre 4, nous comparons à notre mode de mise en place d'étude quelques modes de mise en place de laboratoire, parmi lesquels les modes normalisés ; les résul­tats obtenus nous permettent de faire correspondre un temps d'écoulement au mania­bilimètre LCL ~ chaque mode et conditions de mise en place étudiés, cette corres­pondance étant indépendante de la nature des constituants du béton .

7

Définitions et notations utilisées dans le texte

- POUR LES CONSTITUANTS DU BETON

- Porosité d'un granulat. C'est le rapport du volume des vides à l'intérieur des grains au volume absolu de ces grains. On la détermine en mesurant la quantité d'eau absorbée par un échantillon préalablement desséché jusqu'à poids constant et soumis ensuite à une saturation sous vide ; cette quantité est rapportée au volume absolu de l'échantillon sec.

2 - POUR UNE GACHEE

- Dosage en constituant. C'est le volume absolu de ce constituant dans la gâchée, rapporté à la somme des volumes absolus de tous les constituants de la gâchée. On le désigne par une lettre minuscule soulignée afin de distinguer le dosage d'une teneur (nous définirons ce terme plus loin) :

~· ~· ~et e sont les dosages en ciment, sable, gravillon et eau, et

Dans la pratique courante, on utilise le dosage en poids, obtenu en multi­pliant le dosage volumique par la masse volumique du constituant considéré, et noté par une majuscule soulignée, par exemple : f, .§_, Q, !·

Dans le présent texte, pour les constituants solides, on a utilisé :

c/(cfs+g) : rapport du volume absolu de ciment au volume absolu des cons­tituants solides ;

s/(s+g) rapport du volume absolu de sable au volume absolu des consti­tuants inertes.

- Dosage en eau critique e . Dosage en eau pour lequel le béton présente la poro­sité minimale après mise ëii place suivant un mode et dans des conditions données.

3 - POUR LA MISE EN OEUVRE

- La mise en oeuvre est l'ensemble des opérations depuis le pesage des constituants d'une gâchée jusqu'à la fin de la mise en place de cette gâchée.

8

- La mise en place est 1 1 opération de remplissage des moules ou des coffrages ; elle est caractérisée par le mode de mise en place, appareillage employé et durée d'ap­plication, et par les conditions de mise en place, forme et dimensions du moule, présence d'une armature et disposition de celle-ci, diamètre de canalisation en cas de pompage, etc ...

Lors de la mise en place dans le maniabilimètre LCL :

t est la durée de l'écoulement jusqu'au pied de la plaque d'extrêmité suppor-o .

tant le vibrateur,

test la durée de l'écoulement jusqu'au repère, mesurées dans les conditions du mode opératoire BF.M-1 ;

t et t sont respectivement les durées d'écoulement jusqu'au pied de la plaque OV V

d'extrêmité supportant le vibrateur et jusqu'au repère, mesurées dans les condi­tions de l'autre processus opératoire appliqué pour l'étude ;

lgt et lgt, logarithmes des temps d'écoulement du béton suivant l'un et l'autre procédé, cXractérisent conventionnellement la facilité de mise en place

te, le temps d'écoulement critique est le temps d'écoulement du béton dont le dosage en eau est le dosage en eau critique.

4 - POUR LE EETOJ.; APRES hISE i:<,N PLACE

- La compacité du béton, notée y est le rapport de la masse volumique du béton frais, immédiatement après mise en place, à la masse volumique qu'il aurait, s'il ne contenait aucun vide résiduel :

d 1 - V y C + S + G + E

d étant la masse volumique du béton frais après mise en place et v la teneur en vides résiduels du béton.

- La teneur en un constituant donné est le produit du dosage de ce constituant par la compacité, par exemple, la teneur en eau : e = e x y.

- La porosité du béton est la somme des teneurs en eau et en vides du béton, elle est désignée dans le texte par (e+v) et elle caractérise conventionnellement Za qualité du béton après mise en place

- la porosité minimale, (e+v) . est la porosité après mise en place du béton dont le dosage en eau et le temps ~~~coulement sont respectivement le dosage en eau critique et le temps d'écoulement critique.

5 - NOTATIONS RELATIVES AUX SUSPENSIONS

• d m

volume de particules solides d'une suspension volume de liquide d'une suspension

concentration en solide d'une suspension : ~=V /(V 0 +V) ; s X, s : viscosité relative, rapport de la viscosité de la suspension à la

viscosité du liquide seul ; diamètre modal d'un filler, diamètre le plus fréquent de la courbe de répartition par classe granulaire.

9

CHAP.ITR E 1

Le maniabilimètre LCL

Habituellement, le maniabilimètre est utilisé au laboratoire comme appareil d'étude et de contrôle. Dans cette optique, l'étude de l'appareil se ramène à l'é­tude de ses caractéristiques de sensibilité, fidélité, reproductibilité. C'est en effet à partir de ces caractéristiques que l'on pourra déterminer la signification (au sens statistique) des mesures.

On avait déjà observé que les phénomènes de tassement et d'écoulement du béton sous vibration dans le maniabilimètre sont très analogues à ceux qui se pro­duisent dans les coffrages, sur chantier.

Il nous a donc semblé intéressant de compléter l'étude métrologique du maniabilimètre par l'étude du champ de vibration qui provoque l'écoulement dans le moule et par l'observation du comportement du béton pendant l'écoulement. C'est cet ensemble d'études qui est présenté dans le présent chapitre.

1.1. DESCRIPTION DU MANIABILIMETRE LCL ET DE SON MODE OPERATOIRE.

1.1.l. L'appareil

Il a été conçu en 1958.

Le maniabilimètre LCL existe en deux versions

- maniabilimètre à béton (granulats de dimension inférieure à 50 mm O ) , - maniabilimètre à mortier, utilisable pour les mortiers et microbétons (granulats de dimension inférieure à 15 mm[J ).

Les appareils sont décrits en détails dans le Mode Opératoire BF.M-1 : "Mesure du temps d'écoulement des bétons au maniabilimètre LCL" [1]. * Les schémas cotés des appareils sont représentés sur les figures 1 et 2.

Les chiffres entre crochets renvoient aux références bibliographiques en fin de texte.

10

600

Cloison amovibl<! (3&0

)

MoUI<!

l .;'.~~

' .1 / /

Fig. 1 - Schéma du maniabilimètre à béton.

11

COTES en mm

1 1 1 1 .,. 1 1 1

amovibkl (38)

G1iuioflll

Fig. 2 - Schéma du maniabi li mètre à mortier.

12

148

_____ J_ ___ :

COTES •n mm

1.1.2. Le Mode Opératoire

Il a été approuvé par la circulaire Ministérielle n°72.213 du 20 Décembre 1972. Les phases successives de l'essai sont schématisées sur la figure 3.

© Fig. 3 - Phases successives de l'essai

Remplissage du moule à la pelle.

2 - Arasage du moule à la règle.

3 - Enlèvement de la cloison de séparation, le vibrateur se met en rotation, on déclenche le chronomètre.

4 - Le béton atteint le repère gravé dans la plaque d'extrémité : fin de l'essai, on arrête le chronomètre.

13

1.1 .3. Caractéristiques expérimentales du maniabilimètre LCL.

L'étude de la sensibilité et de la fidélité des maniabilimètres LCL à béton et à mortier a déjà été publiée [2, 3] . D'après les résultats de cette étude, la sensibilité des deux appareils est suffisante pour que l'on puisse détecter une variation du dosage en eau d'un béton de l'ordre de 2 litres par mètre cube* (environ 1% du dosage en eau des bétons d'ouvrages d'art) ; l'écart-type trouvé pour une série de dix mesures de temps d'écoulement d'un matériau-étalon (sable "normal" défini par la norme NF PIS-403, mouillé à 2% d'eau en poids) est de l'ordre de une seconde pour le maniabilimètre à béton et de une demi-seconde pour le maniabilimètre à mortier ; l'écart-type de la population des moyennes de séries de mesures faites à intervalles de temps de un an est de 0,5 secondes pour le ma­niabilimètre à béton et statistiquement nul pour le maniabilimètre à mortier.

Pour permettre de comparer les résultats des mesures d'un appareil à l'autre, les maniabilimètres sont étalonnés [4,5] :

les maniabilimètres à béton, par rapport à un maniabilimètre-étalon les maniabilimètres à mortier, avec un matériau-étalon.

1.2. ETUDE DU CHAMP DE VIBRATION DANS LE MOULE DU MANIABILIMETRE LCL.

1.2.1. Moule vide

1.2.1.1. Aperçu d'ensemble

Il est présenté en [~ pour le maniabilimètre à béton et en [3] pour le maniabilimètre à mortier. D'après les résultats des mesures faites avec un accélé­romètre en différents points des moules étudiés, on a pu observer que :

- la répartition de l'accélération de la vibration est très analogue dans les moules des deux types d'appareil ;

- dans chaque moule, la fréquence de vibration est la même en tous les points

- les valeurs d'accélération, mesurées sur les faces latérales du moule, perpen­diculairement au sens de l'écoulement, sont très faibles (de l'ordre de 1 à 2% des valeurs trouvées sur les plaques d'extrêmité, dans le sens de l'écoulement)

- mesurée verticalement sur l'axe longitudinal de la plaque de fond de moule, l'accélération varie suivant la distance à la plaque d'extrémité côté vibrateur elle est maximale à proximité de cette plaque, diminue et devient nulle vers les 3/5 de la longueur de la plaque de fond de moule ; elle augmente ensuite pour atteindre une valeur environ moitié de la valeur maximale vers l'extrémité opposée au vibrateur.

Cette constatation résulte de l'étude de la relation entre le temps d'écoule­ment et le dosage en eau pour un béton courant d'ouvrage d'art (maniabilimètre à béton) ou pour un matériau-étalon inerte (maniabilimètre à mortier).

14

Pendant l'écoulement, la vibration est transmise au béton essentiellement par la plaque de fond de moule ; il est donc intéressant d'étudier particulièrement le mouvement de cette plaque, c'est le but de l'expérimentation décrite ci-après.

1.2.1.2. Etude du mouvement de la plaque de fond de moule (cas du maniabilimètre à béton).

Le long de l'axe longitudinal de la plaque de fond de moule, on a collé quatre accéléromètres.

Les quatre points de mesure, numérotés de 1 à 4 étaient distants respecti­vement de 12 cm, 24 cm, 36 cm et 48 cm de l'extrêmité côté vibrateur. Les quatre accéléromètres ont été collés soit tous horizontalement (mesures suiyant la compo­sante horizontale de vibration), soit tous verticalement (mesures suivant la composante verticale). Les indications de chaque accéléromètre ont été enregistrées simultanément sur une même bande de papier photo-sensible. Les mesures n'ont été

faites que sur la plaque de fond de moule du maniabilimètre à béton pour des rai­sons de dimension des accéléromètres.

A partir des enregistrements obtenus et dont un exemple est présenté sur la figure 4, on a déterminé graphiquement la fréquence et l'accélération maximale des composantes horizontale et verticale de la vibration ; ces résultats, pour chaque point de mesure, sont présentés dans le tableau I.

Dans ce même tableau, on a indiqué la phase de la vibration par rapport à la vibration au point 1, prise comme référence. L'amplitude de vibration donnée

'"' ... ... 0

0

' -

" I '

' , " "1 f\ " " , I f 1 , I ,

I I I I I I I I I

' \ \ 1 \ \

j •

j j ' I I I I I 0

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I , I I I

\il \11 \} \ J \ J \} "' - - ~ -: 0,02 secon duj ~ Il>-:

- temps, secondes

1

Fig. 4 - Exemple d'enregistrement de l'accélération de la vibration

en un point de la plaque de fond de moule du maniabilimètre à béton.

dans le tableau de résultats pour chaque point de mesure est approximative et n'a qu'une valeur indicative. En effet, l'amplitude n'est calculable que si la vibra­tion est sinusoidale, condition difficile à vérifier à partir des enregistrements, parce que la forme du signal enregistré est altérée par l'appareillage : par exemple, dans le cas de notre expérimentation, la forme de la courbe suivant une composante est altérée par l'influence sur l'accéléromètre de la composante per­pendiculaire.

15

Point

de

mesure

1

2

3

4

TABLEAU I

Fréquence, accélération, amplitude et phase des composantes horizontale et verticale de la vibration en 4 points suivant l'axe longitudinal de la plaque de fond de moule du maniabilimètre à béton.

Composante

horizontale verticale Fréquence Accél. Ampl. Phase Fréquence Accél. Ampl'

hz g mm hz O' mm 0

47,8 2,85 0,31 référence 47,8 3 0,32 Il 2,60 0,28 en phase If 1 '2 O, 13 Il 2,65 0,29 en phase " 0,3 0,03

Il 2,55 0,27 en phase " 1'45 0' 16

Phase

référence

en phase

non discer-nable

en oppo-sition

Le point n°1 est à 12 cm de 1 1 extrêmité côté vibrateur. Les points sont espacés de 12 cm.

D'après ce tableau, on peut observer que :

horizontalement, il n'y a pas de différence de phase entre les signaux enregis­trés ; en outre, les différences entre les valeurs d'accélération déterminées gra­phiquement ne sont passignificatives, compte-tenu des erreurs expérimentales

- verticalement, il y a opposition de phase entre le mouvement du point 4 et celui des points 1 et 2 ; la variation de l'accélération le long de l'axe longitudinal de la plaque de fond est sensiblement linéaire (fig, 5).

Le mouvement de la plaque de fond est donc :

- horizontalement, un mouvement rectiligne alternatif ; verticalement, un basculement autour d'un axe horizontal perpendiculaire à l'axe

longitudinal de la plaque de fond et situé à proximité du point n°3.

1.2.2. Moule contenant un échantillon de béton

1.2.2.1. Aperçu d'ensemble

D'après [2], la seule modification du champ de vibration résultant de la présence du béton dans le moule est une modification de la répartition de l'accé­lération de la vibration le long de la plaque de fond de moule. Toutefois, lors de cette expérimentation, l'accélération de la vibration n'a été mesurée que sui­vant la composante verticale. Le dispositif décrit au paragraphe précédent a permis de reprendre plus complètement l'étude du mouvement de la plaque de fond

16

de moule du maniabilimètre LCL à béton lorsque le moule contient un échantillon de béton.

1.2.2.2. Mouvement de la plaque de fond de moule

Le dispositif expérimental a été celui décrit au paragraphe 1 .2.l .2, les mesures ont été faites au début et à la fin de l'écoulement du béton. Les résul­tats des mesures sont présentés dans les tableaux II et III.

Point

de

mesure

1

2

3

4

Point

de

mesure

1

2

3

4

TABLEAU II

Accélération et amplitude des composantes horizontale et verticale de la vibration en quatre points suivant l'axe 1ongitudinal de la plaque de fond de moule en début et fin d'écoulement du béton.

Composante

horizontale verticale

Accélération en g Amplitude mm Accélération en g Amplitude mm

début fin début fin début fin début 1 fin essai essai essai essai essai essai essai essai

2,85 2,7 0,31 0,29 2,9 2,9 0,31 0,31

2,65 2,65 0,29 0,29 1 '2 f '45 0' 13 0' 16

2,70 2,50 0,29 0,24 0,3 0,7 0,03 0' 11

2,55 2,45 0,27 0,26 1 '5 2 0' 16 0,22

La fréquence de vibration ne varie pas et est égale à 47,8 Hz.

TABLEAU III

Phase des quatre points de mesure situés sur l'axe longitudinal de la plaque de fond de moule au début et à la fin de l'écoulement du béton.

Composante

horizontale verticale phase phase

début de l'essai fin de l'essai début de l'essai fin de l'essai

référence en phase référence en phase en phase en phase en phase en phase

en phase en phase non discernable en opposition en phase en phase en opposition en opposition

17

Les résultats des tableaux I, II et III sont représentés graphiquement sur la figure 5 avec la convention suivante : lorsque la vibration en un point est en opposition de phase avec celle de même direction au point J prise comme référence, la valeur d'accélération correspondante est portée en valeur négative.

3

2

-1

-2

Accélération en g.

4

/I v

/

H -.,,..- ---

I ;x

2

~/

/ • "" <\ •

Extrem1te cote vibrat ur.

Fig. 5 - Accélération maximale de la vibration suivant l'axe longitudinal

de la plaque de fond de moule du maniabilimètre à béton

H : accélération de la composante horizontale

V : accélération de la composante verticale

moule vide et début d'essai

-----fin de l'essai

D'après les tableaux I et II et la figure 5, on peut observer que

- la fréquence de vibration est la même en tous les points du moule, que celui-ci soit vide ou contienne du béton

- horizontalement, le mouvement d'oscillation rectiligne de la plaque de fond de moule n'est pratiquement pas modifié par la présence du béton

- verticalement, l'axe du mouvement de basculement se déplace de quelques centi­mètres vers l'extrêmité côté vibrateur

- le fait que l'accélération de la composante horizontale est à peu près constante en tous les points de la plaque et que la répartition de l'accélération de la composante verticale est linéaire le long de la plaque indique que celle-ci ne se déforme probablement pas d'une façon notable pendant son oscillation.

18

Si on admet que, pendant la vibration, les autres plaques du moule ne se déforment pas non plus (ou très peu) et qu'il n'y a pas de jeu entre les plaques (les assemblages sont réalisés par boulonnage) on peut déterminer le mouvement du moule à partir du mouvement de la plaque de fond de moule. Le schéma de la figure 6 représente ce mouvement pendant une période.

r--11-1 1

I i 1 1

1 1

1 1

1 1

-- ----------- -----

-----0 O' ---Fig. 6 - Mouvement du maniabilimètre LCL pendant une période :

l'axe de basculement, situé en 0 au début de l'essai vient en O' à la fin.

Sur la figure 6, on a fait coincider le déplacement horizontal maximal vers la droite avec le déplacement maximal vers le haut de l'extrémité du moule côté vibrateur. Ce fait n'a pas pu être vérifié expérimentalement, faute d'un nombre suffisant d'accéléromètres. Cependant, on a pu observer que, lorsque le réglage du vibrateur est tel que l'amplitude de vibration est maximale, le mania­bilimètre se déplace du côté du vibrateur (vers la droite sur la figure 6). Ce phénomène peut être expliqué ainsi : le frottement entre les amortisseurs en caoutchouc et le sol est minimal lorsque l'amplitude de déplacement vers le haut de l'extrémité du moule côté vibrateur est maximale; si, à ce moment, le mouve­ment horizontal de la plaque est vers le vibrateur, le moule se déplace dans la même direction si l'amplitude de vibration est suffisante. Au cours de la demi­période suivante, le frottement est plus élevé puisque l'amplitude de déplace­ment vers le haut de l'extrémité du moule opposée au vibrateur est moitié moindre que celle côté vibrateur ; il est suffisant pour empêcher la progression du moule.

19

1.3. LES DIVERSES PHASES DE L'ECOULEMENT DU BETON DANS LE MANIABILIMETRE LCL

1.3.1. Description schématique de l'écoulement

Lorsque le vibrateur du maniabilimètre se met en rotation, on observe :

- d'abord, un tassement et, simultanément ou après un intervalle de temps très court, un allongement du talus de béton ; un front de béton glisse sur la plaque de fond de moule jusqu'à ce qu'il arrive au contact avec la plaque d'extrémité supportant le vibrateur ;

- ensuite, une augmentation de l'épaisseur de la couche de béton vers l'extrêmité du moule côté vibrateur tandis que, vers l'extrémité opposée du moule, le niveau du béton continue de baisser ; si on n'arrête pas le vibrateur lorsque le trait­repère est atteint par le niveau de béton, le mouvement de glissement du béton sur lui-même continue jusqu'à ce que l'épaisseur de la couche de béton soit la même en tous les points du moule (équilibre hydrostatique).

Par conséquent, la durée de l'écoulement du béton jusqu'au repère étant t secondes

- au cours de la première phase de l'écoulement, de durée t , une partie du béton 0

glisse sur le métal de la plaque de fond de moule ;

- au cours de la seconde phase, de durée (t-t ), le béton glisse uniquement sur 0

lui-même jusqu'au repère.

Si, les phénomènes qui se déroulent lors des deux phases, frottement béton sur métal dans un cas, frot.tement interne du béton dans l'autre sont différents, les paramètres du béton qui influent sur ces phénomènes peuvent être différents dans ce cas, la comparaison entre plusieurs bétons suivant le critère de temps d'écoulement peut dépendre de la hauteur choisie pour le repère. En étudiant la relation entre t et t pour des bétons différant entre eux par les dosages de leurs constituants, og peut vérifier s'il en est ainsi ou si, au contraire, on peut admettre que, globalement, les phénomènes sont les mêmes dans les deux phases.

l .3.2. Etude des deux phases de l'écoulement

On a soumis à des essais dans le maniabilimètre à mortier cinq séries de microbéton. Pour chaque série, deux essais ont été effectués, le premier suivant le Mode Opératoire BF .M-1 [1], le second dans les conditions suivantes : ·

- immédiatement après remplissage, avant enlèvement de la cloison mobile, l'échan­tillon de mortier était soumis à un compactage par vibration d'une durée de 10 secondes, la source de vibration étant le vibrateur du maniabilimètre (le vibrateur était réglé de manière que l'amplitude de vibration soit à peu près double de celle résultant du réglage conforme au Mode Opératoire BF.M-1)

- après cette première vibration, la cloison mobile était enlevée et le béton s'écoulait comme dans l'essai classique défini par le mode opératoire.

Les mesures faites au cours de l'écoulement du microbéton dans le maniabi­limètre étaient :

20

- la durée de l'écoulement du mortier, de sa position de départ jusqu'à la plaque d'extrêmité, côté vibrateur ; cette durée est notée t

0 lorsque le mode opératoire

BF.M-1 a été appliqué et t lorsque l'échantillon a été compacté par vibration et qu'il s'est écoulé sous 0~ne vibration de grande amplitude ;

- la durée de l'écoulement du mortier, de sa position de départ jusqu'au trait­repère gravé dans la plaque d'extrêmité ; cette durée est notée tout .

V

Les constituants du microbéton étaient :

- un ciment CPA 400 ; - un sable 0/3 o de Seine - un sable 3/6 o de Seine.

Les cinq séries de microbéton étudiées ne différaient entre elles que par le dosage volumique en ciment c * , choisi tel que le rapport c/(c + s + g) prenne les valeurs :

0,32 ; 0,26 ; 0,20; 0,16 ; 0,12.

Dans chaque série, deux groupes de gâchées ont été fabriqués

- les gâchées du premier groupe différaient entre elles par la valeur du rapport s/(s+g), le dosage en eau e étant le même pour toutes les gâchées du groupe ; 15 valeurs de s/(s + g), comprises entre 0 et 1 ont été étudiées ;

- les gâchées du second groupe différaient entre elles par la valeur du dosage en eau~· la valeur de s/(s + g) étant égale à 0,40 pour toutes les gâchées du groupe. Une douzaine de valeurs de e ont été étudiées, afin que le rapport e/c varie entre 1 et 3 environ.

