UNIVERSIT DE SHERBROOKE Facult de gnie

Dpartement de gnie civil

VALORISATION DE LA POUDRE DE VERRE

DANS LE BTON AUTOPLAANT

Mmoire de matrise Spcialit : gnie civil

Sihem CHEKIREB

Jury : Arezki TAGNIT-HAMOU (Directeur) Ammar YAHIA (Co-directeur) Patrice RIVARD (Rapporteur) Abdelkrim BENGOUGAM (Examinateur)

Sherbrooke (Qubec) Canada Juillet 2015

mes prcieux parents

mes chers frres

Cette fois-ci, la question nest pas de savoir quelle sphre cleste tourne autour de lautre, mais de dcider si lenvironnement est une partie de lconomie ou lconomie une partie de lenvironnement.

Lester R. Brown

i

RSUM

Les btons autoplaants (BAP) reprsentent une nouvelle technologie rvolutionnaire dans

le domaine de la construction et du gnie civil. Lemploi de ce type de bton innovant ne

cesse de gagner du terrain et se gnralise diverses applications grce leurs multiples

avantages techniques et socio-conomiques. Cependant, la formulation des BAP est

relativement complexe et coteuse par rapport un bton conventionnel vibr. Une forte

teneur en liant et un dosage adquat en adjuvants chimiques sont requis afin dassurer les

proprits de fluidit, dhomognit et de stabilit de ces nouveaux btons. Par ailleurs,

lutilisation du verre mixte au Qubec gnre beaucoup de dchets polluants et nuisibles

lenvironnement. Dans ce contexte, il semblerait avantageux de recycler ce verre en

remplacement partiel du ciment. Cela permet de diminuer le prix de revient du BAP, de

limiter lutilisation des ressources naturelles et dattnuer la production de gaz effet de

serre.

Lobjectif principal de cette tude est le dveloppement dun BAP conomique et cologique

contenant la poudre de verre (PV) comme ajout cimentaire. Leffet de la PV sur la rhologie

des ptes de ciment et sur les performances des BAP ltat frais et durci est valu. Tous

les mlanges de ptes et de BAP sont prpars avec un rapport E/L de 0,42. Diffrents

pourcentages de remplacement du ciment par la PV, allant jusqu' 40% en masse de liant

total, sont tudis dans des matrices binaires et ternaires. Dans le cas des systmes ternaires,

la fume de silice est utilise 3% en masse de liant. D'autre part, la cendre volante classe F

(CV) et le laitier de haut fourneau (L) sont utiliss des fins de comparaison. Les rsultats

des essais montrent que la PV rduit la demande en superplastifiant en comparaison avec la

CV et L. En outre lutilisation de la PV naffecte pas la viscosit plastique, mais diminue

significativement le seuil de cisaillement des ptes tudies. Dautres parts, le remplacement

partiel du ciment par la PV amliore louvrabilit, la rhologie et la stabilit des BAP binaires

et ternaires sans lemploi dun agent de viscosit. Les proprits mcaniques ainsi que la

rsistance la pntration des ions chlorures et la rsistance au gel-dgel des BAP

incorporant la PV sont comparables voir meilleures que celle du tmoin dpendamment du

pourcentage de remplacement.

On peut dire quil est possible de produire un BAP incorporant la poudre de verre comme

ajout cimentaire alternatif local dans une optique de dveloppement durable.

Mots cls : bton autoplaant, ajouts cimentaires, poudre de verre, rhologie, proprits

mcaniques, durabilit.

iii

REMERCIEMENTS

Je tiens exprimer mes sincres remerciements et ma grande gratitude envers mon directeur

de recherche, le professeur Arezki Tagnit-Hamou pour la confiance quil ma accorde en

moctroyant ce sujet de recherche passionnant, pour son aide et son soutien technique et

financier.

Mes vifs remerciements vont particulirement mon codirecteur de recherche, le professeur

Ammar Yahia pour ses conseils qui mont permis dvoluer sur le plan exprimental et

scientifique.

Je souhaite remercier toutes les personnes du Groupe Bton qui mont aid de prs ou de

loin dans lachvement de mes travaux de recherche. Je remercie galement tous les

techniciens et les stagiaires pour leur disponibilit et leur aide.