J.3.3. Résultats des essais et tation

Les résultats des essais sont présentés sur les graphiques des figures 7 et 8 • Chaque graphique correspond à une serie caractérisée par une valeur donnée du dosage en ciment du micro-béton et exprime la relation entre t ou t , durée de l'écoulement jusqu'au trait-repère et t out , durée de l'écoulementvjusqu'au b d 1 1 ,,.. , ~ ,,.. ~ • 0 OV

as e a plaque d extremite cote vibrateur.

Dans le présent texte, S• !• g_, ~· sont respectivement les proportions volu­miques relatives de ciment, de sable 0/3, de sable 3/6 et d'eau dans l'unité de volume de béton supposé sans vides après mise en place. Avec cette convention :

c+s+g_+e=

21

®

Fig. 7 Relation entre t et t 0 d'un microbéton

pour cin_q valeurs du dosage en ciment (remplissage par piquage)

c/(c + s + g) = 0,32 (1) ; 0,26 (2) ; 0,20 (3) ; 0,16 (4) ; 0,12 (5)

2 t -

3 t

4 t

5 t =

2,66 2,75

2,43

3,25

3,3

t0

- 3,7 t - 2,8 0

t 0 - 2,8

t0

- 5,4

t0

- 3,8

r - 0,98 0,94

0,99

0,98

r = 0,96

On peut observer sur la figure 7 que :

lorsque t est compris entre 0 et approximativement 50 secondes, la relation stochastique entre t et t 0 est assimilable à une droite ; les résultats obtenus, pour une même série, à dosage en eau variable ou à rapport s/(s + g), variable constituent une même population ;

- les pentes des droites représentatives se classent en deux groupes, correspon­dant, l'un aux dosages maigres en ciment (c/(c + s + g) égal à 0,12 ou 0,16), l'autre, aux dosages plus riches.

- lorsque t est supérieur à 50 secondes, la dispersion des points expérimentaux devient importante et la relation entre t et t est modifiée (trait tireté sur les graphiques) en admettant que la relation r~ste linéaire.

Sur la figure 8, lorsque l'échantillon est compacté par vibration et soumis à l'écoulement sous vibration de grande amplitude :

22

tv. sec, tv tv

40 40 .. ()

/ 40 I

I ()

/ /

I () I / ()

/ () / 30 30 30

()

()

20 2

Q) 0 Q)

t OV 0 tov lov 1 2b~ tv 10 2 tv 10 20

40 40 () I

/., / () /()

/ .. 30 30 ..

()

() .. ()

20

© ®

tov sec "-~~~~4-~~~~--'llllsoo o.__~~~~-+-~~~~--<i.a-

20 10 20

Fig. 8 - Relation entre tv et t0

v d'un microbéton

pour cinq valeurs du dosage en ciment (remplissage par vibration)

c/(c+ s + g) = 0,32 ( 1) ; 0,26 (2) ; 0,20 (3) ; 0,16 (4) ; 0,12 (5)

1 t 1,99 t0

v - 1,05 0,96 V

2 tv 1,79 t0

v - 0,14 0,98

3 tv 1,75 t0

v + .0,59 0,91

4 tv 2,03 t0

v - 0,63 r E= 0,94

5 tv 1,93 t0

v + 0,28 r = 0,91

23

- la relation stochastique 20 secondes ; au delà, les c/(c + s + g) égal à 0,12,

entre t et t est linéaire jusqu'à t de l'ordre de • V ~ • OV , • )/

points experimentaux sont tres disperses, surtout pour 0,16 ou 0,20;

- les différences entre les pentes des droites représentatives sont faibles ; pour t compris entre 0 et 10 secondes, les populations de points expérimentaux corres­pXndant aux 5 séries de mesures sont pratiquement confondues.

L'interprétation que l'on peut donner de ces résultats est la même dans le cas du premier ou du second mode d'essai :

- lorsque t est inférieur à 50 secondes ou que t est inférieur à 20 secondes, la durée de 1 1 écoulement est d'autant plus grand~ que le chemin .à parcourir est plus long ; la hauteur choisie pour le repère influe sur la valeur du résultat, mais non sur l'ordre de classement par temps d'écoulement de bétons différant entre eux par le dosage de leurs constituants ; tout se passe comme si les phéno­mènes étaient les mêmes au cours des deux phases de l'écoulement ;

- par contre, lorsque t > 50 secondes ou t r > 20 secondes, il n'en est plus ainsi, on est donc en présence d'un type d'écoulement dans lequel les deux phases sont différenciées (à la limite, la deuxième phase peut même ne pas avoir lieu, le béton ne remontant pas jusqu'au repère).

Du point de vue pratique, on connait ainsi le domaine d'utilisation de l'appareil dans les conditions d'un processus opératoire donné

- c'est le domaine des temps d'écoulement t compris entre 0 et 50 secondes environ dans les conditions du mode opératoire B.F.M-1 ;

- dans les conditions du second processus, c'est le domaine de t compris entre 0 V

et 20 secondes.

Pour l'emploi courant du maniabilimètre LCL en tant qu'appareil d'étude et de contrôle, c'est donc le mode opératoire BF.M-1 qu'il convient d'appliquer, puisque c'est dans ce cas que le domaine d'utilisation de l'appareil est le plus étendu et correspond le mieux à celui des bétons habituels de Génie Civil.

1 .4. LES DIVERS TYPES D'ECOULEMENT

1.4.l. Méthodes d'observation

D'après les résultats présentés en 1 .3.3., il y aurait schématiquement deux types d'écoulement possibles

- le type d'écoulement n°1, correspondant aux temps d'écoulement t superieurs à 50 secondes (catégorie de temps n°l) ou tv supérieurs à 20 secondes,

- le type d'écoulement n°2, correspondant aux temps d'écoulement t inférieurs à 50 secondes ou tv inférieurs à 20 secondes (catégorie de temps n°2)

Bien sûr, cette distinction est schématique, la manière dont l'écoulement se déroule diffère probablement d'un béton à l'autre dans une même catégorie, sui­vant le paramètre de composition du béton qui a varié. C'est d'ailleurs en partie

24

pourquoi la relation entre t ou tv et t 0 ou t 0 v est stochastique et non fonction­nelle (bien que les coefficients de corrélation soient très élevés, cf. fig .7 et 8). L'observation visuelle peut compléter les résultats des mesures. Lors de

l'éxécution de l'étude décrite en 1 .3.2., pour chaque mesure de temps d'écoulement effectuée, on a photographié l'échantillon de micro-béton en début et en fin d'écoulement. D'après ces photographies, on a représenté sûr la figure 9 la forme d'écoulement observée suivant la catégorie de temps d'écoulement, les valeurs des rapports eau/ciment et s{s+g) ; les schémas ont été tracés pour les deux valeurs extrêmes de proportion relative de ciment, respectivement 12 et 32% du volume total de constituants secs de la gâchée.

VALEUR DU RAPPORT c~c+ !'> + g 1

CATEGORIE. DE TEMPS N" 1

CATEGORIE

DE TEMPS N"2

CATEGORIE.

DE TEMPS N" l

o, 12

CATEGORIE

DE TEMPS N" 1

Variation de s/ (s + g)

CATEGORIE.

DE TE.MPSN°2

Variation de s/(s + g)

CAT E.GORIE.

DE TEMPS N"l

Variation de e

CATEGORIE ru--, CATEGORIE DE.TEMPSN°2 ',_,.

1 DETEMPSN°2

te }

Variation de f'._

Fig. g - Forme de l'écoulement d'un microbéton dans le maniabilimètre LCL à mortier, pour deux valeurs du dosage en ciment et suivant que varie, soit Je dosage en eau,

soit Je rapport s/ (s + g).

en .petits traits forme de l'écoulement en début d'essai en trait continu forme de l'écoulement en fin d'essai O' emplacement de l'axe de basculement du moule

A valeur donn~e du dosage en ciment, on observe les deux types d'écoule­ment n"l et 2 correspondant respectivement aux catégories de temps d'écoulement n°1 et 2 ; visuellement, le type d'écoulement n'est pas modifié lorsqu'à l'inté­rieur de la même catégorie de temps d'écoulement, on fait varier, soit le dosage en eau, soit le rapport s/s+g ; par contre, la variation du dosage en ciment modifie légèrement l'écoulement sans que, pour autant, le type soit autre.

25

1.4.2. Description des deux types d'écoulement observés

Type d'écoulement n°1

(catégorie de temps d'écoulement n°1, temps les plus longs).

le niveau de la face supérieure du talus baisse

- tout ou partie de la couche superfi­cielle de la face inclinée du talus glisse et vient constituer, sur la plaque de fond, le front d'avance­ment du béton ;

des fissures transversales apparais­sent sur la face supérieure du talus (fig. 10);

Fig. 10 - Type d'écoulement n° 1

début de l'écoulement

c/(c +s +g) =0,12 s/(s -i- g) = 0,80

e = 0,220

- le front de béton progresse vers la plaque d'extrêmité ;

- une ou plusieurs des fissures trans­versales apparues au début de l'é­coulement s'élargissent ;

- le niveau de la face supérieure du talus continue à baisser (fig. 11)

26

Type d'écoulement n°2

(catégorie de temps d'écoulement n°2, temps les plus courts).

le niveau de la face supérieure du talus baisse

- la face inclinée du talus, plane à l'origine, se bombe à sa partie in~ férieure

- le front d'avancement du béton est constitué par un bourrelet dont l'épaisseur augmente pendant la progression

- une ou deux fissures transversales apparaissent sur la face supérieure du talus (fig. 11).

Fig. 11 - Type d'écoulement n" 2 :

début de l'écoulement

c/(c ·+ s + g) = 0,12

s/(s + g) = 0,60 e = 0,220

t 0 11,5 s 34.4 s

- la progression du béton vers la plaque d'extrêmité se fait par éti­rement du talus ;

- la ou les fissures qui sont apparues au début de l'écoulement sur la face supérieure du talus disparaissent ;

- du mortier fin apparaît à la surface libre du béton (figs. 13 et 14).

Fig. 12 - Type d'écoulement n° 1

suite de l'écoulement dont le début est

représenté sur la fig. 1 O.

le front de béton atteint la plaque d'extrêmité

son épaisseur augmente jusqu'à atteindre le niveau du trait-repère

le tassement de la partie arrière du talus se termine (fig. 13).

Fig 13-Type d'écoulement n° 1 fin de l'écoulement

représenté sur les figures 1 O et 12.

Dans l'exemple

présenté ici, le béton n'atteindra pas

le trait repère.

27

Fig. 14 et 15 - Type d'écoulement n° 2 :

suite et fin de /'écoulement

représenté sur la fig. 11.

1 .4.3. Observations particulières sur. le type d'écoulement n°1

Ainsi, dans le type d'écoulement n°1, il se produit d'abord un morcelle­ment du talus, un glissement des morceaux vers la plaque d'extrêmité et, ensuite seulement, le glissement du béton sur lui-même tandis que, dans le type n°2, le glissement du béton sur lui-même se produit dès le début de la mise en vibration.

Le morcellement caractéristique du type d'écoulement n°1 est aléatoire : par exemple, sur la figure 16, on peut observer une seule fissure transversale qui casse le talus en deux morceaux alors que, sur les figures 14 et 15, la fragmentation se produit en plusieurs endroits, les fissures transversales ne traversent pas le talus sur toute sa largeur. Ce caractère aléatoire est proba­blement à l'origine de la dispersion de la relation entre tout et t out

1 ~ V 0 OV pour ce type d ecoulement.

Fig. 16 - Type d'écoulement n° 1, début de l'essai :

c/(c + s + g) = 0,12

s/(s-f- g) =1 e =0,220

t0 = 37 s

= OO

1.4.4. Influence du dosage en ciment sur l'écoulement du béton

Cette influence se manifeste essentiellement lorsque l'écoulement du béton est du type n°2. On peut la mettre en évidence, par exemple, en comparant les figures l 7 et 18 .

Les deux microbétons présentés sur ces figures diffèrent par le dosage en ciment. Leur rapport s/~+g)est voisin, de même que leur temps d'écoulement. Leur écoulement est du type n°2 : face inclinée du talus bombée à sa partie inférieure, pas de cassure ou de fragmentation du talus.

Le microbéton présenté sur la figure 18 (riche en ciment) semble plus déformable que l'autre ; la face supérieure du talus, horizontale à l'origine, s'incline vers la plaque d'extrêmité opposée au vibrateur. A la fin de l'essai, la surface supérieure de l'échantillon présente une forme de toit dont l'arête faîtière est à la verticale de 1 1 axe de basculemel'lt du moule (cf. figs. 5 , 6 et 9). Ce phénomène est plus sensible lorsque l'essai est exécuté suivant le mode

opératoire BF.M-1 que suivant le second processus opératoire ; l'observation concorde avec le fait que, dans le premier cas, la pente de la relation entre

28

t et t0

a été trouvée légèrement plus faible pour les valeurs de c/(c+s+g) égales à 0,32, 0,26 et 0,20 que pour les valeurs 0,12 et 0,16.

Fig. 17 - Type d'écoulement n° 2, microbéton :

c/(c+ s+ g) = 0,12 s/(s +g) =0,50

e = 0,220 t 0 6 s t 17 s

1 .4.5. Conclusions sur les d'écoulement

Fig. 18 - Type d'écoulement n° 2, microbéton :

c/(c + s + g) = 0,32 s/(s + g) = 0,55

e = 0,250

to = 9 s t 23 s

Les conclusions que l'on peut tirer de l'étude des types d'écoulement concorde avec celle formulée en fin de paragraphe 1 .3.3. :

- Lorsque le temps d'écoulement est inférieur à 50 secondes pour l'essai suivant le mode opératoire, et à 20 secondes pour l'essai avec vibration préala­ble, les mêmes facteurs agissent avec les mêmes influences relatives sur le béton pendant toute la durée de l'écoulement.

- Quand le maniabilimètre LCL est employé comme appareil d'étude et de contrôle courants, il convient d'appliquer le mode opératoire BF.M-1 ; dans ces conditions, le domaine d'application pratique de l'appareil englobe largement celui des bétons habituels de Génie Civil.

29

1 .S. CONCLUSIONS GENERALES SUR L'APPAREILLAGE

Le maniabilimètre LCL, conçu pour permettre de juger de l'aptitude des bétons à être mis en place, constitue un chantier miniature dans lequel le procé­dé de mise en place est reproductible.

Il fournit un moyen d'observation du comportement du béton pendant l'écou­lement sous l'action d'un champ de vibration stable et a permis de distinguer deux types d'écoulement suivant la durée de l'écoulement.

Lorsque la durée de l'écoulement est courte, on a pu constater l'unicité du processus d'écoulement pendant toute cette durée.

30

CHAPITRE 2

Facilité de mise en place et qualité du béton frais après mise en place

Quand on a introduit l'échantillon de béton dans le moule du maniabili­mètre (phase 2 sur la fig. 3), le béton a déjà subi une mise en place. La porosité de l'échantillon est mesurable et on peut la considérer comme un critère de qualité du béton après cette mise en place.

Après le remplissage, on lève la cloison mobile (phase 3 sur la fig. 3), et le béton s'écoule plus ou moins vite jusqu'au repère, c'est-à-dire qu'il se prête plus ou moins facilement à cette seconde opération de mise en place. La durée de l'écoulement peut donc être considérée comme un critère de facilité de mise en place,

Nous étudions, dans le présent chapitre, s'il existe une liaison entre ces deux critères, et comment varie cette liaison lorsqu'on fait varier les propor­tions relatives des différents constituants d'un béton : ciment, granulats fins et gros, eau.

2.1. CRITERES DE LA FACILITE DE MISE EN PLACE ET DE LA QUALITE DU BETON APRES MISE EN PLACE.

Comme indiqué plus haut, on a donc choisi la porosité du béton après rem­plissage du moule comme critère de qualité du béton après mise en place et la durée de l'écoulement sous vibration comme critère de facilité de mise en place.

Le reproche que l'on peut faire à ce choix est qu'ainsi, on détermine la qualité du béton à une étape intermédiaire et non à la fin du processus de mise en place dans le maniabilimètre LCL. Comme on a montré antérieurement [6] que le classement du béton suivant la compacité n'est pas modifié lorsque ce béton est mis en place, soit par une méthode, par exemple piquage, soit par une autre, par exemple vibration, on peut admettre que notre choix est justifié ; de plus, il présente les avantages suivants

- simplification des manipulations ; - diminution de la dispersion due à l'échantillonnage, puisque c'est le même échantillon qui est utilisé pour les mesures de porosité après remplissage du moule et de durée d'écoulement sous vibration.

31

2.2. ETUDE COMPARATIVE DES VARIATIONS DE LA FACILITE ET DE LA QUALITE DE LA MISE EN PLACE DU BETON

2.2.1. Etendue de l'étude

Dans le rapport "Compacité et maniabilité des bétons hydrauliques 11 [6], on a pu montrer expérimentalement que

- si on fait varier trop largement la nature des constituants du béton, il n'y a pas de relation entre la compacité et le temps d'écoulement du béton

- par contre, à nature donnée des constituants et seule variant leur proportion relative dans le mélange, il y a une relation stochastique linéaire entre la compacité et le logarithme du temps d'écoulement du béton.

Le programme de la présente étude a été établi en tenant compte des résul­tats publiés en [6], mais de manière plus précise et plus détaillée : d'une part, la porosité du béton frais (e+v) caractérise mieux que la compacité (1-v) la qua­lité du béton durci et, d'autre part, le domaine de variation des proportions relatives des constituants a été beaucoup plus étendu.

L'étude a été réalisée sur microbéton. Un seul groupe de constituants a été utilisé. La nature et les principales caractéristiques de ces constituants sont indiquées dans le tableau IV.

* Cinq dosages en ciment ont été appliqués, tels que le rapport c/(c+s+g) prenne les valeurs :

0,12; 0,16; 0,20; 0,26; 0,32.

TABLEAU IV

Principales caractéristiques des constituants du microbéton

Ciment Sables fin gros

Type et classe: CPA 400 Provenance : Seine, ballastière Pompadoll! Teneur en Al2033Ca0: 10% Angulari té : roulé Teneur en so

3 2,69% Granularité 0/3 mm 3/6 mm Masse volumique : 3,17 g/cm3 Module de finesse 2,39 l '85 Finesse Blaine : 2600 cm2/g Masse volumique: 2,64g/cm3 2,62g/cm Résistance à 28 jours : Teneur en cal-

Flexion 91 bar caire; 18% 45% Compression 459 bar Type du calcaire: dur (R compris entre c

900 et 1200 bar)

Cf. tableau de notations page 2.

32

Pour chaque valeur de c/(c+s+g), on a fait varier

- soit le rapport s/(s+g) (15 valeurs), à dosage en eau e constant

- soit~· de telle sorte que e/c varie de 1 à 3 environ, s/(s+g) étant constant et égal à 0,40 (pour c/(c+s+g) égal à 0,20 et 0,32, des séries complémentaires ont été fabriquées avec plusieurs valeurs de s/(s+g)).

Tous les mélanges étudiés et le nombre d'essais effectué par mélange sont indiqués dans le tableau V.

2.2.2. Particularités du processus opératoire

Le processus opératoire des essais a été le suivant après le malaxage, conforme à la norme PJS-403 de Juillet 1963 ("sable normal et mortier normal"), deux échantillons ont été prélevés dans chaque gâchée pour être soumis à la mesure de temps d'écoulement dans un maniabilimètre à mortier, le mode de remplissage et l'amplitude de vibration pendant l'écoulement étant différents de l'un à l'autre de ces deux échantillons

- le oremier échantillon a été mis en place dans le moule d'un maniabilimètre par piquage conformément au mode opératoire BF.M-1, le vibrateur de l'appareil était réglé conformément à ce même mode opératoire ;

- le second échantillon a été mis en place dans le moule d'un second maniabilimètre sous une vibration provenant du vibrateur du maniabilimètre et d'une durée de 10 secondes, le vibrateur étant réglé de telle sorte que l'amplitude de vibration soit à peu près double de celle du premier appareil.

Les mesures ont toujours été faites dans le même ordre (remplissage des deux appareils puis mesure du temps d'écoulement du premier puis du second échan­tillon). Les maniabilimètres ont été pesés avant puis après remplissage.

2.2.3. Résultats des essais

Les résultats des mesures ont été :

- le poids de l'échantillon de microbéton introduit dans le maniabilimètre suivant chaque mode de remplissage pet p , d'où l'on a déduit la porosité du microbéton (e+v) et (e+v)vj v

- les temps d'écoulement t suivant le mode opératoire Br.M-1 et tv suivant le second processus.

Les résultats numeriques de l'étude sont donnés en annexe J. Ils sont pré­sentés sur les graphiques des figures 19, 20, 21 et 22 qui donnent la variation de la porosité après remplissage du maniabilimètre, par piquage (figs. 19 et 20) ou par vibration (figs. 21 et 22), en fonction du logarithme du temps d'écoulement du béton, lg t ou lg t , pour chaque valeur de c/(c+s+g), lorsque varie, soit le dosage en eau, soit lev rapport s/(s+g).

33

TABLEAU V

Nombre d'essais pour chaque proportion étudiée

Partie 1 : Rapports si (s -KJ) étudiés

Valeurs de To-

Cf k-r-S-KJ) e taux -

0 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0.70 0,80 1

0,12 0,220 1 1 2 2 2 3 2 1 1 1 1 1 1 2 2 23

0,16 0,215 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 20

0,20 0,225 2 1 - 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 26

0,26 0,235 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 1 1 23

0,32 0,250 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 22

114

Partie 2 : Dosages en eau ! étudiés

c/(c+s+g) si (S-KJ)

0,185 0,190 0,195 0,200 0,205 0,210 0,215 0,220 0,225 0,230 0,235 0,240 0,245 0,250 0,255 0,260 0,265 0,270

0,12 0,40 1 1 2 2 3 3 3 3 2 1 1 2 1 1 26

0,16 0,40 2 2 3 2 2 2 3 3 2 2 1 1 1 26

0,20 0,10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10

0,20 1 1 1 1 1 1 1 1 8

0,30 1 1 1 1 1 1 6

0,40 2 2 2 2 2 2 2 2 3 1 1 1 22

0,26 0,40 1 1 1 1 4 2 2 3 2 2 2 21

0,32 0,10 1 1 1 1 1 2 1 8

0,20 1 1 1 1 1 1 1 7

0,30 1 1 2 1 1 1 7

0,40 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 11

0,45 1 1 1 1 1 1 6

0,80 1 1 1 1 1 5

163

34

2.2.4. Etude des graphiques

2.2.4.1. Le dosage en eau varie seul (figs. 19 et 21).

Lorsque le dosage en eau diminue, la porosité diminue d'abord faiblement, passe par un minimum, puis croît fortement suivant une courbe monotone. Lorsque le remplissage du moule du maniabilimètre est fait par piquage, l'amplitude de variation de la porosité est nettement plus grande, pour un même domaine de varia­tion de lg t, que lorsque le remplissage est fait par vibration.

(e..v)

Op (e+v)

o.s

02 o,s

(e .. v)

oz o,s

1 1,S c/(c+s+g)= 0,12

IQt. li C·

, 1,s . 2 c/(c + s + g )=0132

(e+v)

os

o,s (e+ v)

os

0,4

0,3

lgt. s c

1 1,5 2 c/(c+s+g)= 0 116

lgt.s c.

1 1,5 2 C /( C + S + g ) :: 0 I 2 6

Fig. 19 - Variation de (e + v) en fonction de lg t (remplissage par piquage) à dosage en eau variable et à rapport s/ (s + g) constant et égal à 0,40.

35

(e + vl

0,5

0

03

02

o,s

(e + v)

os

0 4

0,3

02

o,s

(e + v)

os

04

0,3

0,Z o,s

1 1,S z c/(c+s+g):::0,12

i::: 0,220

1 1,5 z c/(c + s + g) = 0120

~ ::: 0, 225

1 1,s 2 c/c+ s+g) = 0,32

! ::: 0,250

t gt.s

(e + v)

05

0,2

o.s

(11+ v)

os

0,4

03

lgt. Il c

1,s 2

c /( c + s + g ) ::: 0' 16 ~::: 0,215

lgt. ec. ( gt. s c 0,2 '-'-----'-~----'-~----''-----~

0,5

lgt. Sf!C

1,s 2 c/(c + s + g )::: 0,26

e ::: 0,235

Fig. 20 Variation de (e + v) en fonction de lg t (remplissage par piquage)

à dosage en eau constant et à rapport s/(s + g) variable

_ ----- x valeurs de s/(s + g)

---- • valeurs de s/(s + g)

36

1 e •V) V

'/. 0,3r---------+----...,.r---.r:-~-+----- 0,31-----+---+---+----'I-:.;._ _ _,_

lgt.V 5.!!C, 0.2---------------'----....::....-1

c/(c+s+g ):::0,12 1,S

le+ V) V

le+ V) V

lgt v sec:.

0,2'--------+--------1--------1---!""" o,s 1 1,S

c/(c+ s + g) = 0,26 2

1 I! +V ) V

0,31--------+--------+------.::.,...----+--

"-~~- -X--....--"""lC-JC

lgt y!leC

0,2'----------'---------1--------'-_... o,s 1 1,s

c /( c + s + g} ::: 0,32 2

37

1 gt.v 11ec.

0,1! 1 1,2 c/(c+s+g)::: 0,16

Fig. 21 - Variation de (e + v)v en fonction de lg tv (remplissage par vibration)

à dosage en eau variable et à rapport s/(s + g) constant et égal à 0,40.

(!!+V) V 0

0,3

l gt. l'>

0,2 -----------!----------1 1,5

c/(c + s + g)::: 0,12 e ::: 0,220

( I! +V ) V

1

c /( c + s + g) :::: e :::: 0 215

I

1,5

0,20

·~ ( i! +V) V

0,3

0,2 o,s

0

0 --- ~o " ~'/(. ... .,- ~o 'if

1 1,2 1,5

c/(c+s+g) :::0,32 ~ ::: 0,250

2

l gt. sec. _

-

38

0,41-----<,_.._-------.--------

l g t.sec Of~---'-------~------~P

1,S

c/(c+ s+g)::: 0,16 ! ::: 0,215

( i! +V) V

1 1,5

c/(c+ s+ g):::: 0126 ~ ::: 0,235

2

Fig. 22 - Variation de (e + v)v en fonction de lg tv (remplissage par vibration)

à dosage en eau constant

et à rapport si (s + ~) variable :

x valeurs de s/(s + g) ~ /_s_) (~ + g 0

o valeurs de s/(s + g) > (-5

-)

s + g 0

Les valeurs des coordonnées du minimum des courbes lues sur les graphiques sont données par dosage en ciment et par mode de remplissage dans le tableau VI.

valeur de.

c/(c+s+g)

0, 12

0, 16

0,20

0,26

0,32

TABLEAU VI

Coordonnées du minimum de la relation entre (e+v) et lg t et entre (e+v)v et lg t....,.

Mode de remplissage

par piquage par vibration

(e+v) . lg t (e+v) lg min V min

- - -0,260 0,75 0,250

0,270 0,90 0,250

0,275 0,85 0,260

0,280 0,90 0,280

t V

-1 ,3

1 '3

1 ,3

J ,.3

D'après ce tableau, la porosité minimale, pour une valeur donnée de c/(c+s+g) augmente legèrement lorsque c/(c+s-+g) passe ae u,16 à. u,32 (8% pour le remplissage par piquage, 12% pour le remplissage par vibration) ; le temps d'écoulement qui correspond à la porosité minimale varie peu, il est de l'ordre de 6 à 8 secondes dans le cas du remplissage par piquage et de l'ordre de 20 secondes dans le cas du reuu;>lissage par vibrat:î,on'

Dans ce dernier cas, on observe une très forte dispersion des résultats à partir de lg tv = 1,3 pour les valeurs de c/c+s+g égales à 0,12, 0,16 et 0,20 (pour 0,12, elle rend impossible le tracé de la courbe), Ceci est dû à un changement de type d'écoulement : en effet, pour les valeurs de tv de l'ordre de 20 secondes et plus, l'écoulement est caractérisé par des ruptures et des morcellements aléatoires surtout lorsque le dosage en ciment est faible (cf, paragraphe l .4.2, 1 .4.3 et 1 .4.4).

2.2.4.2. Le rapport s/(s+g) varie seul (figs. 20 et 22)

La forme des courbes dépend du dosage en ciment, elle est schématisée sur la figure 23 pour le cas du rempli~sage par piquage.

Lorsque la mise en place est faite par vibration analogue à celle qui pro­voque l'écoulement, la dispersion des résultats ne permet pas l'analyse.

Sur la figure 23 on peut constater que :

La courbe représentative de la variation de la porosité après mise en place en fonction du logarithme du temps d'écoulement est composée de deux branches, OA et OB ;

39

- le point 0 correspond à la valeur de s/(s+g) pour laquelle le temps d'écoule­ment du béton est minimal à dosage en eau fixé ; désignons cette valeur de si (s+g) par (-s-) ;

s+g o

la branche OA correspond aux valeurs de s/(s+g) inférieures ou égales à <s!g)0

;

- la branche OB correspond à s~s+g) > (~s-) . s+g o

Jusqu'à cl(c+s+g)= 0,20, la branche OA est en dessous de la branche OB ; pour cl(c+s+g)= 0,26, c'est le contraire, OB est en dessous de la branche OA ; pour c/(c+s+g) = 0,32, la courbe ne comprend que OB, tous les résultats correspondant à OA étant situés très près de O. Pour les valeurs de c/(c+s+g) égales à 0,20 et 0,26, les branches OA et OB sont très proches l'une de l'autre.

( l!+V) 0

(Cl+ V ) ®

( C!+V) ©

(1! +V) 0

8 /8 A_/8 oc/ A y8 A ~

/ 0 o ... O'"' lgt. tgt lgt

Ill>

Fig_ 23 - Variation de (e + v) en fonction de lg t à rapport s/ (s + g) variable et à ~constant

a: c/(c +s +gl b c/(c + s + g)

c:c/(c +s +g) d : c/(c + s + g)

segment OA _ s/(s + g)

segment OB : s/(s + g)

= 0,12 et 0,16

= 0,20

= 0,26

=~~" >(s :~o

tgt

Si on superpose les courbes obtenues, soit à dosage en eau variable et rapport s/(s+g) constant, soit à rapport s/(s+g) variable et dosage en eau constant, (fig . 24 et 25), on constate que :

- lorsque le remplissage est fait par piquage, les courbes sont pratiquement confondues pour les valeurs de c/(c+s+~ égales à 0,20 et 0,26 ; la branche de courbe correspondant aux bétons riches en sable (s/(s+g) > (~s-) ) est au dessus

s+g o de la courbe correspondant à la variation de~ pour c/(c+s+g) égal à 0,12 et 0,20 et en dessous de cette courbe pour c/(c+s+g) égal à 0,32

- lorsque le remplissage est fait par vibration, les courbes sont confondues pour c/(c+s+g) égal à 0,20, 0,26 et 0,32; pour c/(c+s+g) égal à 0,12 et 0,16, la dispersion des résultats est trop grande à partir de lg t = 1,3 pour qu'on puisse tracer les courbes.

40

(111 + v)

05

(e + V) O,S

0,2

o,s

(e + v) 05

0,2

0,5

1 \5 z c / ( c + s + g ) ::: 0, 12

1 1,5 c/(c+.s+g)=

z 0,20

z 0,32

l gt SlilC

lgt, l>l!C

41

(e + v)

05

0,2 0,5

(Ill +V)

05

0,4

0,3

0,5

log. SlllC

115 2

c / ( c + s + g ) ::: 0, 16

\gt, sec

1,5 2 c/(c+ s+g) = 0

126

Fig. 24 - Variation de (e + v) en fonction de lg t

(remplissage par piquage) __ à dosage en eau variable

à s/(s + g) variable

o variation de e

x variation de s/ (s + g) entre O et /_s _\ ls Hl

~ variation de s/ (s + g) entre ( ___ s_\ et ~ ls + g{

( e + V ) V

Ok

c / ( e + s + g ) ::: 0, 12

3

o,s

( e + V ) V

04

e/(e + s + g) = 0 116

03

O,S (e+ v lv 01.

c/e + s + g l = 0,20

0,5 ( e •V) V

c/(c+s+g)=0126

0

o,s

c / ( c + s + g l :::: O, 3 2 le.vlv o

0,5

1,5 2

1,5

0

2

1,5 2

1, 2

lQt. V $

0

l QI. y 5 C

l QI. V S C

lgl. V a C.

42

Fig. 25 - Variation de (e + v)v en fonction de lg tv

(remplissage par vibration)

x variation de Sl. o variation de s/(s + g)

2.3. EXISTENCE D'UN DOMAINE DE VARIATION CONJOINTE DE LA FACILITE ET DE LA QUALITE DE LA MISE EN PLACE DU BETON

D'après les graphiques de la figure 24, la porosité du béton ne varie pas de la même manière en fonction du logarithme du temps d'écoulement suivant que l'on fait varier le dosage en eau ou le rapport s/(s+g). Cependant, dans le domaine des valeurs de c/(c+s+g) comprises entre 0,20 et 0,26, les courbes de variation de (e+v) en fonction de lg t, soit à dosage en eau variable (s/(s+g) constant), soit à s/(s+g) variable (e constant), sont à peu près confondues. Il en résulte que, dans ce domaine, à u~e facilité de mise en place donnée correspond une qualité donnée du béton après mise en place et réciproquement, à condition que la valeur donnée de lg t ou de (e+v) corresponde à la partie de la courbe qui est monotone croissante. Pratiquement, donc, il existe, dans le cas du ~icrobéton étudié, un domaine de dosage en ciment dans lequel le classement des mélanges reste le même, qu'il soit réalisé suivant le critère de facilité de mise en place ou de qualité après mise en place et quel que soit le constituant autre que le ciment que l'on ait fait varier de l'un à l'autre de ces mélanges.

Cependant, l'existence d'un tel domaine de dosages en ciment est-elle un phénomène général, et dans ce dernier cas, comment se situent ses bornes en fonction des caractéristiques des constituants du béton (nature, granularité, forme, etc .. )?

On ne peut répondre à cette question que d'après les résultats d'une expé­rimentation sur des bétons composés à partir de groupes de constituants de carac­téristiques très diverses. Néanmoins, on peut présumer la généralité du phénomène que nous avons observé en situant nos résultats expérimentaux par rapport au sys­tème de classement des bétons présenté par T.C. POWERS dans "Properties of fresh concrete" [7].

Les critères de classement de POWERS sont le dosage en eau nécessaire pour que le béton ait une consistance donnée et la porosité de ce même béton après mise en place suivant un processus fixé ; les bétons comparés ne diffèrent entre

s+g e 'l 1 ~ 1 eux que par la valeur des rapports et , i s ont tous a meme va eur c+s+g c+s+g d'affaissement au cône d 1 ABRAMS ou d'indice de remoulage *.POWERS montre, à l'aide d'une expérimentation très nombreuse et très diverse, que la forme des courbes

~ . . . d e d e+v f . d s+g representatives de la variation e et e en onction e ~+ + est c+s+g c+s+g c s g toujours celle sch2:.iatis"'e s11r le diagramme de la figure 2 6·

D'après ce diagramme, POWERS classe les bétons en fonction du dosage en ciment, en trois catégories

*

catégorie AB ; catégorie BF ; catégorie FC.

Un cône de béton frais étant placé dans un moule cylindri·que lui-même fixé sur une table à chocs, l'indice de remoulage est le nombre de chocs néces­saire pour que le cône de béton épouse la forme du moule cylindrique.

43

e t. e+ v c + s +g e · c + s + g

0,2

0 0,1 q2 q3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

o' D

Fig. 26 - Diagramme représentatif général de ta variation de :

e et e v en fonction de s + 9

Les valeurs nécessaires au tracé des droites AwD, AD', OE, CF sont déterminées par des formules générales

déduites de l'expérience. à partir des résultats expérimentaux.

Le dosage en eau nécessaire pour que le béton ait une valeur donnée d'af­faissement au cône d'ABRAMS ou d'indice de remoulage dépend de la surface spéci­fique du mélange des constituants pour la catégorie AB, du volume de vides du mélange des constituants pour la catégorie FC et à la fois de ces deux paramètres pour la catégorie BF.

Un point particulier est le point B : il lui correspond un béton dont la porosité et le dosage en eau sont minimaux, donc le meilleur béton d'après le critère de porosité.

Si nous classons les microbétons de notre étude suivant le système de POWERS, en remplaçant l'indication d'affaissement au cône ou d'indice de remoulage par le logarithme de temps d'écoulement au maniabilimètre LCL, nous obtenons les diagrammes de la figure 27; les courbes de ces diagrammes ont été tracées pour lg t = 0,9 soit t = 8 seccndes (diagramme 1) et lg t = 1,5 soit t = 32 secondes (diagramme 2).

On remarque sur ces diagrammes que :

- pour les valeurs de c/(c+s+g) égales à 0,32 et 0,26, les microbétons sont de la catégorie AB ;

- pour les valeurs 0,16 et 0,12, ils sont de la catégorie BF

- pour la valeur 0,20, le microbéton correspond au point B ;

- compte-tenu de l'incertitude expérimentale sur la détermination de la porosité, celle-ci ne varie pratiquement pas entre les valeurs 0,18 et 0,26 de c/(c+s+g) ;

44

- ce domaine dans lequel la porosité varie peu ou pas à valeur fixée de lg t coïncide bien avec celui dans lequel on peut estimer qu'il y a relation bi-uni­voque entre la facilité de mise en place et la qualité du béton après mise en place (cette relation ne peut d'ailleurs exister que là).

04

lil+Y c+s.+g

DIAGRAMME 1

e+v C+l>+ g

~g-C+$+

Fig. 27 - Courbes représentatives de la variation de

e c .. li>+ g 09

1

0 t.

0 2

ou DIAGRAMME 2

e +V

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 O,f:i 0,7 o,S 0,9

e e V et de-----

c+s+g c+s+g

s + g en fonction de ----

c + s + g

pour lg t = 0,9 (diagramme 1) et lg t = 1 ,5 (diagramme 2). L'épaisseur des zones hachurées représente l'inœrtitude expérimentale sur la détermination de la porosité.

La généralité de l'existence du point B étant bien établie, on peut donc présumer de la généralité de l'existence d'un domaine de dosage en ciment situé autour du point B et dans lequel il y a relation bi-univoque entre la facilité de mise en place et la qualité du béton après mise en place. Ce domaine est parti­culièrement intéressant en pratique. Il inclut en effet le meilleur béton possible, compte-tenu des qualités contradictoires généralement exigées (bonne résistances mécaniques et chimiques, faible retrait, absence de fissuration), béton qui, à consistance donnée, présente la porosité minimale. La composition des meilleurs bétons utilisés en Génie Civil s'intègre (ou tend à s'intégrer) dans ce doma~ne.

2.4. CONCLUSIONS DU CHAPITRE 2

- Le logarithme du temps d'écoulement du béton dans le maniabilimètre LCL et la porosité de ce béton après mise en place dans le maniabilimètre ayant été choi­sis comme critères respectifs de la facilité de mise en place et de la qualité du béton après mise en place, on a étudié comment varie la relation entre ces deux caractéristiques lorsque varient, soient le rapport s/(s+g), soit le dosage en eau, pour plusieurs valeurs de c/(c+s+g).

45

- (e+v) varie différemment en fonction de lg t suivant que le paramètre du béton qui varie est s/(s+g) ou le dosage en eau. Toutefois, dans un certain do­maine de dosages en ciment, on peut considérer que la relation entre (e+v) et lg t n'est pas modifiée lorsqu'on fait varier s/(s+g) ou le dosage en eau. Il en résulte que, dans ce domaine, à une valeur donnée de lg t correspond une seule valeur de (e+v) et réciproquement et que le classement des mélanges reste le même, qu'il soit réalisé suivant le critère de facilité de mise en place ou de qualité après mise en place, que ces mélanges diffèrent entre eux par le rapport s/(s+g) ou par le dosage en eau.

- Ce domaine de dosages en ciment correspond à celui dans lequel, à valeur donnée du temps d'écoulement, le dosage en eau et la porosité du béton après mise en place sont minimaux.

- Dans ce domaine, les lois qui régissent le comportement du béton se simpli­fient et il est possible de définir une propriété intrinsèque des mélanges, que l'on peut appeler maniabilité [s]

46

CHAPITRE 3

Facilité de mise en place optimale et qualité optimale du béton après mise en place

Nous venons de voir que, dans un certain domaine de dosages en ciment, la relation entre lg t et (e+v) n'est pas modifiée quand on fait varier., soit s/(s+g) soit e et qu'à ce domaine correspond la qualité optimale du béton après mise en place, à facilité de mise en place donnée.

Nous étudions maintenant séparément la variation de lg t et de (e+v) en fonction, soit de s/(s+g) à e constant, soit de e à s/(s+g) constant, les dosages en ciment étant ceux déjà indiqués au chapitre p~écédent.

Les résultats présentés en première partie de ce chapitre (s/(s+g) variable et e constant) constituent un rappel de faits expérimentaux déjà connus. Par contre, en deuxième partie (variation de lg t en fonction de ~. à s/(s+g) cons­tant), nous analysons un phénomène non encore signalé en bibliographie à notre connaissance, mais étudié dans la logique de l'analogie facilité de mise en place­qualité du béton après mise en place.

3.1. INFLUENCE DES PROPORTIONS RELATIVES DES CONSTITUANTS SOLIDES, A DOSAGE EN EAU CONSTANT

S'appuyant sur les résultats expérimentaux, CAQUOT [S] observe que "Le mélange de deux ou plusieurs ensembles gradués d'une façon quelconque aboutit à un ensemble résultant ayant au plus les vides des constituants".

Les études de FERET ~o] ont permis à celui-ci de formuler les conclusions suivantes :

- il existe toujours un ensemble de proportions relatives des constituants solides du mortier ou béton telles que la porosité de celui-ci, après mise en place, soit minimale ;

- la valeur optimale du rapport s/(s+g), du point de vue de la qualité du mortier ou béton après mise en place, dépend du dosage en ciment : elle diminue lorsque le dosage en ciment augmente et devient nulle pour une valeur de c/(c+s+g) de l'ordre de 0,40.

Nous avons nous-même constaté que, dans le domaine des dosages en ciment correspondant aux bétons courants de Génie Civil, il existe toujours, à dosages en ciment et en eau constants, une valeur de s/(s+g) pour laquelle la facilité de mise en place du béton est maximale [6].

47

Dans le cas de la présente expérimentation, et compte-tenu des résultats du chapitre précédent, on doit pouvoir vérifier que :

- à valeurs données de c/(c+s+g) et ~' il existe une valeur de s/(s+g) optimale du point de vue de la facilité de mise en place du béton et une autre valeur de s/(s+g), optimale du point de vue de la qualité du béton après mise en place ;

- au moins pour les valeurs de c/(c+s+g) comprises entre 0,20 et 0,26, ces deux valeurs de s/(s+g) coincident ;

- la valeur optimale de s/(s+g) diminue lorsque c/(c+s+g) augmente.

Pour cette vérification, nous utilisons les résultats obtenus sur les mélanges présentés dans la partie 1 du tableau V :

- 5 séries différant entre elles par la valeur du rapport c/(c+s+g) ;

- 15 mélanges dans chaque série, ne différant entre eux que par la valeur du rapport s/(s+g).

Les courbes représentatives de la variation de la facilité de mise en place et de la qualité du béton après mise en place en fonction de s/(s+g) sont repré­sentées, pour chaque valeur de c/(c+s+g), sur les figures 28 (remplissage du moule du maniabilimètre par piquage) et 29 (remplissage par vibration).

Ces courbes ont toutes qualitativement la même forme, à concavité tournée vers le haut et présentent un minimum pour une certaine valeur de s/(s+g). Pour déterminer cette valeur, en tenant compte que les courbes sont plus ou moins plates autour du minimum, on détermine, dans cette zone, la plage 6[s/(s+g)] dans laquelle la variation de t ou de (e+v) est inférieure à l'erreur expérimentale, 1 seconde pour t, 1% pour (e+v). Par convention, la médiane de cette plage est la valeur cherchée [s/ (s+g)] . opt

Les bornes et étendues des plages 6[s/(s+g)]t et 6[s/(s+g)] (e+v) dans les­

quelles les bétons ont même facilité de mise en plice ~u même qualité après mise en place, et les valeurs [s/(s+g)]t et [s/(s+g)]te+v correspondantes, pour

opt opt chaque mode de remplissage du moule du maniabilimètre LCL et pour chaque valeur de c/(c+s+g), sont indiquées au tableau VII.

On vérifie bien, d'après le tableau VII, que :

- pour c/(c+s+g) égal ou supérieur à 0,20, les valeurs optimales de s/(s+g), du point de vue de la facilité de mise en place [s/(s+g)]t et de la qualité du

[ J(e+v) ·• · opt d~ d béton après mise en place s/(s+g) , co1nc1dent et ne epen ent pas ou peu de l'énergie consacrée au reg~fissage du moule et à l'écoulement dans le maniabilimètre LCL ;

- pour c/(c+s+g) inférieur à 0,20, ces valeurs sont distinctes et dépendent du mode de remplissage du moule du maniabilimètre LCL ;

On constate également que :

[s/ (s+g)] diminue quand le dosage en ciment augmente opt

sa valeur passe de

0,34 à 0,24 quand c/(c+s+g) varie de 0,20 à 0,32

48

(Il+ V )

04

0, 1 X 0,3 lt 0,5

(e +V)

0,5

0,3

0,3 0,1

c/(c+ s+ g}::: 0,12 ! ::: 0,220

= 0,20

c /( c + s + g) ::::: 0,32 ~ ::: 0,250

/

I

,, / /

lgt_i;ec

1,5

/ ;(

0,5

1. /

1

O;l si( s + g l

0.5

0,7 s/(s+g)

49

{ 11 + V)

(Il+ V)

0,3 0,5

c/(c + s + g) ::: 0,16 ~::: 0,215

/ /

/ I!

1 gt, sec.

. 15

0

O,ï s/(s + g l

lgt.sec.

(

0,5

0,1 0,3 0,5 0,7 s./(s+ g l

c/(c + s + g)::: 0,26 e::: 0,225

Fig. 28 Variation de lg t et de (e + v) en fonction de si (s + g) à dosages en eau

et en ciment constants (remplissage par piquage).

O--variation de lg t

x - - -- variation de (e + v)

lgl·Hc

1 1

I

/

02 0

0,1 0,3 o,s 0,7 sl(s ... g l

c / ( c + s + g ) ::: 0,12 ( e.,. V ) V

Jt::: 0,220

lgt .sec.

1,5

/ 013 ,_,...---i=-----1"'0 3;:;.._ ___ ~o,,s'----""'o,_ _ _., ... o"'s.-

.,_ s/(s+ g l

( ê +V) V

o.s

0,4

0

03 01

c/(c+s + g) !Ill 0,20 ~ ::: 0,215

lgt .sec

03 05 07 0,5 )( -,C.

~ - s/ls+g l

c / ( c . + s .j. g ) ::: 0 ,3 2 e::: 0,250

50

(e ... V) V

04

03

02

0,1 0,3 0,5 0,7

( e.,. V ) y

c/( c + s + t l = 0,16 Jt::: 0, 1 s

05

lgt.Mc.

/ /

'){/ o.s

0 s/( !HQ)

1 gt .sec.

t 1,

03 01 3 07 o,s

Fig. 29 - Variation de lg t et de (e + v) en fonction de si (s + g) à dosages en eau

et en ciment constants (remplissage par vibration).

o __ variation de lg t

x --- - variation de (e + v)

- l'étendue des domaines 6[s/(s+g)] et L'lrs/(s+g)I augmente lorsque le dosage t L '.Je+v en ciment ou l'énergie consacrée au remplissage du moule et à l'écoulement du béton augmentent.

TABLEAU VII

Bornes et étendue des plages Ll[ s/(s + g) ]t et .6.[ s/(s + g)]e + v dans lesquelles les bétons ont même facilité de mise en place

et même qualité après mise en place. t ) e+v correspondantes.

Valeurs optimales [s/(s + g)]opt et [s/(s + g ]opt

Remplissage par piquage Remplissage par vibrations

Valeur de Ll[ si (s+g) le+v Ll[ s/ (s+g) lt Ll[s/(s+g)]

8+v Ll[ s/ (s+g) ]t

[si (s+g) ]o~t [ ]8+v c/(c+s+g) [sl(s+g) ]o~t [ ]e+v si (s+g) opt

Bornes Etendue Bornes Etendue sl(s+g) opt

Bornes Etendue Bornes Etendue

0,12 0,31-0,38 0,07 0,26·0,36 0,10 0,345 0,31 0,32-0,45 0,13 0,26-0,42 0,16 0,385 0,34

0,16 0,28·0,37 0,09 0,24·0,35 0,11 0,325 0,295 0,315-0,425 0,11 0,25-0,42 0,17 0,37 0,335

0,20 0,27-0,40 0,13 0,25-0,40 0,15 0,335 0,325 0,28·0,40 0,12 0,22-0,48 0,27 0,34 0,355

0,26 0,22·0,3'5 0,13 0,20-0,38 0,18 0,285 0,29 0,20·0,38 0,18 0 0,58 0,58 0,29 0,29

O,· 0,35 0,35 0 0,60 0,60 * * 0,32 0,15-0,33 0,18 0,15·0,35 0,20 0,24 0,25

* On n'a pas donné de valeur d'optimum dans ce cas parce que les courbes sont horizontales dans tout le domaine. On ne peut donc parler' dans ce cas, de valeur particulière optimale de sl(s+ g).

Généralement, pour établir des méthodes de détermination du béton optimal, du point de vue de la porosité après mise en place, les chercheurs ont étudié le comportement des grains dans le mélange et recherché les conditions optimales d'assemblage de ces grains (celles correspondant aux vides résiduels minimaux). Nous avons montré l'équivalence, dans un certain domaine de dosages en ciment, de la facilité de mise en place optimale et de la qualité optimale après mise en place. Il nous a semblé intéressant de comparer nos résultats avec ceux d'un chercheur qui, dans le domaine des suspensions, a étudié le problème de la déter­mination du mélange optimal de fines constituant la partie solide de la suspension d'une manière différente de celle habituellement suivie. Sa méthode consiste en effet à étudier la viscosité relative de la suspension en fonction de la concen-tration en solide de la suspension et des proportions relatives du mélange de fines.

3.2. ANALOGIES ET DIFFERENCES ENTRE BETON ET SUSPENSION

On appelle suspension un système composé d'une poudre fine (dimension maxi­male des grains de l'ordre de 200 microns) dispersée dans un fluide, liquide ou gaz. Nous considérerons ici le cas des suspensions composées d'une poudre fine dispersée dans un liquide. La concentration volumique relative en particules soli­des de la suspension est :

51

V et V0 étant respectivement les volumes de solide et de liquide de la suspen-. s X,

sion.

La valeur de~ est importante : en dessous d'une certaine valeur de~' la suspension n'est pas stable ; la viscosité de la suspension augmente avec la valeur de ~· Dans les applications, on est généralement conduit à rechercher la valeur maximale possible pour ~ , à valeur donnée de la viscosité, ce qui présente une analogie avec le but poursuivi dans la recherche de la composition optimale d'un béton. Une méthode d'étude de la composition d'une suspension, fondée sur l'expérimentation, est présentée dans une publication de R.J. FARRIS : "Prediction of the viscosity of multimodal suspensions from unimodal viscosity data" [11]. Nous nous proposons, après avoir analysé cette publication, de comparer les résultats obtenus, dans le cas des suspensions, avec ceux de nos essais sur béton.

Le propos de FARRis est de montrer que si on connaît la variation de la viscosité relative H(~) *d'une suspension en fonction de la concentration volu­mique relative ~ de celle-ci, soit en filler fin**, soit en filler gros, il est possible de calculer la viscosité relative H(~T) en fonction de la concentration ~ de la suspension en filler constitué par le mélange des fillers fin et gros ; iÎ est également possible de déterminer les proportions relatives optimales du mélange des deux fillers (celles pour lesquelles ~Test maximal à H(~T) donné). La solution proposée est applicable au cas où la partie solide de la suspension est composée de n fillers.

FARRIS montre expérimentalement que :

- dans une suspension contenant deux fillers, fin filler fin se comporte comme un liquide vis-à-~is diamètres modaux des fillers fins et gros, R = d inférieur à 0,10 . m

et gros, la suspension liquide­du filler gros si le rapport des

f . / d est égal ou in m gros

• 1 • • * * * ~ - la viscosité relative d une suspension unimodale depend de la concentra-tion relative en filler et non du diamètre modal du filler utilisé (fig. 30).

***

H(~) est le rapport de la viscosité de la suspension à la viscosité du liquide.

En représentant la granularité d'un matériau pulvérulent, non pas par la courbe granulométrique cumulative habituelle, mais par la courbe de répar­tition par classe granulaire (classe définie par deux tamis consécutifs de la série normalisée), on obtient une courbe qui peut présenter un ou plusieurs maximums. FARRIS appelle filler un granulat fin dont la courbe de répartition présente un seul maximum et caractérise conventionnellement ce granulat par la dimension correspondant à ce maximum et qu'il appelle dia­mètre modal (d ) .

m

FARRIS appelle suspension unimodale une suspension composée avec un seul filler et suspension multimodale une suspension composée avec plusieurs fillers de diamètres modaux différents.

52

H(.89) 1000.....---r---.----...---.....---.-- Fig. 30 Variation de la viscosité relative H (<,o)

Oiam111tr• particu 111n }4 o 111,e. 2t.o,:s

d'une suspension unimodale en fonction de sa concentration <,o en fil Ier.

Cl Il - &5

i:,--~ ~ 211,6

0,3 0,4 0,5 0,6

Si on ajoute à cette suspension que R < 0,10, la suspension unimodale à-vis du filler gros. La concentration suspension étant :

unimodale un filler de diamètre modal tel se comporte comme un liquide apparent vis­totale <PT en particules solides de la

<!>fin + <!>gros - (<!>fin x <!>gros), (1)

la viscosité relative de la suspension, par rapport à celle du liquide pur est

H(<j>T) = H(<!> ).H(<j>f. ) gros in (2)

H(<j> ) étant la viscosité relative de la suspension contenant du filler gros pargf~~port à la viscosité H(<j>f. ) du liquide apparent. in

Si la suspension est composée à partir de trois constituants solides numé­rotés 1, 2 et 3 du plus fin au plus gros, les équations (!)et (2) deviennent :

à condition que les rapports de diamètres modaux R12 soient inférieurs à 0,10.

d /d et R2?_

ml m2 .J

(3)

(4)

Des formules générales sont données pour calculer <PT et H(<j>T) lorsque la suspension est composée à partir d'un nombre quelconque n de constituan~s solides.

Lorsque les rapports de diamètres modaux des constituants solides de la suspension sont supérieurs à 0,10, il y a interaction entre les grains des diffé­rents constituants. Cette interaction, maximale quand R = 1 (suspension unimodale) provoque l'augmentation de la viscosité relative de la suspension.

53

FARRIS définit, pour en tenir compte, un coefficient d'enchevêtrement f, nul quand R < 0,10 et égal à 1 dans le cas d'une suspension unimodale et montre qu'on peut toujours trouver un mélange avec R < 0,10 qui se comportera de la même maniere qu'un mélange pour lequel R > 0,10; ces deux mélanges diffèreront par la valeur des proportions relatives des constituants solides,

Pour déterminer les proportions relatives optimales des constituants solides d'une suspension comportant n constituants (les interactions entre constituants étant nulles ou égales), il faut que le produit des valeurs H(~i) soit minimal (i varie de 1 à n, les constituants étant numérotés du plus fin au plus gros), La solution est :

(5)

..... H(~ ), n

( 6)

Il y a une limite inférieure de viscosité relative, dont la forme fonc­tionnelle est

(7)

K dépend de la forme des particules solides.

La courbe représentative de cette fonction est tracée sur la figure 31 avec K = 3. Sur cette figure, on constate que les courbes expérimentales se rap­prochent d'autant plus de la courbe calculée d'après (7) que le nombre de const tuants solides est plus grand ; lorsque ~Test faible (jusqu'à 0,25), toutes les courbes sont confondues.

l""-~~~-1-~~~-'-~~~--J..~~~---''--~~--'

0 0,2 0,4 0,G 0,8 1.0

54

Fi(). 31 - Variation de H (<f)7

) en fonction de <Pr p::iur des suspensions à 1, 2, 3, 4 et 8 constituants

solides et courbe représentative de la fonction

H (lO_ ) = ( 1 <fJ)- 3 '1

Une application de la détermination des proportions relatives optimales de fillers fin et gros d'une suspension bimodale est présentée sur la figure32 pour diverses valeurs de concentration relative totale en constituants solides.

0 20 °1. 40°/o 60°1·

Fig. 32 - Variation de H (ip7 l en fonction de la proportion relative g/(g + f) de filler gros dans une suspension bimodale,

pour <Pr variant de 0,10 à 0,75.

D'après ce graphique, on peut noter que :

- lorsque ~T est inférieur à 0,50, H(~T) ne varie pas en fonction des proportions relatives de fillers fin et gros ;

- lorsque ~T est supérieur à 0,50, il y a toujours une valeur de g/(g+f) pour laquelle H(~T) est minimal ;

- le minimum de la courbe est d'autant plus prononcé que ~Test plus grand.

Si on compare ces résultats à ceux que l'on peut obtenir sur mortier ou sur béton, on constate que tout se passe comme si le logarithme du temps d'écou­lement du mortier ou béton était proportionnel à la viscosité. Par exemple, sur la figure 34, on a représenté la variation de lg t, en fonction de la concentra­tion~ en sable 0/3 ou 3/6 d'un microbéton considéré comme une suspension dont la pâte de ciment constitue le liquide. D'après la figure 33, d = J mm pour le 0/3 et 4 mm pour le 3/6. m

li) ... 90

-; 80 E ~ 70 li)

0 60 .'!! E 50 0

li) 40 .. -0 .. 30 Cii

.2 20 c: .. .., 10 ::; 0

Il.. 0

L "'.. ........

pfî~ ,,, !./ .._ i....- -

2 ~ ~ ' I \

1 . • • \ 1

~ I ' 1

""" ~~ Il _....,.

~

i- ~!"\ \ "

000Ul0000 Y)Otll. 00C'l00. -· ,,; N M ...$> u'\ U>

55

Fig. 33 - Courbe de répartition par classe granulaire d'un sable 0/3 (1)

et d'un sable 3/6 (2).

2 \gt. Fig. 34 - Variation de lg t en fonction de i.p

d'une suspension de ;;able 013 (courbe 1)

ou de sable 3/6 (courbe 2) / dans une pâte de ciment (rapport e/c 0,9).

Qp...,,,,,;;;__~~-+-~~~-1-~~~-~1--~~~+-~~~...J-.~ 0 0,10 0,20 0,1~0

Ce graphique est bien analogue à celui de la figure 30, à ceci près que lorsque ~. dépasse 0,20,lg t croit plus vite en fonction de ~ lorsque le sable est fin que lorsqu'il est gros ; cependant, on peut noter sur la figure 30 qu'au delà de ~ = 0,45, tous les points expérimentaux proviennent de mesures sur des suspensions contenant un filler de même diamètre modal. On ne peut donc pas conclure qu'au delà de ~ = 0,45, le diamètre modal du filler utilisé n'influe pas sur la viscosité relative de la suspension.

Enfin, les figures 28 et 29 sont bien analogues à la figure 32 et, de même que sur cette dernière figure, on constate que les courbes s'aplatissent d'autant plus que la concentration en liquide (pâte de ciment dans le cas des figures 28 et 29) augmente.

L'analogie entre

- les figures 28 et 29 et la figure 32, - la figure 30 et la figure 34,

peut permettre de penser que lg t varie linéairement avec la viscosité du béton et que, par conséquent, mesurer lg t équivaut à mesurer la viscosité, grandeur rhéologique. Il n'en est pas ainsi, selon nous, pour deux raisons :

- lorsqu'on fait varier le rapport c/e d'une pâte de ciment, non seulement la viscosité plastique varie linéairement, mais aussi le seuil de cisaillement (fig. 35).

Comme on le verra dans le paragraphe suivant, lg t varie linéairemènt en fonction de c/e, ce qui explique l'analogie des variations de lg t et de la viscosité dans le cas des figures comparées, mais lg t peut être une fonction linéaire, à la fois de la viscosité et du seuil de cisaillement et non de la vis­cosité seule ;

- on peut s'interroger sur la validité des lois de la rhéologie en ce qui concerne l'écoulement du béton frais. En effet, une suspension est un milieu à deux phases, solide et liquide, alors que le béton est un milieu à 3 phases, solide, liquide et gaz (il subsiste toujours des vides résiduels dans le béton, même après la mise en place la plus soignée et ici, nous considérons le béton en cours de mise

56

en place). Or, déjà, pour une suspension, c'est par approximation que l'on admet les hypothèses de continuité du milieu et de non indépendance du mouvement des particules. Ces hypothèses ne sont plus acceptables dans le cas d'un mortier ou d'un béton. Dans ce cas, les "constantes" rhéologiques, viscosité plastique et seuil de cisaillement ne sont probablement plus des constantes, elles dépendent de la sollicitation appliquée.

"' .. . ~

4

2

1

0.8

0.6

0.4

~0.2 :::>

0.1

@

c/e

0 0,2 0,4 0,6 o,s 1,0 1,2

400

200

100

80

60

40

I 10 /

I I I I I I I I I

Fig 35 - Graphique a) relation entre

viscosité et rapport c/e pour une pâte de ciment Graphique b) relation entre

seuil de cisaillement et rapport c/e

pour une pâte de ciment

0 expérience de Papadakis (France) x expériences de lsh-Shalom et Greenberg

(USA), résultats expérimentaux cités par Powers [ 7]

Par conséquent, s'il peut être commode, dans un cas donné, de comparer le comportement d'un mortier ou béton frais à celui d'une suspension, il n'est pas certain qu'il soit possible d'assimiler un mortier ou béton frais à une suspen­sion et de lui appliquer les lois valables ~our ces dernières.

57

3.3. INFLUENCE DU DOSAGE EN EAU, A COMPOSITION EN CONSTITUANTS SOLIDES CONSTANTE, SUR LA FACILITE DE MISE EN PLACE

L'eau facilite la mise en place du béton, c'est un fait bien connu des utilisateurs de ce matériau.

Dans le présent paragraphe, nous examinons plus précisément comment varie la facilité de la mise en place du béton dans notre dispositif expérimental (maniabilimètre LCL) en fonction du dosage en eau.

Cet examen nous amène à parler de variations "normale" et "anormale" de la facilité de mise en place. C'est que si, dans un certain domaine de dosages en eau, la variation de la facilité de mise en place semble suivre ~pproximativement une loi générale (variation appelée conventionnellement "normale"), pour les dosages en eau supérieurs, cette variation ne suit plus la loi générale et nous la désignons par variation "anormale". Cette dernière est plus particulièrement étudiée .

3.3.1. Variation normale et variation anormale de la facilité de mise en place

3.3.1.1. Forme de la relation entre lg t et le dosage en eau

Dans les publications précédentes [6], les résultats expérimentaux donnant la variation du temps d'écoulement du béton en fonction de son dosage en eau (les proportions relatives des constituants solides restant constantes) étaient inter­prétés par une relation linéaire de la forme :

- lg t a.e + b . ( 1)

Cette relation fait intervenir deux coefficients a et b qui dépendent à la fois de l'appareillage et des constituants solides du béton.

Les travaux de POWERS [7] montrent qu'en général, il est également possi­ble d'interpréter les résultats expérimentaux par une autre relation, de la forme :

lg (~:} A. c e

(2)

Deux coefficients, T et A, interviennent également dans cette nouvelle relation. L'expérience montre cependant que T ne dépend pas, en général, de la nature et des proportions des constituants solides et qu'il est, en fait, une caractéris­tique de l'appareillage (ici, le maniabilimètre LCL). Pour un appareillage donné, un seul coefficient suffit à caractériser, en général, l'influence du dosage en eau sur la facilité de mise en place. Pour cette raison, la forme nouvelle de la relation est préférable à l'ancienne.

Les résultats de nos essais sur microbéton, à rapport s/(s+g) constant et à dosage en eau variable (cf. chapitre 2, partie 2 du tableau V) sont indiqués suivant la relation (2) sur la figure 36.

58

lgt. ne. tgt, sec

2 0,12

0 0

-1 -1

-2 -2

® ® -3 -3

-4 -4

cle -5 le/~

0 0,5 1.5 0 0,5 1,5

Fig. 36 - Relation entre lg t et c/e pour un microbéton, à rapport s/(s+ g) constant, égal à 0,40 et dosage en eau variable.

graphique a : remplissage du mou le par piquage graphique b : remplissage du moule par vibration

courbe 1 c/(c + s + g) 0,12;s/(s+gl =0.40 courbe 2 c/(c + s + g) 0,16; s/(s + g) =0.40 courbe 3 c/(c + s + g) 0,20; s/(s + g) =0.40 courbe 4 c/(c +s +g) 0,26; s/(s + g) =0.40 courbe 5 c/(c + s + g) 0,32; s/(s + g) =0.40 courbe 6 c/(c + s + g) 1 s/(s + g) =0,40

D'après les graphiques de la figure 36, la relation entre lg t et c/e présente trois formes distinctes, schématisées sur la figure 37.

La plupart des points expérimentaux s'aligne suivant la forme 1 ou le segment MN de la forme 2. La constante caractéristique de l'appareil est lg T = -5 pour les deux processus d'essai suivis. Pour cette raison, on considère que ces droites représentent la relation (2) qu'elles traduisent donc la variation normale de la facilité de mise en place en fonction de ~et que lg T, caractéristique du maniabilimètre LCL à mortier, est égal à ~s. *En suivant ce point de vue, le

* Le fait que la valeur de T est la même pour les deux processus opératoires différents (mode opératoire normalisé et vibration avant écoulement) est une coïncidence. Cette coincidence n'est cependant pas surprenante : l'amplitude de vibration, dans le processus non normalisé, avait été choisie initialement pour que le temps d'écoulement soit du même ordre que celui obtenu en respec­tant le mode opératoire.

59

segment de droite ON apparait comme le résultat d'un phénomène supplémentaire et traduit une variation anormale de la facilité de mise en place ; il en est de même, pour la forme 3 qui peut être considérée comme l'aboutissement de la forme 2 lorsque ce phénomène se manifeste même pour les faibles dosages en eau.

\gt l gt. \gt.

M M N

/ -2 ~N 0 /

CD / 0 0) / -s c/e

-s /lgî c/e -5 lgî c/e

Fig. 37 - Schéma de la relation entre lg t et c/e d'après les résultats de la figure 36.

Forme 1 droite M lg T avec lg T = -5 (courbes 4, 5 et 6 du graphique a, courbe 6 du graphique b). Forme 2 : deux segments MN et NO qui se coupent en N ; MN suit la loi de la forme 1 ; la valeur de O est -2 ;

(courbes 1, 2 et 3 du graphique a, courbes 3, 4 et 5 du graphique b).

Forme 3 : le segment MN a disparu, la courbe est constituée du seul segment NO (courbes 1 et 2 du graphique b).

3.3.1.2. Variation anormale de la facilité de mise en place

On peut remarquer que :

à processus opératoire donné, la valeur de lg t,ordonnée de N,augmente lorsque le dosage en ciment diminue

- à dosage en ciment donné, l'ordonnée de N augmente nettement avec l'énergie consacrée au remplissage et à l'écoulement du microbéton.

Le phénomène est donc fonction, à la fois, du matériau soumis à la mesure et de l'appareil de mesure.

Pour pouvoir isoler ces deux influences, on a procédé à deux expérimenta-tions

- dans l'une, on a effectué des series de mesures sur un même matériau en modi­fiant les conditions de la mesure d'une série à l'autre ;

dans l'autre, c'est le matériau qu'on a fait varier, par divers ajouts, le processus de mesure étant fixe (mode opératoire BF.M-1).

60

3.3.2. des causes de la variation anormale la facilité de mise en lace

3.3.2.1. Causes dues à l'appareillage

L'influence des paramètres suivants a été étudiée :

* - l'amplitude de vibration (une valeur faible et une valeur grande par rapport à l'amplitude normale) ;

l'inclinaison de la cloison mobile (une valeur forte par rapport à l'inclinaison normale) ;

- la dimension du moule.

Pour l'étude des deux premiers paramètres, on a mesuré le temps d'écoule­ment dans le maniabilimètre à mortier de gâchées de mortier ne différant entre elles que par le dosage en eau. Les constituants solides du mortier étaient :

ciment CPA 325 de Boussens, - sable de Garonne.

La courbe granulométrique de ce sable est présentée sur la figure 38et sa composition minéralogique par classe granulaire est donnée au tableau VIII.

100 j ~

90

80

Ill 70 .... :; ; 60 "

Ill

~ 30 "' gzo ë "' ~ 10 0

Il...

0

,___

--

-

-

/ / I /

j

I /

/~

V [/

--

Fig. 38 - Courbe granulométrique du sable de Garonne.

(~~)~ 01 02 04 2 5

Le temps d'étalonnage du maniabilimètre à mortier étant t = 7 à 8 secondes pour l'amplitude normale (cf mode opératoire BF.M-1), lesetemps d'étalonnages tf et tg obtenus respectivement pour les deux autres amplitudes sont :

tf 14 secondes pour l'amplitude faible ;

t 3 secondes pour la grande amplitude. g

61

TABLEAU VIII

Composition minéralogique du sable de Garonne

Classes. granulaires

Composants 5 à 2 mm 2 à 1 mm 1 à 0,5mm 0,5 à 0,2nra

Quartz 24% 42,5% 51, 5% 57,5%

Eruptifs 76% 57,5% 48% 38%

Micas 0,5% 4%

Carbonates 0,5%

La composition du mortier, par gâchée était

- ciment - sable

450 g 1350 g

Le rapport c/e a varié de 0,42 à 0,68.

0,2 à

67%

25%

7,5%

0,5%

0, Jmm < 0, !mm

95%

< 5%

Pour l'étude du troisième paramètre (dimension du moule), on a mesuré simultanément le temps d'écoulement dans les maniabilimètres à mortier et à béton de gâchées de béton ne différant entre elles que par le dosage en eau. Les mesu­res ont été faites suivant le mode opératoire BF.M-J. Les granulats de Seine provenaient de la même ballastière que ceux utilisés pour l'étude du microbéton présentée au chapitre 2 (en particulier, c'est à partir du sable 0/6 qu'on a obtenu, par tamisage les fractions 0/3 et 3/6 utilisées pour l'étude du micro­béton). La composition du béton était :

- ciment CPA 400 - gravillon 6/12 - sable 0/6

400 kg/m3 ; 1!70 kg/m3

880 kg/m3

Le rapport c/e a varié de 0,64 à 0,83. Les résultats sont présentés sur les figures 39 et 40. Les échelles des graphiques ont été dilatées pour que les phénomènes soient mieux observés.

D'après ces graphiques, on peut observer :

- un défaut de linéarité à partir de lg t ~1,2 et c/e ~0,53 sur les courbes 2a et 2b de la figure39 , et à partir de lg t ~ 1 ,3 et c/e 'J:J 0,7 sur les courbes l et 2 de la figure 40 ;

- l'absence de ce défaut sur les courbes la et lb de la figure39 (vibration à faible arnpli.tude).

62

/. 1, 5 ........ -----t--

1,Q........,... ___ _

0 040 0,50 0,55 C/e

\gt. sec.

201--~~~-+~~~~-1-~~--1\.--1--~~---~ '

0,45 0,50 0,55 c/e

63

Fig. 39 - Relation entre lg t et c/e d'un mortier au sable de Garonne

(ciment 450 g, sable 1 350 g par gâchée, dosage en eau variable).

Graphique a) : inclinaison normale (38°) de la cloison mobile

Graphique b) : Inclinaison forte (48°) de la cloison mobile

/::,. faible amplitude de vibration x amplitude normale ~ grande amplitude, pente et ordonnée

à l'origine des droites tracées sur les graphiques

pente (lg T)o

1 a : 11,1 - 4,2 1 b: 11,4 - 4,2

2a: 11 .4 -5 2b: 12,5 5

Par conséquent, d'après ces résultats :

- les dimensions du moule et l'angle de la cloison mobile n'ont pratiquement pas d'influence sur le phénomène provoquant la brisure en N

- lorsque l'amplitude de la vibration dimi.nue, le point N disparait ou, du moins, est repoussé vers des dosages en eau supérieurs à ceux de la pratique ;

- lorsque l'amplitude augmente, les résultats expérimentaux ne permettent pas de conclure, l'augmentation d'amplitude adoptée pour les essais n'a provoqué aucune modification sensible, mais peut-être n'était-elle pas assez marquée.

On peut remarquer que, des trois facteurs étudiés, seule l'amplitude présente couramment des valeurs analogues en laboratoire et sur chantie~. S'il s'était avéré que le phénomène étudié dépendait de l'angle d'inclinaison de la cloison mobile, son intérêt aurait été très limité en pratique, les angles aigus étant déconseillés dans la géométrie des coffrages ; s'il avait dépendu de la dimension du moule, il aurait dû être considéré comme un artefact , car, sur les chantiers, la dimension des coffrages est bien supérieure à celle des moules de laboratoire.

Il est donc probable que le phénomène qui se manifeste derrière ce point anguleux N dans les conditions de nos essais a également lieu dans les conditions de mise en oeuvre du béton dans les ouvrages. Cependant, une telle assertion n'est jamais certaine ; elle reste à la merci du facteur oublié, déterminant pour le phénomène et spécifique de l'appareil.

lgt. sec. I

10 r-------+-----' 1

0,5 0,6 0,7 0,8 C/e

64

Fig. 40 - Relation entre lg t et c/e d'un béton composé avec des granulats de Seine

ciment : 400 kg/m 3

5/12 1.170 kg/m3

0/5 822 kg/m 3

x et courbe 1 : mesures au maniabilimètre LCL à béton

0 et courbe 2: mesures au maniabilimètre LCL à mortier

courbe 1 courbe 2

pente

6,25 5,88

(lg T) 0

- 5 - 5

3.3.2.2. Causes dûes aux constituants du béton *

L'influence du dosage en ciment ayant déjà été mise en évidence, c'est celle de la nature du sable qui est étudiée maintenant. C'est un paramètre impor­tant en pratique car il est fréquent que des sables, satisfaisants du point de vue des règlements en vigueur, amènent des déboires sur chantier, par exemple un fort ressuage ou des cassures du béton frais.

Deux sables ont été choisis

- un sable de Seine 0/5 mm utilisé couramment dans la reg1on parisienne ; - un sable du Gardon (région de Nîmes), dont l'utilisation a parfois coïncidé avec des difficultés du type mentionné ci-dessus sur chantier.

Quatre additifs ont été employés en association avec chacun des deux sables

- cendre volantes ; - chaux hydratée ; - granulat de feldspath - granulat de mica.

Les principales caractéristiques des sables et des additifs sont donnés sur la figure 41 et dans les tableaux IX et X

10 en (mml

Fig. 41 Courbe granulométrique des constituants des mortiers.

1 - sable de Seine 2 - sable du Gardon 3 - mica concassé 4 - feldspath

La finesse des cendres volantes est du même ordre que celle du ciment (environ 3 000 Blaine) ;

celle de la chaux hydràtée est de 12 000 Blaine environ.

Cette étude a été conduite par Mr GUEDES, Ingénieur brésilien, Stagiaire au L.C.P.C.

65

TABLEAU IX

Composition minéralogique des sables de Seine et du Gardon

Sable de Seine Sable du Gardm

Quartz et conglomérat de Quartz et conglomérat de quartz 70 % quartz

Calcaire 20 % Fragments de roches micacées Fragments de roches Silex

éruptives 5 %

Silex 5 %

TABLEAU X

Composition chimique de la chaux hydratée et des cendres volantes (%)

Rés. Constituant inso.;.. Cao Fei03 Al2031 Si02 Ti0 2 Mn0 2 K20

lubl

chaux 0,5 72,3 0. 1 0,4 0. 1 0. 1 hydratée

cendres 3,8 9,5 22,8 52,5 volantes 0,8 0,05 1 '6 traces 0,8 1 '7

85 %

13 %

2 %

Perte aa feu 1050°

26,3

6,3

Le centre de l'étude était, bien entendu, l'angularité en Net, pour cela, on a étudié la variation de lg t en fonction de c/e, le rapport ciment/sable étant constant et égal à 1/3 en poids pour toutes les gâchées essayées. Les additifs ont été ajoutés à raison de 5 et 10 % du poids total sable+ additif.

Les mesures de temps d'écoulement au maniabilimètre LCL à mortier ont été faites conformément au mode opératoire BF.M-1.

Il était intéressant, de surcroît, de pouvoir évaluer les conséquences du phénomène provoquant la variation anormale de lg t sur les propriétés du béton. Pour cela, on a fabriqué 4 séries de gâchées de béton, différant entre elles par la nature du sable et de l'additif :

66

sable de Seine naturel ou additionné de 10% de mica ; - sable du Gardon naturel ou additionné de 10% de cendres volantes.

La composition du béton était, dans tous les cas :

Ciment CPA 400

* Porphyre 5/25 de la Noubleau Sable

Dans une même série, le seul paramètre qui a varié était le dosage en eau. Par gâchée, on a mesuré le temps d'écoulement dans le maniabilimètre LCL à béton conformément au mode opératoire BF.M-1 et on a déterminé les résistances à la traction directe et à la traction par fendage (6 éprouvettes cyiindriques de 16 cm de diamètre et de 32 cm de hauteur par gâchée et par type d'essai).

~g~1z~~-~~~-r~~~1~~~~· Les résultats de l'étude sont présentés :

- sur les figures 42 et 43 en ce qui concerne les essais sur mortier - sur les figures 44 et 45 pour les essais relatifs au béton.

Dans le tableau XI,on a indiqué, à partir des figures 42, 43 et 44, pour chaque série de mortier et béton étudiée

- la pente de la droite représentative de la relation (2) avec lg T = -5 (varia­tion normale de lg t en fonction de c/e)

- les coordonnées du point anguleux Net l'ordonnée du point 0 (variation anor­male de lg t) .

D'après le tableau XI, pagé 65 , on peut noter que :

- lorsque les sables de Seine et du Gardon sont employés sans additif dans le mortier, la relation entre lg t et c/e cesse de suivre l'équation (2) à partir de tN = 40 secondes dans le cas du sable de Seine et tN = 50 secondes dans le cas du sable du Gardon ; si ce dernier sable est lavé avant emploi (élimination des fines), le phénomène de variation anormale de lg t disparait ;

- lorsque les sables de Seine et du Gardon sont employés sans additif dans le béton, le phénomène de variation anormale de lg t, observé pour les mortiers, n'apparaît plus (cas du sable de Seine), ou n'apparaît, dans le cas du sable de Gardon, qu'à partir de tN = 20 secondes ; ceci peut s'expliquer par le fait que le mortier du béton est plus richement dosé en ciment que le mortier qui a été étudié seul : une partie de ciment en poids pour deux de sable au lieu d'une partie de ciment pour trois de sable ;

- du point de vue de l'existence et de l'étendue du domaine de variation anormale de lg t, on peut classer les additifs comme suit

Une caractéristique particulière de la fourniture utilisée était qu'elle était entièrement composée de plaquettes. Nous avons choisi cette forme particulière pour tenter de mettre en évidence une liaison éventuelle entre la variation anormale de lg t et la résistance à la traction du béton, avec l'idée d'accentuer les phénomènes.

67

0,3 0,5 0,7 c/e

\gt.sec. --------.......

2

1

0

-1

-2

-3

0,3 0,5 0,7 c/e

lg .sec.

0.3 0,5 c /e

Fig. 42 - Mortiers au sable de Seine. Relation entre lg t et c/e :

68

S 1 : sable de Seine

S 2 : sable de Seine + 5 % de chaux S 3 : sable de Seine + 10 % de chaux S 4 : sable de Seine + 5 % de mica S 5 : sable de Seine + 1 O % de mica

S 6 : sable de Seine + 5 % de cendres volantes S 7 : sable de Sei ne + 10 % de cendres volantes S 8 : sable de Seine + 5 % de feldspath S 9 : sable de Seine + 10 % de feldspath

2

/G5 G4

.. ..~· J

lgt. sec.

... k

0

-1

-3

0,3 0;7 c le

l gt. sec--------.

0

-1

-2

-3

lgt. sec. Fig. 43 - Mortiers au sable du Gardon

Relation entre lg t et c/e.

G 1 sable naturel G 2: sable naturel + 5 % de chaux G 3: sable naturel + 10 % de chaux G 4: sable lavé G 5: + 5 % de mica G 6: + 10 % de mica G 7: + 5 % de feldspath G 8: + 10 % de feldspath G 9: + 5 % de cendres volantes G 10: + 1 O % de cendres volantes

03 os 07 c/e

\ gt. sec--------

G7 G8

69

2

0

-1

-5

/ /

0,3 0,5 0,7 c/e

Fig. 44 - Relation entre lg t et c/e pour un béton.

1 - béton au sable de Seine naturel 2 - béton au sable du Gardon naturel 3 - béton au sable du Gardon

+ 10 % de cendres volantes 4 - béton au sable de Seine

+ 10 % de mica concassé

Fig. 45 - Résistance à la traction des éprouvettes en fonction du rapport c/e.

R1bar.~-..-~~~~~ .......... ~~~~~--.-~~~~~ ............ ~~~~~~~---.

30

20

X

0

~

+

béton au sable de Seine naturel béton au sable du Gardon naturel béton au sable du Gardon + 1 0 % de cendres volantes

béton au sable de Seine + 10 % de mica concassé

__ essai de traction par fendage _____ essai de traction directe

0,6

70

0,7 0,8 c/e

TABLEAU XI

caractéristiques de la variation de lg t en fonction de c/e des mortiers et bétons étudiés, d'après les figures 42, 43 et 44

Nature du Nature et Variation 'normale de lg t Variation anormale de lg t

proportion pente de la droite représentative Coordonnées de N t Ordonnée de 0

matériau de l'additif de lg - =A. c/e (lg t)N (c/e)N T

- 10 1,6 0,710 -3

chaux 5% 11 1,5 0,62 -3

chaux 10% 11,5 1,5 0,58 -3

Mortier mica 5% 13 1,5 0,52 -2

au sable mica 10% 28,5 1,2 0,35 1,1

de Seine cendres 5% 9 pas de variation anormale

cendres 10% 10 1

pas de variation anormlale

feldspath 5% pas de variation normale > 2,6 >o,8 -3

feldspath 10% pas de variation normale > 2,6 >o.8 -3

- 10,5 1,7 0,64 -3

chaux 5% 10,5 1,7 0,64 -3

chaux 10% 12,5 pas de variation anormale

Mortier sans additif 1 1

au sable sable lavé 10 pas de variation anormale

du Gardon mica 5% 15 1,4 0,47 -3

mica 10% 18 1 0,33 1

feldspath 5% pas de variation normale >2 >o.75 -2

feldspath 10% pas de variation normale > 2,2 >0,75 -3

cendres 5% 11,7 pas de variation anormale

1 1 cendres 10» 11,8 pas de variation anormale

1 1

Béton au 8,8 1

de variation anormlle - pas

sable de Seine mica 10% 15 1,8 0,45 - 0,7

Béton au - 9,5 1,3 0,66 -3,6

sable du Gardon cendres 10% 10 pas de variation anormale

1 1

71

. les cendres volantes suppriment le phénomène de variation anormale (ou le repoussent au delà des dosages en eau étudiés) ;

. la chaux hydratée influe dans le même sens que les cendres volantes mais moins fortement, puisqu'il faut en ajouter 10% du poids total sable + chaux pour que son influence soit sensible

. le mica provoque une augmentation très forte du dosage en eau nécessaire pour amener le mortier ou béton à une valeur donnée de lg t ; lorsque le mica est ajouté à la dose 10%, lg t diminue très peu ou pas lorsque le dosage en eau augmente au delà de celui correspondant à l'abscisse de N;

. l'addition de 5 ou 10% de feldspath provoque la variation anormale de lg t sur toute l'étendue du domaine de dosages en eau étudié ;

- les résultats sur béton confirment les observations faites à partir des essais sur mortier, concernant l'influence des cendres volantes et du mica.

En ce qui concerne les essais de résistance à la traction sur éprouvettes de béton (fig. 45), on observe que :

-p~r

100% cas du

un même béton, les valeurs obtenues par essai de fendage sont d'environ supérieures à celles obtenues par essai de traction directe, sauf dans le béton au sable de Seine additionné de mica (de 0 à 30 % seulement) ;

- les valeurs trouvées pour un même type d'essai diffèrent peu (essai de fendage) ou pratiquement pas (essai de traction directe) d'un type de béton à l'autre, à l'exception du béton au sable de Seine additionné de mica pour lequel les valeurs sont très basses ;

- la résistance à la traction par fendage diminue lorsque le dosage en eau augmente, alors que la résistance à la traction directe est à peu près insensible à la variation du dosage en eau.

On peut proposer l'explication suivante pour cette dernière observation

Nous avons pensé qu'il pouvait exister un lien entre la variation anor­male de lg t à partir d'une certaine valeur du dosage en eau correspondant au point Net le phénomène de ressuage après la mise en place, l'eau ajoutée au delà de ce dosage étant, du point de vue de l'écoulement, non utilisée. En choisissant pour le béton un gros granulat en plaquettes dont la plus grande surface tend à s'orienter horizontalement lors de la vibration sur table vibrante, nous pensions créer un emplacement préférentiel pour l'accumulation de l'eau ex­cédentaire, sous chaque grain, au contact de la surface plane horizontale, ce qui se serait traduit par une mauvaise adhérence entre mortier et gnos granulat et donc par une faible résistance à la traction directe (plan de rupture paral­lèle à l'orientation des plaquettes). Par contre, la résistance à la traction par fendage ne devait pas ou peu être influencée, étant surtout conditionnée par la résistance à la traction du mortier (plan de rupture perpendiculaire au pré­cédent). En fait, nos espoirs ont été, semble-t-il, dépassés, il est probable qu'à cause de la forme des grains, il s'est formé une pellicule d'eau sous les plaquettes quel que soit le dosage en eau (parmi ceux étudiés) et que c'est son épaisseur qui a varié, ce qui ne modifiait rien du point de vue de l'adhérence.

72

3.3.2.3. Conclusions

Le phénomène de variation anormale de lg t en fonction de c/e à partir d'une certaine valeur (S'.. )N de ce rapport dans les conditions de l'essai au maniabilimètre LCL se produit probablement aussi dans d'autres conditions de mise en oeuvre, en particulier celles des chantiers, mais il est moins accentué sur béton, en raison sans doute de la plus grande richesse en ciment du mortier du béton (1 partie de ciment pour 2 de sable dans le cas du béton au lieu <l'i partie de ciment pour 3 de sable dans le cas du mortier) ,

Les valeurs (lg t)N et (;)N seuils d'apparition du phénomène dépendent

- de la nature et de la granularité du sàble employé ;

- du dosage en ciment ; (lg t)N et (;)N diminuent lorsque le dosage en ciment augmente ;

- de la nature de l'additif ajouté ; (lg t) et (~)N diminuent très fortement avec l'ajout de chaux hydratée, augmentant sensi~lemenE avec l'ajout de mica, et très fortement avec l'ajout de feldspath.

Les essais de traction effectués sur fprouvettes de béton n'ont pas permis d'établir une liaison entre la variation anormale de lg t et le ressuage ou la formation de pellicules d'eau sous les gros granulats après la mise en place. Ils confirment par contre l'influence néfaste du mica sur la résistance à la traction du béton.

3.4. INFLUENCE DU DOSAGE EN EAU, A COMPOSITION EN CONSTITUANTS SOLIDES CONSTANTE, SUR LA QUALITE DU BETON APRES MISE EN PLACE

J.4.1. Relation entre la qualité du béton après mise en place et le dosage en eau

C'est l'expérimentation déjà utilisée au paragraphe 3.3 \partie 2 du tableau V) qui fournit les résultats nécessaires pour établir cette relation.

Les courbes représentatives, pour chaque valeur de c/(c+s+g) et pour chaque mode de remplissage du moule du maniabilimètre, sont représentées sur les graphiques de la figure 46.

3.4.2. Le dosage en eau critique

Les courbes de la figure 46ont toutes la même forme : lorsque le dosage en eau diminue (déplacement de la gauche vers la droite le long de l'axe des abscisses), la porosité décroît d'abord très faiblement, puis, à partir d'une certaine valeur du dosage en eau, croît très fortement. C'est cette valeur de dosage en eau qui correspond à la porosité minimale que nous appelons fldosage en eau critiquem (notation symbolique e ) .

-c

Les valeurs de dosage en eau critique et de porosité minimale correspon­dantes, déterminées sur les graphiques de la figure 46, sont indiquées au tableau XII.

73

(e + v)

0,3'

70 250 230 ~ l/m3 250

(e +v) '!./ (e + v)

04 G)

lt 0,4

.:;./0.3 0 0 ô

0 o_.,,,, 240 220 ~ l/m3 240

(e + v) /

y. .,..

)( X

j(

®

-o. b OO .

250 240 220 200 ~ 1/m3

74

230 210 ~ l/m 3

© r

Fig. 46 - Relation entre (e + v) et ~ pour cinq valeurs de c/ (c + s + g).

c/(c + s + g) o,32 graphique 1

c/(c + s + g) 0,26 graphique 2

c/(c+s+gl 0,20 graphique 3

c/(c + s + g) 0,16 graphique 4

c/(c + s + g) 0,12 graphique 5

x remplissage du moule par piquage

O remplissage du moule par vibration

0

A

TABLEAU XII

Dosage en eau critique e et porosité minimale -c

(e+v) . suivant c/(c+s+g) et le mode de remplissage du moule min

Valeur de Remplissage du moule Remplissage du moule c/(c+s+g) par piquage par vibration

e 9./m3 ( e+v) . e 9.,/m3 (e+v) . -c min -c min

0,32 260 0,288 240 0,278

0,26 240 0,290 222 0,262

0,20 226 0,270 214 0, 252

0,16 230 0,265 200 0' 252

0, 12 235 0,280 210 0,258

- A mode de mise en place donné :

. lorsque le dosage en ciment augmente, le dosage en eau critique diminue, passe par un minimum, puis augmente ensuite en fonction du dosage en ciment ; (e+v) . varie de la même manière, mais avec une amplitude moindre ; min

- A c/(c+s+g) donné :

. e et (e+v) . diminuent sensiblement lorsqu'on passe du premier au second d d , - c . ' mi u d . 1 ' 1 • ~ d ' ~ . ~ ~ mo e essai, c est-a- ire orsqu on augmente a quantite energie consacree a

la mise en place et à l'écoulement du microbéton dans le maniabilimètre LCL.

3.5. CONCLUSIONS DU CHAPITRE 3

Le phénomène déjà connu de l'existence, à dosages en ciment et en eau constants, d'une valeur optimale du rapport s/(s+g), du point de vue del& faci­lité de mise en place et d'une valeur de s/(s+g) optimale, du point de vue de la qualité du béton après mise en place, est vérifié.

- Dans un certain domaine de dosages en ciment qui dépend des caractéristiques des constituants du béton, ces deux valeurs de s/(s+g) col.ncident et ne dépendent pas de l'énergie consacrée à la mise en oeuvre; à l'extérieur de ce domaine, elles sont distinctes et dépendent de l'énergie de mise en oeuvre. (s/(s+g)) t diminue lorsque le dosage en ciment augmente. op

- Il existe des analogies entre le comportement du béton frais et celui des suspensions, cependant, il ne semble pas que les lois valables pour ces dernières soient applicables au béton en cours de mise en place, du fait de sa teneur en vides qui, de plus, varie au cours de la mise en place.

75

- A dosages en constituants solides constants, on peut exprimer la variation de la facilité de mise en place en fonction du dosage en eau par une relation de la forme :

lg (.!'...) = A . c T e

Dans cette relation, A dépend de la nature et des proportions des constituants solides, Test une caractéristique de l'appareil.

- A partir d'une certaine valeur de lg t, tous se passe comme si la totalité de l'eau de gâchage ajoutée n'était pas utilisée, du point de vue de la facilité de mise en place. Ce phénomène ne semble pas être un artefact . Il dépend de la nature des constituants du béton. Bien qu'on n'ait pas pu le prouver expérimen­talement, probablement à cause de la forme particulière du gros granulat choisi pour l 1 étude, on peut penser que le phénomène en question est nuisible : pour le béton, son existence provoque l'augmentation .du dosage en eau nécessaire pour amener le béton à la valeur désirée de temps d'écoulement, augmentation d'autant plus forte que la valeur désirée pour test inférieure au seuil d'apparition du phénomène.

- L'étude montre que la valeur de ce seuil peut constituer un nouveau critère de choix des sables à béton. Il est également possible, à nature de constituants fixée, d'abaisser la valeur-seuil de t par une augmentation du dosage en ciment ou par l'ajout d'un additif de correction, cendres volantes par exemple.

76

CHAPITRE 4

Le mode de mise en place et la qualité du béton après mise en place

Dans les chapitres précédents, nous avons étudié l'influence des propor­tions relatives des constituants sur la facilité- de mise en place et sur la qualité du béton après mise en place. En particulier, nous avons pu noter que, lorsque le dosage en ciment fait partie du domaine dans lequel il y a relation biunivoque entre la facilité de mise en place et la qualité du béton après mise en place, seul, le dosage en eau dépend de l'énergie appliquée à la mise en place. Puisque, dans la pratique courante, il existe une certaine diversité d'appareillages de mise en place, il nous a semblé intéressant de comparer les valeurs de dosage en eau optimal (dosage en eau critique) et de porosité minimale obtenus pour un même béton lorsqu'il est mis en place suivant un mode couramment employé dans la pratique *

Le dosage en eau critique ne dépend pas seulement du mode de mise en place, mais aussi de la nature et des proportions des constituants, ceci apparaît nettement, dans le cas de la proportion de ciment, au paragraphe 3.4.2. Nous étudions dans le présent chapitre, l'influence relative des constituants du béton (y compris un adjuvant plastifiant) et des conditions de mise en place (y compris la présence d'une armature dans le moule).

Nous définissons le temps d'écoulement critique, temps d'écoulement du béton gâché au dosage en eau critique pour le mode de mise en place appliqué ; nous nous proposons de montrer que ce nouveau critère est à peu près indépendant des constituants du béton et qu'il peut donc caractériser un mode de mise en place.

Dans la présente étude, nous nous sommes limités aux appareillages couram­ment utilisés en laboratoire : appareil de Glanville, aiguille et table vibrantes (description en 4.1 .1 .2).

77

4.1. ETUDE DU DOSAGE EN EAU CRITIQUE

4.1.1. Plan expérimental

4.1.1.1. Processus d'essais. Le pr1.nc1pe est le suivant

- On fabrique une serie de gâchées d'un même béton ; les gâchées, malaxées toutes de la même manière, et d'un volume d'une soixantaine de litres, ne diffè­rent entre elles que par le dosage en eau ; la plage de variation du dosage en eau pour la série est choisie de telle sorte que le dosage en eau critique soit situé à l'intérieur ;

- On prélève deux échantillons de béton dans chaque gâchée, l'un destiné à la mesure du temps d'écoulement' dans le maniabilimètre LCL à béton, l'autre uti­lisé pour fabriquer quatre éprouvettes cylindriques de diamètre 16 cm et de hauteur 32 cm ; pour fabriquer les éprouvettes, on applique le mode de mise en place choisi pour la série en question. Après compactage, la surface libre des éprouvettes est simplement arasée à la règle, sans talochage ni surfaçage. Lorsque les éprouvettes sont vibrées à l'aiguille vibrante, le trou éventuelle­ment laissé par celle-ci est rempli de béton, sans tassement.

On mesure, d'une part, le temps d'écoul.ement du béton de la gâchée dans le maniabilimètre à béton, d'autre part, le poids de chaque éprouvette irrnnédia­tement après fabrication. A partir de ce poids, on calcule la porosité de chaque éprouvette.

4.1.1.2. Appareils de mise en place utilisés

On a utilisé cinq appareils

- l'appareil de Glanville (Fig. 47) ;

h:: 85 cm

M

Fig. 47 - Schéma de l'appareil de Glanville. Le récipient A est rempli à la pelle. Pour éliminer la dispersion due à ce remplissage, on fait tomber le béton en chute libre dans le récipient B,

ensuite, le béton tombe en chute libre d'une hauteur de 85 cm et remplit le moule M.

- une table vibrante équipée d'un vibrateur à air comprimé

78

- une table vibrante éqùipée d'un vibrateur électrique* - une aiguille vibrante à air comprime de diamètre 30 mm '* - une aiguille vibrante à air comprimé de diamètre 25 mm

Les conditions d'application, pression d'alimentation et durée d'appli­cation pour les appareils à air comprimé, durée d'application pour la table vibrante électrique, sont précisées dans le tableau XIV (paragraphe 4.1.J .4.).

Fig. 48 - Table vibrante à air comprimé.

Fig. 49 -

Table vibrante électrique et aiguilles vibrantes à air comprimé.

L'utilisation de ces deux appareils fait l'objet d'un projet de norme pour la table vibrante et de la norme Pl8-422 pour l'aiguille vibrante.

79

4.1.1.3. Bétons étudiés

Huit bétons ont été utilisés. Les principales caractéristiques des cons­tituants solides de ces bétons et leur proportion volumique respective par rapport au mélange sec sont indiquées dans le tableau XIII. Les bétons 1, 2 et 3 ont été étudiés au L.C.P.C., les bétons 4, 5, 6, 7 et 8 ont été étudiés dans cinq L.R.P.C. à partir de constituants régionaux couramment employés sur les chantiers d'ouvrage d'art.

TABLEAU XIII

Caractéristiques et proportion volumique relative des constituants solides des bétons

Caractéristiques Béton 0

n et proportions

des constituants 1 2 3 4 5 6 7 8

CIMENT:

Classe CPA 400 CPA400 CPA 400 CPA 325 CPA 325 CPA 325 CPA 325 CPA 325

Prov.enance La Frette La Frette La Frette Origny Boussens Saint-Brieuc CIMA Vicat

Finesse Blaine 2970 2950 2750 2800 2800

Masse volumique 3,08 3,05 2,89 3,15 3,1

Proportion * 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,17

GRANULAT GROS

Nature et silico- calcaire silico- silex roulé cornéenne siliceux basalte calcaire concassé calcaire semi- concassée roulé semi-

roulé roulé concassé de de du concassé provenance de Seine de Souppes de Seine d'Oise Garonne Moncontour Loing de Clermont

Granularité 10/25 20/40 10/25 5/20 10/20 5/14 5/25 10/20

Masse volumique 2,59 2,70 2,82 2,59 2,78

Porosité - 21 % - -- - - - -Proportion 0,24 0,34 0,26 0,49 0,55 0,56 0,55 0,36

GRAVILLON même provenance que le gros granulat

Granularité 6/10 5/20 6/10 - - - 4/12

Masse volumique 2,77

Porosité - 9% - -

Proportion 0,24 0,17 0,26 - - - - 0,20

SABLE: roulé concassé roulé roulé roulé roulé roulé roulé

Provenance de Seine calcaire de Seine de Seine de d'Erdeven du Loing de de Souppes Garonne Clermont

Granularité 0/6 0/5 0/6 0/5 0/6 0/2,5 0/5 0/6

Masse volumique 2,65 2,65 2,64 2,69 2,65 2,66 2,70

E.S. 90 90 90 88 91

Proportion 0,36 0,33 0,32 0,35 0,29 0,28 0,29 0,27

Volume rapporté au volume total des constituants solides.

80

4.1.1.4. Expériences réalisées

Elles sont présentées au tableau XIV.

TABLEAU XIV

Groupes d'expériences classés par paramètres étudiés

Groupe N° du Paramètres Modes de mise en place

d'expériences béton étudiés Appareil Durée d'application

Appareil de Glanville -

Table vibrante à. air comprimé pression d'alimentation 1 bar 5 et 15 sec.

1 1 et 2 Modes de mise en place et Table vibrante à air comprimé porosité des constituants • pression 3 ,3 bar 5 sec.

Aiguille vibrante à ait comprime (\0""30mm) pression 6 bar 5 et 15 sec.

Il (1) 1 Présence d'armature Table vibrante électrique 5 et 15 sec.

111 (2) 3 Ajout d'un plastifiant Table Y.ibrante à air comprimé 5 sec. pression 3 ,3 bar

Table vibrante électrique 5, 10 et 15 sec. IV (3) 4, 5, 6, 7 et 8 Modes de mise en place et Aiguille vibrante à air comprimé {tp=25mm) 15, 20 et

nature des constituants pression 4 ,5 bar 30 sec.

( 1) L'armature était constituée de quatre lits répartis le long de la hauteur de l'éprouvette cylindrique. Chaque lit est formé de mailles carrées de 5 cm de côté, constituées de barres de 6 mm de diamètre {voir plan en annexe). Le volume de l'armature représente 2 % du volume de béton.

(2) Les trois plastifiants étudiés figurent sur la liste d'agrément ministériel'·; ils ont été employés à raison de 0,2 % du poids de ciment, dose recommandée sur la fiche d'agrément.

(3) Les groupes 1, Il et Ill ont été réalisés par R. JUNCA au LCPC. Le groupe IV a été réalisé par :

G. HOYEZ A. MALBOSC J. LEBRIS G. GRIMALDI G. DARTIGUES

(LR de Saint-Quentin) {LR de Toulouse) {LR de Saint-Brieuc) {LR de Melun) {LR de Clermont-Ferrand)

81

4.1 .2. Résultats expérimentaux

Les résultats complets de l'étude figurent dans le dossier en annexe 2. Sur les graphiques représentatifs de la variation de la porosité du béton en fonction du dosage en eau, on a lu les valeurs de dosage en eau critique et de porosité minimale correspondantes. Ces valeurs sont présentées :

•

- dans le table au XV pour le groupe I ; - dans le tableau XVI pour le groupe II - dans le tableau XVII pour le groupe III - dans le tableau XVIII pour le groupe IV.

TABLEAU XV

Groupe I. Dosage en eau critique et porosité minimale suivant le mode de mise en place et la porosité des constituants solides du béton.

Mode de mis.e en place Dosage en eau critique Porosité

Appareil durée Béton 1 Béton 2 Béton 1 (témoin) (granulats

poreux)

Glanville - 1899-/m3 20M/m3 0,230 Table vibrante à air comprimé pression !bar 5 s. 174 197 0,200

15 s. 165 188 0, 185 pression 3,3 bar 5 s. 159 182 0,175

Aiguille vibrante à air comprimé pression 6 bar 5 s. 158 194 0,170

15 s. 150 180 0, J 56

TABLEAU XVI

minimale

Béton 2

0,230

0, 185 0,200 0' 180

0, 180 0,160

Groupe II. Dosage en eau critique et porosité minimale suivant le mode de mise en place et la présence d'une armature.

Mode de mise en place Dosage en eau critique Porosité minimale

Béton 1 Béton 1

Appareil durée armé non armé armé non armé

Table vibrante 5 s. 1889-/m3 < J 72 0,212 < 0, 196

électrique 15 s. 168 < 150 0, 192 < 0,170

82

TABLEAU XVII

Groupe Ill - Dosage en eau critique et porosité minimale suivant l'ajout ou non d'un plastifiant

MODE DE MISE EN PLACE DOSAGE EN EAU CRITIQUE POROSITÉ MIN !MALE Béton 3 Béton 3

Appareil Durée Té- +Piast. Té- +Piast Té- +Piast. Té- +Piast. Té- +Piast Té- +Piast. moin A moin B moin c moin A moin B moin c

Table vibrante à air comprimé

pression 3,3 bar 5 sec. 157 146 155 145 157 151 0,168 0,173 0,172 0,173 0,172 0,180

TABLEAU XVIII

Groupe IV - Dosage en eau critique et porosité minimale suivant le mode de mise en place et la nature des constituants solides du béton

MODE DE MISE EN PLACE DOSAGE EN EAU CRITIQUE POROSITÉ MINIMALE Béton n° 0m 3 Béton n°

Appareil Durée 4 5 6 7 8 4 5 6 7 8

Tabie vibrante électrique 5 sec. 160 151 159 137 169 0,195 0;184 0,181 0,158 0,195

10 sec. 157 149 155 137 166 0,186 0,183 0,183 0,158 0,192

15 sec. 154 146 151 <132 164 0,178 0,183 0,182 0,150 0,184

Table vibrante à air comprimé 15 sec. 164 157 164 150 166 0,176 0,172 0,184 0,160 0,185

</J: 25 mm, 20 sec. 162 154 160 146 164 0,170 0,172 0,184 0,158 0,184

pression : 4 ,5 bar 30 sec. 160 151 157 143 <160 0,17( 0,172 0,186 0,152 <o,175

4.1 .3. Méthode d'analyse des résultats

L'analyse ne peut être faite que tableau par tableau, puisque les condi­tions expérimentales ont changé d'un groupe à l'autre, soit par les appareillages utilisés, soit par des détails du mode opératoire. Par exemple, pour le groupe IV, les moules destinés à la fabrication des éprouvettes ont été remplis et vibrés à l'aiguille vibrante conformément à la norme P18.422 en deux couches, alors que pour les autres groupes, les moules ont été remplis en une seule fois, puis vibrés.

L'influence relative des paramètres étudiés est testée, par tableau, par la méthode d'analyse de variance Q1J. Rappelons que le test appliqué dans cette méthode utilise la loi de distribution du rapport de variances calculées sur deux échantillons indépendants issus d'une même distribution normale. Cette loi a été mise en tables numériques par SNEDECOR. Après avoir calculé les valeurs de rapport F correspondant aux résultats expérimentaux, on les compare aux valeurs tabulées pour un seuil de probabilité déterminé (généralement, p = 0,01).

si F < F b' le paramètre testé n'a pas d'influence, au seuil de probabilité exp ta choisi ;

si F > F b' la probabilité que le paramètre testé n'ait aucune influence exp ta est au plus égale à la valeur du seuil choisi, 1% dans notre cas, c'est-à-dire qu'il y a 99 chances sur 100 pour que le paramètre influe.

83

4.1.4. Analyse des résultats expérimentaux

Les valeurs F calculées et lues dans la table numérique de SNEDECOR pour chaque groupe d'expérience sont données dans le tableau XIX.

TABLEAU XIX

Test d'analyse de variance sur _?c et (e -r v) . pour chaque groupe d'expériences - mm

Groupe Paramètre F F lu Influence d'expériences testé calculé au seuil 1 %

1 Mode de mise en place 12 10.97 Significative

(dosage en eau critique) Porosité des granulats 86 16,26 Hautement significative

1 Mode de mise en place 20 10,97 Hautement significative

(porosité minimale) 1 Porosité des granulats ( 1 ) 5,6 16,26 Pas d'influence

IV Mode de mise en place 72 10,91 Hautement significative

(dosage en eau critique) Nature des constituants 320 9,78 Hautement significative

IV Mode de mise en place 1,7 10,91 Pas d'influence

(porosité minimale) Nature des constituants 1,1 9,78 Pas d'influence

Microbéton

Dosage en ciment variable: Mode de mise en place 46 21,2 Hautement significative

paragraphe 3.4.2, tableau 1 O Dosage en ciment 16 15,98 Significative

(1)

(dosage en eau critique

Microbéton Mode de mise en place 32 21,2 Hautement significative

(porosité minimale) Dosage en ciment 8 15,98 Pas d'influence

Les groupes Il et Ill ne contiennent pas suffisamment de modalités par paramètre étudié pour que le test soit applicable.

La porosité du béton, somme des teneurs en eau et en vides intergranu la ires ne prend pas en compte la porosité des granulats, somme des vides intergranulaires '(cf. tableau de notation et paragraphe 4.3.3).

On peut remarquer, d'après le tableau XIX, que les paramètres étudiés

porosité des granulats, nature des constituants, dosage en ciment,

influent au moins autant que les modes de mise en place sur le dosage en eau critique. Par contre, ces paramètres n'ont pas d'influence sur la valeur de poro­sité mi.nimale obtenue.

Bien qu'on ne puisse appliquer de test aux résultats des groupes II et III, on peut estimer qu'il en est de même pour ces groupes :

84

- la présence d'une armature provoque la même augmentation (20~/m3 ) du dosage en eau critique que la réduction de 15 à 5 secondes de la durée de vibration

- l'ajout d'un plastifiant provoque une réduction de 6 à Il litres du dosage en eau critique ; de ce point de vue, les produits A et B sont équivalents, le produit C est moins efficace.

On peut donc conclure qu'il n'est pas possible de caractériser un mode de mise en place par une valeur de dosage en eau critique, indépendamment des paramètres intrinsèques du béton.

L'examen des tableauxXV et XVI1Ipermet de formuler quelques remarques complémentaires.

TableauXV. La diminution du dosage en eau critique et de la porosité minimale, provoquée par l'augmentation de la puissance du mode de mise en place, est importante : en appliquant la loi de FERET, on peut prévoir que l'écart de résis­tance optimale entre les éprouvettes vibrées 15 secondes à l'aiguille vibrante et celles compactées à l'appareil de GLANVILLE serait de l'ordre de 35%.

A mode de mise en place donné, la différence entre dosages en eau critique du béton 1 et du béton 2 (cf. tableau XV) est en moyenne de 25~/m3, la porosité minimale étant la même. Ceci fait penser que la différence entre dosage en eau critique est due à l'absorption d'eau par les granulats poreux du béton 2 pendant le malaxage et la mise en place, cette question sera analysée plus loin (para­graphe 4.3.3.).

Tableau XVIII. La table électriqu~st plus puissante que l'aiguille de 25 mm : 5 secondes de vibration sur la table vibrante équivalent à peu près à 30 secondes de vibration à l'aiguille vibrante, du point de vue du dosage en eau critique. L'allongement de la durée de vibration n'a que peu d'effet : réduction de 4 à 8 i/m3 du dosage en eau critique lorsque la durée de vibration triple (table vibrante) ou double (aiguille vibrante). La plus grande partie de l'air contenu dans le béton avant vibration est éliminée en un temps d'autant plus court que la vibration est plus puissante ; la prolongation de la vibration provoque l'élimination de bulles beaucoup plus petites que les premières et la porosité ne diminue que peu.

On peut observer deux anomalies dans les résultats :

- concernant le béton 7 l'écart de dosage en eau critique entre les modes de mise en place à la table et à l'aiguille vibrantes est anormalement élevé

- concernant le béton 8, le dosage en eau critique est plus élevé lorsque le béton est vibré à la table vibrante que lorsqu'il est vibré à l'aiguille vibrante.

Ces anomalies sont probablement dues à une erreur expérimentale, nous reviendrons sur ce point en 4.2.1.

85

4.2. LE TEMPS D'ECOULEMENT CRITIQUE *

Nous appelons "temps d'écoulement critique" (symbole t,) le temps d'écou­lement du béton dont la quantité d'eau de gâchage est le dosage en eau critique pour le mode de mise en place appliqué. De ce fait, à ce temps d'écoulement critique correspond la valeur minimale de la porosité du béton après mise en place suivant le mode en question. Cette valeur de temps d'écoulement critique est déterminée sur la courbe représentative de la variation de (e+v) en fonction de lg t, le seul paramètre variable du béton étant le dosage en eau.

Dans le cas du microbéton étudié dans les chapitres 2 et 3, les valeurs de temps d'écoulement critique correspondant aux deux modes de mise en place dans le maniabilimètre LCL à mortier ont été déterminées sur les graphiques des figu­res 19 et 21 (paragraphe 2.2.4.). Ces valeurs sont données dans le tableau XX. Les résultats obtenus pour les quatre groupes d'expériences décrits en 4.2.1. sont donnés dans les tableaux XXI, XXII, XXIII et XIV.

TA!3LEAU XX

Temps d'écoulement critique d'un microbéton

suivant le mode de mise en place dans le maniabilimètre et le dosage en ciment

Mode de mise en place Temps d'écoulement critique pour les valeurs de c/(c + s -r g) égales à

0,12 0,16 0,20 0,26 0,32 dans le maniabilimètre

te sec. lg te t c sec. lg\ 1c sec. lg te t c sec. lg \ t sec. c

Remplissage par piquage et

écoulement sous vibration - 0,75 6 0,9 8 0,85 7 0,9 8

d'amplitude normale

Remplissage et écoulement 1,3 20 1,3 20 1,3 20 1,3 20 -

sous vibration de grande amplitude

Nota: Les courbes correspondant à c/(c + s + g) = 0,12 ne présentent pas de minimum.

En conclusion du chapitre 2, on indiquait la possibilité de définir dans un certain domaine de dosages en ciment, une caractéristique intrinsèque du béton, la maniabilité. Dans la logique du raisonnement, on peut, de la même manière, parler de maniabilité critique.

86

TABLEAU XXI

Groupe 1 - Temps d'écoulement critique suivant le mode de mise en place et la porosité des constituants du béton

MODE DE MISE EN PLACE TEMPS D'ÉCOULEMENT CR ITIOUE

Béton 1 (témoin) Béton 2 Appareil Durée lg te te lg te

Glanville - 1,05 11 0,95

Table vibrante à air comprimé 5 sec. 1,45 28 1,30

pression 1 bar 15 sec. 1,54 35 1 ,71

pression 3,3 bar 5 sec. 1,68 48 1,63

Aiguille vibrante à air comprimé 5 sec. 1,87 74 1,84

pression 6 bar 15 sec. 2,03 108 2,05

TABLEAU XXII

Groupe Il - Temps d'écoulement critique suivant le mode de mise en place et la présence d'une armature

MODE DE MISE EN

Appareil

Table vibrante électrique

PLACE TEMPS D'ÉCOULEMENT armé

Durée lg te te sec.

5 sec. 1,38 24

15 sec. 1,94 87

TABLEAU XXIII

Groupe Ill - Temps d'écoulement critique suivant l'ajout ou non d'un plastifiant

CRITIQUE

lg te

>1,75

>2,3

(secondes)

(granulats poreux)

te

9

20

51

43

69

112

DU BÉTON 1 non armé

te sec.

57

>200

MODE DE MISE EN PLACE TEMPS D'ÉCOULEMENT CRITIQUE (secondes)

DU BÉTON 3

Appareil Durée Témoin + plast. A Témoin + plast. B Témoin + plast. c lg te te lg te te lg te te lg te te lg te te lg te te

Table vibrante à air comprimé 5 sec. 1,63 43 1,59 39 1,70

pression 3,3 bar 50 1,70 50 1,70 50 1,63 43

TABLEAU XXIV

Groupe IV - Temps d'écoulement critique suivant le mode de mise en place et la nature des constituants solides du béton

MODE DE MISE EN PLACE TEMPS D'ÉCOULEMENT CRITIQUE (secondes) Béton

0 n

Appareil Durée 4 5 6 7 8 lg te te lg te te lg te te lg te te lg te te

Table vibrante électrique 5 sec. 1,78 60 1,78 60 1,74 55 2,30 200 1,70 50

10 sec. 1,8 63 1,78 60 1,78 60 2,10 186 1,84 69

15 sec. 1,95 89 1,90 80 1,90 80 >2,6 398 1,90 80

Aiguille vibrante à air comprimé 15 sec. 1,62 42 1,60 40 1,61 41 1,70 50 2,00 100

<fJ : 25 mm 20 sec. 1,68 48 1,72 53 1,70 50 1,80 63 2,05 126

pression 4 ,5 bar 30 sec. 1,80 63 1,80 74 1,78 61 - * - >2.3 200

* La dispersion des essais était telle qu'il n'a pas été possible de déterminer lg te dans ce cas.

87

4.2.1. Indépendance du temps d'écoulement critique vis-à-vis des paramètres intrinsèques du béton

4.2.1.1. Analyse des résultats

On a traité les résultats des tableaux XXI à XXIVpar analyse de variance, de la même manière qu'en 4.2.3. Les résultats de cette analyse sont présentés dans le tableau XXV. Les paramètres "présence d'une armature" et "ajout d'un plasti­fiant" sont étudiés à part puisque le test ne peut leur être appliqué.

TABLEAU XXV

Résultat de l'analyse de variance appliquée aux temps d'écoulement critique

Groupe Paramètre F F lu Influence d'expériences testé calculé au seuil 1 %

Tableau 15 Mode de mise en place 485 34,12 Hautement significative

Dosage en ciment 0,5 29,46 Pas d'influence

1 Mode de mise en place 60 10,97 Hautement significative

Porosité des granulats 0 16,26 Pas d'influence

IV Mode de mise en place 32 10,91 Hautement significative

(table vibrante•) Nature des constituants 0,78 9,78 Pas d'influence

IV Mode de mise en place 44 10,91 Hautement significative

(aiguille vibrante**) Nature des constituants 7,1 9,78 Pas d'influence

0

* Le béton n 7 n'a pas été pris en compte dans le calcul 0

** Le béton n 8 n'a pas été pris en compte dans le calcul

On observe que :

- le mode de mise en place influe très significativement sur le temps d'écoulement critique ; il en est de même pour les conditions de mise en place (tableau XXII), la présence d'une armature divise par environ 2,5 le temps d'écoulement critique.

- par contre, les paramètres intrinsèques du béton, caractéristiques et propor­tions du ciment et des granulats et ajout ou non d'un plastifiant (tableau XXIII) n'ont pas d'influence significative sur le temps d'écoulement critique. Seuls deux résultats du tableau XXIV, concernant le béton 7 (mise en place à la table vibrante) sont différents de ceux obtenus pour les autres bétons, confirmant la remarque faite à propos du tableau XVIII .. Ces résultats anormaux peuvent proba­blement être expliqués par des erreurs expérimentales. Un programme d'essais est actuellement en cours pour élucider ce point. Nous pouvons déjà présenter deux séries d'expériences faites, l'une sur le béton 7 avec vibration de 15 secondes sur la table vibrante électrique et l'autre, sur le béton 8 avec vibration de 15 secondes à l'aiguille vibrante (W= 25 mm). Dans ce dernier cas, trois aiguil­les vibrantes ont été comparées. Les résultats sont présentés sur les figures 50 et 51. On trouve, d'après ces figures :

88

pour le béton 7, t =100 secondes, très analogue aux résultats du tableau XXIV pour les autres bétons T

pour le béton 8, t =40 ou 70 secondes, suivant l'aiguille utilisée. c

Il semble donc que ce soit bien l'appareillage et le mode opératoire qui soient en cause dans les anomalies observées.

{e + v)

Fig. 50 - Temps d'écoulement critique du béton n° 7 vibré 15 s sur la table vibrante électrique.

x __ résultats de l'étude générale o _____ série complémentaire avec contrôle du mode opératoire

(e + V) 0

I

I

1 15 2 lgt, sec.

Fig. 51 - Temps d'écoulement critique du béton n° 8 vibré 15 s

à l'aiguille vibrante (d = 25 mm).

o --- aiguille vibrante utilisée pour le béton n° 4 x ----- aiguilles vibrantes utilisées pour les bétons n° 7 et 8

89

Les premiers résultats des essais de vérification témoignent donc de l'utilité d'organiser des essais croisés entre laboratoires pratiquant les essais sur béton et de mettre au point un contrôle centralisé de réception des appareil­lages normalisé.

On a constaté, lors de l'étude du dosage en eau critique, que de même que le temps d'écoulement critique, la porosité minimale après mise en place n'est pas influencée, en première approximation, par les paramètres intrinsèques du béton. Sur la figure 52, on a représenté la variation de la porosité minimale en fonction du temps d'écoulement critique, d'après les valeurs des tableaux XV à X~III et XX à XXIV.

' (e+v l min , .. \ \• \

\

0 \,

\.

' '

1 1

@ mortiers mis en place dans le maniabilimètre LCL. o bétons mis en place à l'appareil de Glanville x bétons mis en place à la table vibrante. + bétons mis en place à l'aiguille vibrante.

0,200 i-------+---....;'~...._-*4---..,N"'---~------1------1 ' )t :ie

' X )!, ;-..+ ;>( ~

'j( .I(~ ++ l( .....,! +,c + + *

+- + 0,150

1,5 2

Fig. 52 - Porosité minimale après mise en place en fonction du temps d'écoulement critique.

D'après ce graphique, la porosité minimale diminue lorsque le temps d'écoulement critique, et donc l'énergie de mise en place, augmentent. Cependant, si pour te compris entre 6 et 40 secondes, la diminution de (e+v) . est forte, au delà de t =40 secondes, la décroissance devient faible. On peu1f!-

1négalement

remarquer qu~ les modes de mise en place no~malisés sont caractérisés par des valeurs de t supérieures à 40 secondes, et peuvent donc être considérés comme trop puissan~s nous reviendrons plus loin sur cette dernière remarque.

4.2.1.2. Conclusion de l'étude du temps d'écoulement critique

A part les deux résultats anormaux dont la cause réside probablement dans une erreur d'application du mode opératoire et dans un défaut de l'appareillage, il apparaît que, contrairement-au dosage en eau critique, le temps d'écoulement critique semble pratiquement indépendant des paramètres intrinsèques du béton.

90

Plusieurs applications pratiques découlent de cette conclusion, nous nous proposons de les développer ci-dessous.

4.3. APPLICATIONS PRATIQUES DE LA NOTION DE TEMPS D'ECOULEMENT CRITIQUE

4.3.l. Caractérisation des moyens de mise en oeuvre

A tout mode de mise en oeuvre, on peut faire correspondre un temps d'écou­lement critique. L'intérêt de cette caractérisation est évident.

Il suffit, pour qu'un béton soit correctement mis en place, dans les conditions de mise en place données sous l'action d'un dispositif donné, que le temps <l'écoule·· mP-nt <l11 h.5ton soit au plus égal au temps d'écoulement critique caractérisant le dispositif et les conditions de mise en place en question. S'il est relativement facile de caractériser par une valeur de t les modes de mise en place de laboratoire (cf. tableau XXIV pour les modes normalisés), il est, par contre, plus difficile de caractériser les modes de mise en place de chantier, surtout à cause de la très grande influence exercée par les conditions de mise en place, en particulier les armatures. Rappelons les résultats du tableau XVI : le temps d'écoulement critique correspondant à la mise en place du béton dans un moule cylindrique par une vibration de 5 secondes à la table vibrante est divisé par près de 2J5 lorsque le moule contient une armature, ce qui correspond, dans le cas de nos essais à une augmentation de 20Q,/m3 du dosage en eau. Il est cependant possible de caractériser correctement les modes et conditions de mise en oeuvre de chantier en exploitant les résultats et observations visuelles des épreuves de convenance, épreuves préliminaires obli­gatoires au commencement de bétonnage d'un ouvrage. En particulier, le bétonnage expérimental d'une partie secondaire d'ouvrage ou d'un modèle réduit doit per­mettre de fixer le temps d'écoulement nécessaire correspondant du béton, l'influ­ence de l'armature étant prise en compte. L'accumulation de ces expériences par les L.R.P.C. doit permettre ensuite de constituer une "échelle de temps d'écou­lement" valable sur le plan national. De telles observations ont déjà permis de déterminer que le temps d'écoulement minimal nécessaire est de l'ordre de 15 secondes pour le béton routier mis en place par une machine à coffrages glissants, et de l'ordre de 8 secondes pour un béton d'ouvrage d'art transporté à la pompe.

4.3.2. Effet des adjuvants plastifiants

Pour estimer l'effet réducteur d'eau d'un plastifiant, on étudie la relation entre le temps d'écoulement et le dosage en eau pour un béton contenant ou non ce plastifiant. On constate généralement qu'à même temps d'écoulement, le dosage en eau du béton additionné de plastifiant est plus faible que celui du béton témoin. La différence entre dosages en eau, à même temps d'écoulement est une estimation de l'efficacité du produit.

On peut se demander dans quelle mesure cette réduction d'eau est indé­pendante du procédé utilisé pour la déterminer. La notion de temps d'écoulement critique permet de répondre à cette question. Du fait de la correspondance entre mode de mise en place et temps d'écoulement, la réduction d'eau déterminé€ pour un temps d'écoulement donné est celle qui sera applicable pour le procédé de mise en place correspondant à ce temps d'écoulement. La validité du procédé de détermination de l'efficacité des plastifiants est donc prouvée. La notion de temps d'écoulement critique permet également de mieux montrer l'avantage de

91

l'utilisation d'un plastifiant en permettant de déterminer, dès l'étude en labo­ratoire, la réduction d'eau possible dans le cas particulier d'un chantier donné.

4.3.3. Influence réelle de la porosité des granulats

Lorsque le béton est constitué avec des granulats poreux, ceux-ci, s'ils ne sont pas saturés, absorbent une certaine quantité d'eau de gâchage durant la fabrication ; il peut en résulter une modification du comportement du béton pen­dant la mise en place. L'intérêt de cette question est lié à certaines diffi­cultés parfois rencontrées sur chantier lors de la fabrication de bétons de granulats calcaires, mais surtout au développement prévisible de l'emploi des granulats légers.

Nos résultats expérimentaux (groupe d'expériences I, bétons l et 2, tableaux de résultats n°JS et 21) permettent d'évaluer l'incidence de la porosité des granulats sur le comp rtement du béton. Ces résultats traduisent un compor­tement analogue du béton ~e granulats calcaires poreux (béton 2)et du béton de granulats silico-calcaires non poreux (béton !)

- à un même mode de mise en place correspond le même temps d'écoulement cri­tique et la même porosité minimale ;

- la différence entre les deux types de bétons est marquée par la différence entre dosages en eau critique ; cette différence est de l'ordre de 252/m3. Les granulats calcaires ayant été utilisés secs, on aurait pu penser que la quantité d'eau qu'ils étaient susceptibles d'absorber serait proche de celle absorbée après immersion dans l'eau (de l'ordre de 602/m3 de béton dans le cas de notre expérimentation). La différence entre dosages en eau critique, en supposant qu' qu'elle soit entièrement attribuable à l'absorption, est 2,4 fois plus faible.

4.3.4. Fabrication des éprouvettes

Pour de nombreuses études en laboratoire, on souhaite mettre le béton en place d'une manière aussi voisine que possible de celle du chantier. Mais une imitation parfaite est impossible en raison notamment de la taille des malaxeurs et des éprouvettes, de la présence d'une armature dans l'ouvrage et non dans l'éprouvette, etc .. ; on s'en remet alors le plus souvent à une imitation partiel­le sans signification physique. Le temps d'écoulement critique permet de fixer une règle pour ces imitations. Il faut trouver en laboratoire un procédé de mise en place du béton dans les moules caractérisé par le même temps d'écoulement critique que le dispositif utilisé sur chantier pour l'ouvrage dont on étudie le béton.

On constate qu'actuellement, la puissance consacrée à la fabrication des éprouvettes correspond à un temps d'écoulement critique bien supérieur à ceux qui caractérisent les moyens de mise en oeuvre couramment utilisés sur chantier. Il en résulte qu'à l'étude, les résistances prévues sont parfois optimistes et qu'au contrôle, les éprouvettes correspondant à une partie d'ouvrage peuvent présenter une résistance mécanique surabondante alors même que le béton de cette partie d'ouvrage présente des défauts graves de compacité.

Il semble donc qu'il conviendrait d'étudier et d'adopter des appareilla­ges dont le temps d'écoulement critique corresponde à celui des modes de mise en oeuvre courants de chantier. Bien sûr, il en résulterait une baisse apparente

92

des performances des bétons, mais les valeurs trouvées seraient plus réalistes ; une telle réforme irait dans le sens de la sécurité et revaloriserait les essais de contrôle de résistance en augmentant la confiance des constructeurs. De plus la nécessité d'obtenir un béton maniable cesserait d'être en contradiction avec le désir d'obtenir de bonnes résistances mécaniques, ce qui faciliterait les relations entre le maître d'oeuvre, l'entrepreneur et le laboratoire.

93

CONCLUSIONS GÉNÉRALES

1 - Les maniabilimètres LCL à mortier et à béton constituent des procédés de mise en place reproductibles. Suivant la durée de l'écoulement, le béton peut présenter plusieurs types de comportement. Lorsque la durée de l'écoulement n'est pas trop longue, les facteurs qui interviennent dans l'écoulement restent les mêmes d'un bout à l'autre du processus.

2 - Dans un certain domaine de dosages en ciment, la relation entre le temps d'écoulement du béton dans le maniabilimètre LCL et la porosité de ce même béton après mise en place est la même, quel que soit le paramètre du béton qui ait varié. Ce domaine coïncide avec le domaine de dosages en ciment dans lequel le dosage en eau et la porosité du béton après mise en place sont minimaux, à temps d'écoulement donné.

3 - A dosage en ciment et en eau constants, il existe toujours une valeur optima­le de s/(s+g) du point de vue du temps d'écoulement et une valeur optimale de s/(s+g) du point de vue de la porosité du béton après mise en place ; dans le domaine de dosages en ciment défini dans la conclusion 2, ces deux valeurs opti­males de s/(s+g) coïncident et ne dépendent pas de l'énergie consacrée à la mise en place. 4 - Bien qu'il existe des analogies entre le comportement du béton frais et celui des suspensions, il ne semble pas que l'on puisse appliquer au béton frais les lois rhéologiques valables pour ces dernières ; en effet, au début de la mise en place, la teneur en vides du béton est élevée et diminue continuellement pendant la mise en place.

5 - A dosages en constituants solides constants, on peut exprimer la variation du temps d'écoulement du béton en fonction du dosage en eau par une relation de la forme :

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dans laquelle le terme A dépend de la nature et des proportions des constituants solides et Test une caractéristique de l'appareil.

6 - A partir d'une certaine valeur de lg t, tout se passe comme si la totalité de l'eau de gâchage n'était pas utilisée, du point de vue du temps d'écoulement. Cette valeur-seuil de lg t dépend de la nature des constituants du béton ; le phé­nomène qui se manifeste à partir de cette valeur est nuisible puisqu'il entraîne une augmentation du dosage en eau nécessaire pour amener le béton à la valeur désirée de temps d'écoulement et que cette augmentation du dosage en eau est

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d'autant plus forte que la valeur désirée du temps d'écoulement est plus faible relativement au seuil d'apparition du phénomène. La valeur de ce seuil peut être un critère supplémentaire de choix des sables à béton et un critère de jugement de l'efficacité de l'augmentation du dosage en ciment, de l'ajout d'un additif de correction tel que les cendres volantes ou du lavage du sable choisi.

7 - Le dosage en eau critique est le dosage en eau pour lequel le béton, mis en place suivant un mode donné, présente la valeur minimale de porosité ; le temps d'écoulement critique est le temps d'écoulement du béton gâché au dosage en eau critique et la porosité minimale est la valeur de porosité de ce béton après mise en place.

Contrairement au dosage en eau critique qui dépend à la fois du mode de mise en place et des constituants solides du béton, le temps d'écoulement critique et la porosité minimale ne dépendent, en première approximation, que du mode de mise en place. Lorsque l'énergie de mise en place augmente, le temps d'écoulement critique augmente et la porosité minimale diminue.

8 - Du fait de l'indépendance du temps d'écoulement critique vis-à-vis des para­mètres intrinsèques du béton, on peut

- caractériser les modes de mise en place de chantier par un temps d'écou­lement critique qui tienne également compte des conditions particulières de mise en place telles que présence et densité de l'armature, transport du béton à la pompe etc .•. et constituer ainsi une "échelle de temps d'écoulement critiques" valable sur le plan national ;

- déterminer commodément à l'étude en laboratoire le dosage en eau optimal du béton destiné à un ouvrage et les tolérances admissibles de part et d'autre de cette valeur optimale, même si les granulats constitutifs de ce béton sont poreux

déterminer, pour la valeur de temps d'écoulement critique fixée par les conditions de mise en oeuvre du chantier, la réduction du dosage en eau rendue possible par l'ajout d'un plastifiant ;

- réaliser des dispositifs de laboratoire de puissance analogue aux appa­reillages de mise en place utilisés sur chantier pour fabriquer les éprouvettes d'étude et de contr8le ; les modes de mise en place normalisés actuels sont en effet caractérisés par un temps d'écoulement critique beaucoup plus grand que ceux appliqués sur chantier : ils sont trop puissants.

9 - Un prolongement de la présente étude pourrait être constitué par les sujets suivants :

- variation du ·domaine de dosages en ciments optimaux en fonction de la. granularité des constituants ;

- origine du phénomène de "variation anormale'', du temps d 1 écoulement du béton en fonction du dosage en eau ;

- influence des adjuvants entraîneurs d'air.

95

[2]

[3]

[4]

[s]

[7]

[8]

[9]

BIBLIOGRAPHIE

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[12] Formation aux méthodes statistiques. Centre de formation aux applications industrielles de la statistique, Institut de statistique de l'Université de Paris.

97

ANNEXE 1

1re Partie - Variation de s/(s + g) dosage en eau constant.

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3e Partie - Variation du dosage en eau pour plusieurs valeurs de s/(s + g)

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106

ANNEXE Il

( e +V)

GL

0,25

200 (e +V)

TV 1 /15 0,25

0,2 ~1-

190 180 170

( e + v)

AV 5

0,2

190 180 170

GROUPE D'EXPERIENCES l

BETON 1

DOSAGES EN EAU CRITIQUES

( e +V)

TV 1/s

0,30

0,25

l/m3

( e +V)

TV 3/5

/

l/m 3

e l/m3 ! l/m3 ---~---~-+-~--+~~--~~

160 150 180 170 160 150

(e + v)

AV 15

180 170 160 150

108

GROUPE D EXPERIENC S I

BETON 2

DOSAGES EN EAU CRITIQUES

(e +V) ( e +V)

q35 GL TV 1 /s

/ 0,30

0,30

025 1

0,25

~~ 0,20

0,20 ~ l /m3 ~ l/m3

( 220) 210 200 190 ( 210 ) 200 1 0 180 e+v e+v

TV 1/ 15 TV 3/5

0,25 0,2

0,20 0,20

~ \ /. m3 ~ l/m3

210 200 190 1 0 210 200 190 1 0 170 (e +V) (e+v}

AV 5 AV 15 0.25 0,25

0,20 0,20

~ 1/m3 e l/m3 '--+--~---~-t-~--+~~~

210 200 190 180 210 200 190 180 170

109

(e +V)

0,35

0,30

0,2

0,6

(e+ V)

025 1

0,20

0,8

{ e +V)

0,25

0,20

GL

8 1 1,2

GROUPE D1 EXPERIENCES 1 BETON 1 et 2

TEMPS D'ECOULEMENT CRITIQUES

(e +V)

Legende ' o- -- - Beton

)( Béton

0,30 TV 1/5

0,25

0,2

1.4 1,6 1,8 2\gt.sec 0,6 O.S

(e +V) I TV 1 /15 " I 0,2 TV 3/5

i /

j 0,2 / -

1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 z2 sec 0,8 1 1,2 1fo 1,6

(e+v)

AV 5 AV 15

0,20 X

1 2

/ /0

/

1.8 2 22. lgt.sec

1,8 2 2,2 2fo lgt sec

~ /

/ ~

0,8 1 1,2 lfo 1,6 1,8 2 2,2 lgt sec 0,8 1 1,2 1,4 1.6 1,8 2 2,2 2~lgtsec

110

{ e + V)

0,25

0,20

220 (e+V)

0,30

0,25

0,20

GROUPE 0 / EXPERIENCES Il

BETON 1

DOSAGES EN EAU CRITIQUES

Duree 5 sec.

0,30

0.25

0,20

. Duree 15 sec.

Legende

o---- Béton non armé x Beton armé

220 200 (e +V)

0,30

0,25

lgt.sec

0,8 1 1,2 1,L1 1,6 1,8 2 ~2 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

TEMPS D'ECOULEMENT CRITIQUES

Mise en place: table vibrante électrique

111

lgt. sec

2,2 2~

GROUPE D'EXPERIENCES Ill BETON 3

Mise en place : table vibrante 6. air comprimé ( 3,3 bar} pendant 5 secondes

DOSAGE EN EAU CRfTIQUES

(e+v)

TEMPS D'ECOULEMENT CRITIQUES

0,20 o- -

0,15

180 170 160 (e+v)

0,25

0,20

0,15

180 170 160 (e+v)

0,25

Je 0,20

o.._ - 'if/ ---L/

0.15

180 170 160

1 P\astifi ant A 1

O/ / 0,25

/ /

/0 / 020 .... ~

/° • o...:::

!! l/m3 0,15

1so o~

1 Plastifiant B 1

/ /

/ /o

/1

! t/m3

0,25

0,20

0,15

._

150 o~ 1

1, Plastifiant C 1

025 I

1 /o 0,20

o,1s e l/m3

150 0,8 1

112

I ~,,. p

~

lg t sec

1,2 1,4 1,6 1,8 2

lgt sec

1,2 1~ 1,6 1,8 2

lgt sec

1,2 1~ 1,6 1,8 2

(e +V)

q2so !BETON 4

(e+v)

q2so ....... , B_E_T_O_N _6_,

GROUP 0' EXPERIENCES IV Dosages en eau critiques

(e+v)

~ l/m3 (e+V)

113

[ BETON s I

180 170

(BETON 71

160 150

114

(e+v)

0250

GROUPE 0' EXPERIENCES IV Temps d'écoulement critiques

~ 2 ~ lgt.sec

Mise en place : aiguille vibrante a air comprimé (15 secondes)

© n° du béton

115

(e+v)

0250

015

GROUPE D'EXPERIENCES IV Temps d'écoulement critiques

1,5 2 1 ~

2,5 \gt. sec

Mise en place: aiguille vibrante O. air comprimé (20 secondes)

© n° du béton

116

GROUPE D'EXPERIENCES IV (e+v) Temps d'écoulement critiques

0250

150

1,5 2 2? lgt. sec.

Mise en place : aiguille vibrante a air comprime ( 30 secondes)

© n° du béton

117

(e+v)

0250

0,200

0.150

GROUPE D'EXPERIENCES IV Temps d'écoulement critiques

1,5 2

Mise en place : Table vibrante électrique ( 5 secondes)

© n° du béton

118

2,5 lgt. sec.

(e+V}

0250

0 50

GROUPE 0' EXPERIENCES IV Temps d / écoulement critiques

1,5 2

Mise en place : Table vrbrante électrique l 10 secondes)

© n° du béton

119

25 tgt. sec.

(e+v}

0250

0,150

GROUPE D'EXPERIENCES Temps d'écoulement critiques

1,5 2 2,5 lgt, sec

Mise en place : Table vibrante électrique ( 15 secondes)

© n° du béton

120

abstract

Experimental study of faying of fresh concrete

For this study, the « LCL maniabilimètre >> (workability meter) was used. A preliminary study showed that :

- the behaviour of concrete in the << maniabilimètre n in close to that observed under usual procedures (settling and flow of the concrete under the effect of vibration) ;

- the reproducibility of the results is satisfactory.

Two criteria of judgement of laying were adopted :

- ease of laying : logarithm of the duration of flow of the sample of concrete under vibration in the << LCL maniabilimètre >> ;

quality of concrete after laying : porosity of the sample immediately after filling the mould of the << maniabilimètre n.

The first part of the study was conducted on a micro-concrete (0/3 and 3/6 sand). Results show that there exists a domain of cernent content in which :

- the relation between ease of laying and the quality of the concrete after laying is bi-univocal ;

- the water content and the porosity of the fresh concrete are minimal for a given ease of laying ;

- the relative proportions of the solid components of the mixture, which are optimal from the point of view of ease of laying, are also optimal from the point of view of the quality of the concrete after laying. They are independent of the water content and of the energy of laying.

vVhen the water content alone is varied, we observe that below a certain duration of flow it is as though all the mixture water were not used to facilitate laying. This phenomenon is undesirable, since it entails an increase in the water content for a given ease of laying. This threshold value of the duration of flow may constitute a criterion for the choice of natural sand aggregate for concrete and for corrective additives such as fly-ashes.

In the second part of the study, methods of laying commonly employed (needles and vibrating table) were compared with the << LCL maniabilimètre n. Several types of concrete were tested, the nature of their components being very varied. It was observed that to any system of laying there may be made to correspond a duration of flow for which the porosity of the concrete after laying is minimal ; beyond this << critical flow time n, the concrete lays badly. The critical flow time depends approximately only on the energy of laying. Thus a critical flow time may be assigned to each method of on-site laying. The scale thus established makes it possible in each particular case to determine conveniently the water content of the concrete intended for a structure. We may also make laboratory samples by a procedure in which the critical flow time is the same as that on the working site in question. In this way the sample concrete and the concrete used for the structure are made more comparable.

121

zusammenfassung

Experimentelle Untersuchung des Einbaus von Frischbeton

Zur Untersuchung des Einbauprozesse~ wurde das « Maniabilimètre '' (Verarbeitbarkeitsmesser) LCL herangezogen ; eine vorher angestellte Überprüfung hatte gezeigt, dass :

- <las Verhalten des Betons im cc Maniabilimètre '' mit dem bei den herkommlichen Einbaumethoden (Rüttelsetzung und -verdichtung) beobachteten vergleichbar ist;

- die Reproduzierbarkeit der Resultate zufriedenstellend ist.

Für die Einbaufiihigkeit wurden zwei Bewertungskriterien definiert :

- die Einbauwilligkeit : Logarithmus der Fliesszeit unter Rüttelefl'ekt der in das cc Maniabilimètre " LCL eingebrachten Betonprobe ;

- die Qualitat des Betons nach Einbau : Porositat der Probe sofort nach Füllen der Form des cc Mania­bilimètre "·

Der erste Teil der Untersuchung wurde an einem Feinbeton (Sandkornung 0/3 und 3/6) vorgenommen. Für einen gewissen Zementgehaltsbereich haben die erhaltenen Resultate folgendes ergeben :

- es besteht eine umkehrbar eindeutige Beziehung zwischen Einbauwilligkeit und Qualitat des Betons nach Einbau ;

- für eine gegebene Einbauwilligkeit entspricht eine minimale \Vasserdosierung und Porositat des Betons;

- der relative Feststofl'anteil des Gemisches ist nicht nur optimal für die Einbauwilligkeit sondern ebenfalls für die Qualitat des Betons nach Einbau, wobei dieser Anteil von der \Vasserdosierung und von der für den Einbau aufgebrachter Energie unabhangig ist.

Variiert man ausschliesslich die Vvasserdosierung, so beobachtet man, dass unterhalb eines gewissen Fliesszeitwertes die gesamt beigemischte Wassermenge nicht für die Einbauwilligkeit vollig ausgenutzt wird. Bei gegebener Einbauwilligkeit ist diese Erscheinung sehr schadlich, da sie eine Erhohung der Wasserzugabe zur Folge hat. Dieser Fliesszeit-Schwellwert kann ein Bewertungsmerkmal für die \Vahl des Betonsandes und der Korrekturzusatzmittel, wie Flugasche, sein.

Der zweite Teil der Untersuchung zielte darauf hin, 'Clie herkommlichen Einbaumethoden (Rüttel­nadeln und -tische) mit dem cc Maniabilimètre" LCL zu vergleichen. Dabei wurden mehrere Betonarten untersucht. Die Bestandteile dieser Betons waren sehr verschiedenartig. Es konnte festgestellt werden, dass jeder Einbaumethode ein Fliesszeitwert entspricht, für den die Porositat des Betons nach Einbau optimal ist ; oberhalb dieser cc kritischen " Fliesszeit wird der Einbau des Betons problematisch. Die kritische Fliesszeit hangt, fast ausschliesslich, von der z.Z. des Einbaus aufgebrachten Energie ab. Für jede am Einbaustelle angewandte Einbaumethode 11isst sich also ein kritischer Fliesszeitwert bestimmen. Die so erhaltene Skala erlaubt in jedem Fall, auf einfache Weise die \Vasserzugabe eines für ein Bau­werk bestimmten Betons festzulegen. Man kann im Labor Proben mittels eines Verfahrens herstellen, dessen kritische Fliesszeit der am betrachteten Bauwerk gleich ist. Auf diese Art und \Veise verfügt man über ein Verfahren, das eine Vergleichsmoglichkeit zwischen Proben- und Bauwerksbeton schafl't.

122

resumen

Estudfo experimental de la aplicadôn del hormigon fresco

El procedimiento de aplicaciôn elegido para el estudio fue el « maniabilimètre LCL >> (aparato para determinar la manejabilidad), pues un estudio preliminar habia demostrado que :

el comportamiento del hormigôn en el. << maniabilimètre n imita perfectamente el observado bajo la acciôn de los procedimientos habituales (asentamiento y flujo del hormigôn con la acciôn de la vibraciôn) ;

- es satisfactoria la reproductibilidad de los resultados.

Se han definido dos criterios para juzgar acerca de la puesta en obra :

- la facilidad de puesta en obra : logaritmo de la duraciôn del flujo de la muestra de hormig6n bajo la vibraciôn en el « maniabilimètre LCL >> ;

la calidad del hormigôn después de la puesta en obra : porosidad de la muestra inmediatamente después de llenar el molde del « maniabilimètre n.

Se efectuô la primera parte del estudio en un microhormigôn (arenas 0/3 y 3/6). Los resultados demues­tran que existe un campo de dosificaciones de cemento en el cual :

- la relaciôn entre la facilidad de puesta en obra y la calidad del hormigôn fresco tras la puesta en obra es biunivoca ;

la dosificaciôn de agua y la porosidad del hormigôn son minimas a determinada facilidad de puesta en obra;

- las proporciones relativas a componentes sôlidos de la mezcla que son ôptimas desde el punto de vista de la facilidad de puesta en obra son también ôptimas desde el punto de vista de la calidad del hormigôn después de aplicado. Son independientes de la dosificaciôn de agua y de la energia de pnesta en obra.

Cuando ûnicamente se hace variar la dosificaciôn de agua, se observa que por debajo de cierto valor de la duraciôn del flujo, todo ocurre como si la totalidad del agua de amasado no se hubiera utilizado para facilitar la puesta en obra. Este fenômeno es perjudicial por acarrear el aumento de la dosifica­ciôn de agua, a facilidad de puesta en obra dada. Este valor umbral de la duraciôn del flujo puede cons­tituir un criterio selectivo de las arenas de hormigôn y de los aditivos correctores tales como las cenizas volantes.

En la segunda parte del estudio, se compararon en el « maniabilimètre LCL n, modos corrientes de puesta en obra (vibradores de aguja y de mesa). Para esta parte, se sometieron a ensayo varios tipos de hormigones, por ser muy diversa la naturaleza de los componentes de esos hormigones. Se pudo comprobar que a cualquier modo de puesta en obra, se puede hacer corresponder una duraciôn de flujo para el cual es minima la porosidad del hormigôn después de la puesta en obra ; por encima de este « tiempo de flujo critico n, el hormig6n se aplica mal. El tiempo de flujo critico no depende nada mas que aproximadamente de la energia de puesta en obra. Asi, pues, se puede asignar un tiempo de flujo critico a cada modo de puesta en obra en el sitio. Con la escala asi constituida se puede en cada caso especial, determinar cômodamente la dosificaciôn de agua del hormigôn destinado a una obra. También se pueden fabricar las probetas en laboratorio mediante un procedimiento cuyo tiempo de flujo critico es el mismo que el de la obra considerada. De este modo, se hacen mas comparables el hormigôn de las probetas y el hormig6n de la obra.

123

pesIOMe

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- IIOBTOpHeMOCTh pe3yJibTaTOB - yp;oBJieTBOpHTeJibHa.

EhIJIH onpep;eJieHhI p;sa HpMTep:ua )J;JIH oueHHM YHJiamrn ôeTOHHOH cMec:u

- meCTHOCTh, BbipaIBeHHaH JiorapmpMOM BpeMeHH TeqeHHH rrp:u BHÔpau:un IIOMell{eHHOro B IIpMÔOp oôpa3ua ôeTOHHOH CMec:u;

- KaqecTBO YJIOffieHHOro ÔeTOHa, BbipameHHOe IIOpHCTOCTbIO oôpa3ua cpa3y IIOCJie 3aIIOJIHeHHH tJ>opMbl np:uôopa, p;o BMÔpMpoBaHHH.

llepBaH qacTb HCCJiep;oBaHHH ÔbIJia Bbll10JIHeHa Ha MHHpoôeTOHe (H3 IIeCIWB c pa3MepoM 3epeH p;o 3 H )J;O 6 MM). IloJiyqeHHhie pe3yJihTaTbI IIORa3hJBaIOT, qTO cymecTByeT OÔJiaCTh )J;03Hp0BRH ueMeHTa, B HOTOpOH:

- 3aBMCHMOCTh Memp;y mecTHOCThIO 6eTOHHOH cMec:u rr KaqecTBOM yJiomeHHoro ôeToHa - B3aHMHo O)J;H03Ha'!Ha;

- cop;epmaH:ue BO)J;bl H nopHCTOCTb CBemeyJIOffieHHOro 6eTOHa - MHHHlVJaJihHhl IIpH p;aHHOH meCTHOCTH;

- COOTHOilleH:tte TBepp;bIX COCTaBJIHIOil{HX CMeCH, OIITHMaJibHOe c TOqHH 3peHHH IBeCTIWCTH, OIITH-MaJihHO l1 c Toqm1 3peHHH l{aqecTBa YJIOIBeHHoro 6eTOHa. 3TO COOTHOilleHHe He 3aBHCHT HH OT cop;ep­maHHH BO)J;hI, HH OT 3HeprMH YRJia)J;RH.

IlpH BaprrupoBaHHH O)J;HOro TOJibRO cop;epmaHHH BO)J;hI HaÔJIIO)J;aeTCH, qTo, HOrp;a BpeMH TeqeHHH ôeTOH­HOH CMeCH MeHbille HeROTOporo 3HaqeHHH, BCë npoHCXO)J;HT RaR eCJIH ÔbI BO)J;a 3aTBOpeHHH He BCJI ÔhIJia HCIIOJih30BaHa )J;JIH OÔJierqeHHH y1map;Rl1. dTO HBJieHI1e - Bpe)J;HO' TaR RaR OHO BJieqeT 3a COÔOH IIOBh!­IlleHMe )J;03Hp0BRH BO)J;hI, npH p;aHHOH meCTHOCTH. 3TO noporosoe 3HaqeHne BpeMeHH TeqeHHH ÔeTOHHOH CMeCH MOIBeT CJIYIBHTh HpMTep:tteM )J;JIH nop;ôopa neCHOB H BBO)J;HMh!X B 6eTOHHYIO CMeCh p;oôaBOR THIIa 30JihI yHoca.

Bo BTOpoH: qacTH HCCJie)J;oBaHHH cpaBHHBaJIHCh OÔblqHbiè MeTO)J;hl YRJia)J;HH 6eTOHHOH CMeCH (rJiy­ÔHHHhIMH BH6paTopaMH H Ha BHÔpOCTOJiax) c YRJia)J;l<ot°I B TeXH.flqecROM BHCH03HMeTpe JIUJI. B 3TOH qacTH HCCJie)J;oBaHHH ÔbIJIO HCIIbITaHO HeCHOJibHO 6eTOHHhIX CMeceH: c CaMbIMH pa3JIHqHhIMH no npHpop;e COCTaBJIHIOil{HMH. EhIJIO ycTaHOBJieHo, qTo )J;JIH Ramp;oro MeTop;a YRJia)J;HH MOIBHO orrpep;eJIHTh BpeMH TeqeHHH, ROTopoe COOTBeTCTByeT MHHHMaJibHOH nopHCTOCTH YJIOffieHHoro 6eToHa H BhIIlle HOTOporo 6eTOH TIJIOXO y1map;bJBaeTCH. 3TO (( RpHTHqec1we )) BpeMH TeqeHHH opHeHTHpOBOqHo 3aBHCHT TOJibRO OT :mepruu YRJiap;:Ku. CJiep;oBaTeJihHO, BCJIHHH: MeTop; yRJia)J;RH 6eToHa Ha cTpOHTeJihHoH: nJiomap;:Ke MomeT ÔbITh xapaRTepl130BaH COOTBeTCTBYIOil{HM HpHTnqeCRHM BpeMeHeM TeqeHHH. TaRHM o6pa30M, TIOJiyqeH­HaH IllRaJia TI03BOJIHeT B RaIB)J;OM ROHRpeTHOM cJiyqae yrro6HO onpep;eJIHTb pacxop; BO)lhl, HYlRHhIH )lJIH np:o:rOTOBJieHHH 6eTOHHOH CMeCH UJIH p;aHHOro coopymeHHH. MoIBHO TaRIBe H3rOTOBJIHTh JiaôopaTOpHbie o6pa3l{hI MeTO)lOM YRJia)lRH, ROTOpbIH xapa:KTepn3yeTCH TeM me HPMTHqecm!lVI BpeMeHeM TeqeHHH, qTo I1 MeTO}I y1ma;i:i;RH Ha CTpOHTeJibHOM -OÔ'beRTe. TeM caMhIM OÔJierqaeTCH cpaBHeHue 6eTOHa H3rOTOB­JieHHhIX o6pa3IJ;OB c 6eTOHOM, yJIOIBeHHbIM B coopymeHHe.

124

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION 7

CHAPITRE l - LE MANIABILIMETRE LCL 10

1 .1 DESCRIPTION DU MANIABILIMETRE LCL ET DE SON MODE OPERATOIRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.1 .1 L'appareil

1 .J .2 Le mode opératoire

1 .1 .3 Caractéristiques expérimentales du maniabilimètre

JO

13

LCL ........ lt • o • ., •• & • o ••••••• "' • , • o. •• o $ •••••• "' ., o • o l 4

1 .2 ETUDE DU CHAMP DE VIBRATION DANS LE MOULE DU MANIABILI-METRE LCL

1 .2.1 Moule vide

1. 2. 2

1.2.1.l 1.2.1.2

Aperçu d'ensemble .................... . Etude du mouvement de la plaque de fond de moule (cas du maniabilimètre à béton)

Moule contenant un échantillon de béton ........ .

1. 2. 2 .1 1 .2.2 .2

Aperçu d'ensemble ..................... . Mouvement de la plaque de fond de moule.

1 .3 LES DIVERSES PHASES DE L'ECOULEMENT DU BETON DANS LE MANIABILIMETRE LCL

1 .3 .1

1 .3 .2

1 .3 .3

Description schématique de l'écoulement

Etude des deux phases de l'écoulement

Résultats des essais et interprétation

1 .4 LES DIVERS TYPES D'ECOULEMENT

1 .4.1

1 .4 .2

1 .4.3

1 .4 .4

Méthode d'observation

Description des deux types d'écoulement observés.

Observations particulière's sur le type d 'écou-lement n °1 . o o Il. o •• li o o ••••••••••• o o • •• o • ., •••• o o ..

Influence du dosage en ciment sur l'écoulement du béton ....................................... .

125

14

14

14

15

16

16 17

20

20

20

21

24

24

26

28

28

1 .4.5 Conclusions sur les types d'écoulement 29

CHAPITRE 2 - FACILITE DE MISE EN PLACE ET QUALITE DU BETON APRES MISE EN PLACE o e é • o .... o o o 6 •• o o • o •• o • 6 • o " ., • o ••• 11 .... o o " ... o o o 6 • o o o • o 3 1

2.1 CRITERES DE LA FACILITE DE MISE EN PLACE ET DE LA QUALITE DU BETON APRES MISE EN PLACE ................. 31

2.2 ETUDE COMPARATIVE DES VARIATIONS DE LA FACILITE DE MISE EN PLACE ET DE LA QUALITE DU BETON APRES MISE EN PLACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2 .2. l

2.2.2

Etendue de l'étude

Particularités du processus opératoire

2.2.3 Résultats des essais

2.2.4 Etude des graphiques

2 .2.4 .1 2.2.4.2

Le dosage en eau varie seul Le rapport s/(s+g) varie seul

2.3 EXISTENCE D'UN DOMAINE DE VARIATION CONJOINTE DE LA FA­CILITE DE M.ISE EN PLACE ET DE LA QUALITE DU BETON

32

33

33

35

35 39

APRES MISE EN PLACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.4 CONCLUSIONS DU CHAPITRE 2 ····························• 45

CHAPITRE 3 - FACILITE DE MISE EN PLACE OPTIMALE ET QUALITE OPTIMALE DU BETON APRES MISE EN PLACE ................................. 47

3.1 INFLUENCE DES PROPORTIONS RELATIVES DES CONSTITUANTS SOLIDES, A DOSAGE EN EAU CONSTANT .................... 47

3.2 ANALOGIES ET DIFFERENCES ENTRE BETON ET SUSPENSION .... 5]

3.3 INFLUENCE DU DOSAGE EN EAU, A COMPOSITION EN CONSTI­TUANTS SOLIDES CONSTANTE, SUR LA FACILITE DE MISE EN PLACE

3 .3 .1 Variation normale et variation anormale de la facilité de mise en place .................... .

3.3.1 .1 Forme de la relation entre lg t et le

58

58

dosage en eau . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8 3.3.1 .2 Variation anormale de la facilité de

mi.se en place . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.3.2 Etude des causes de la variation anormale de la facilité de mise en place ...................... 61

3 .3. 2 .1 3.3.2.2 3.3.2.3

Causes dûes à l'appareillage Causes dûes aux constituants Conclusions

126

61 65 73

3.4 INFLUENCE DU DOSAGE EN EAU, A COMPOSITION EN CONSTI­TUANTS SOLIDES CONSTANTE, SUR LA QUALITE DU BETON APRES MISE EN PLACE ............... , ... , .. , .. , . , . . . . . 7 3

3.4.J Relation entre la qualité du béton après mise en place et le dosage en eau ................. 73

3.4.2 Le dosage en eau critique 73

3.5 CONCLUSIONS DU CHAPITRE 3 75

CHAPITRE 4 - LE MODE DE MISE EN PLACE ET LA QUALITE DU BETON APRES MISE EN PLACE ....................... , , .... , ............. , . , . . . 77

4.1 ETUDE DU DOSAGE EN EAU CRITIQUE

4.1 .J Plan expérimental

4.J.1.1 4.1.1.2 4.1.J.3 4 .1 .1 .4

Processus d'essais ................. . Appareils de mise en place utilisés .. Bétons étudiés ..................... . Expériences réalisées

4.1 .2 Résultats expérimentaux

4.1 .3 Méthode d'analyse des résultats

4.1 .4 Analyse des résultats expérimentaux

4.2 LE TEMPS D'ECOULEMENT CRITIQUE

4.2.1 Indépendance du temps d'écoulement critique vis-

78

78

78 78 80 8]

82

83

84

86

à-vis des paramètres intrinsèques du béton .... 88

4.2.1.1 4 .2.1 .2

Analyse des résultats .............. . Conclusion de l'étude du temps d'écou-lement critique

4.3 APPLICATIONS PRATIQUES DE LA NOTION DE TEMPS D'ECOU-

88

90

LEMENT CRITIQUE . . . . . . . . . . . • . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.3.1 Caractérisation des moyens de mise en oeuvre .. 9]

4.3.2 Effet des adjuvants plastifiants

4.3.3 Influence de la porosité des granulats

4.3.4 Fabrication des éprouvettes

91

92

92

CONCLUSIONS GENERALES 94

BIBLIOGRAPHIE 96

ANNEXES • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 99

127

Imprimé au LCPC, 58 boulevard Lefebvre - 75732 PARIS CEDEX J 5, sous le numéro 502 438

Dépôt légal: 2e trimestre 1974