Enfin, un grand merci tous mes amis de Sherbrooke pour les bons moments passs

ensemble et les fous rires partags.

v

TABLE DES MATIRES RSUM ................................................................................................................................ i REMERCIEMENTS ............................................................................................................ iii LISTE DES FIGURES ........................................................................................................ vii LISTE DES TABLEAUX .................................................................................................... xi 1. INTRODUCTION ......................................................................................................... 1

1. 1 Mise en contexte et problmatique ......................................................................... 1 1. 2 Objectifs du projet de recherche ............................................................................. 2 1.3 Structure du mmoire .............................................................................................. 3

2. REVUE DE LA LITTRATURE ................................................................................. 5 2. 1 Gnralits sur les BAP .......................................................................................... 5

2.1.1 Dfinition, historique et avantages .................................................................. 5 2.1.2 Approches de formulation ............................................................................... 6 2.1.3 Caractristiques recherches ltat frais ..................................................... 10

2. 2 Notions de rhologie - Application aux matriaux cimentaires............................ 12 2.2.1 tude de la rhologie ..................................................................................... 12 2.2.2 Comportements rhologiques ........................................................................ 12 2.2.3 Modles mathmatiques ................................................................................ 14

2. 3 Rhologie des BAP Rle des constituants ......................................................... 15 2.3.1 lchelle de la pte ..................................................................................... 15 2.3.2 lchelle du BAP ........................................................................................ 28

2. 4 La poudre de verre dans les btons ....................................................................... 35 2.4.1 Proprits ltat frais ................................................................................... 35 2.4.2 Proprits ltat durci .................................................................................. 36

2. 5 Conclusion ............................................................................................................ 40

3. PROGRAMME EXPRIMENTAL ET PROCDURES DESSAIS ........................ 41 3. 1 Prsentation du plan exprimental ........................................................................ 41 3. 2 Caractristiques des matriaux ............................................................................. 49

3.1.1 Ciment ........................................................................................................... 49 3.1.2 Poudre de verre .............................................................................................. 49 3.1.3 Cendres volantes ............................................................................................ 51 3.1.4 Laitier de hauts fourneaux ............................................................................. 51 3.1.5 Fume de silice .............................................................................................. 52 3.1.6 Sable et gros granulats ................................................................................... 53 3.1.7 Adjuvants chimiques ..................................................................................... 54 3.1.8 Eau de gchage .............................................................................................. 54

3. 3 Procdures de malaxage ........................................................................................ 55 3.3.1 Malaxage des ptes ........................................................................................ 55 3.3.2 Malaxage des BAP ........................................................................................ 55

3. 4 Description des essais ........................................................................................... 56 3.2.1 Essais sur les ptes ltat frais..................................................................... 56

vi

3.2.2 Essais sur BAP ltat frais .......................................................................... 59 3.2.3 Essais sur BAP ltat durci ......................................................................... 63

4. RSULTATS ET DISCUSSION ................................................................................ 67 4.1 Optimisation rhologique des ptes de ciment ..................................................... 67

4.1.1 Ptes matrice binaire ................................................................................... 67 4.1.2 Conclusions (ptes binaires) .......................................................................... 80 4.1.3 Ptes matrice ternaire .................................................................................. 81 4.1.4 Conclusions (ptes ternaires) ......................................................................... 85

4. 2 Validation sur les BAP dtat frais..................................................................... 86 4.2.1 talement et maintien de la maniabilit ........................................................ 88 4.2.2 Demande en superplastifiant ......................................................................... 90 4.2.3 V-Funnel vs T50 ............................................................................................ 91 4.2.4 J-Ring ............................................................................................................ 92 4.2.5 Seuil de cisaillement et viscosit plastique.................................................... 93 4.2.6 Tassement vs viscosit plastique ................................................................... 94 4.2.7 Teneur en air et masse volumique ................................................................. 95 4.2.8 Conclusions ................................................................................................... 96

4. 3 Performance des BAP ltat durci ...................................................................... 97 4.3.1 Proprits mcaniques ................................................................................... 97 4.3.2 Durabilit ..................................................................................................... 102 4.3.3 Conclusions ................................................................................................. 105

5. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES .................................................................... 107 5.1 Sommaire ............................................................................................................ 107 5.2 Contributions et perspectives .............................................................................. 108

LISTE DES RFRENCES .............................................................................................. 110

ANNEXE A ....................................................................................................................... 116

vii

LISTE DES FIGURES

Figure 2-1 : Critres de base pour assurer une bonne dformabilit, une stabilit acceptable et un faible risque de blocage [Khayat, 1999] .................................................... 7

Figure 2-2 : Fractions volumiques typiques des constituants majeurs du bton ordinaire et du BAP type AV et poudre pour presque la mme rsistance la compression .......................................................................................................................... 10

Figure 2-3 : Classification des fluides selon leur comportement rhologique .................... 13

Figure 2-4 : Courbe dcoulement des ptes de ciment sans superplastifiant [Cyr et al., 2000] .......................................................................................................................... 17

Figure 2-5 : Distribution granulomtrique du ciment Portland ordinaire (OPC) et du ciment trs fin (SFC) [Chen et Kwan, 2012] ................................................................ 18

Figure 2-6 : a) Seuil de cisaillement versus E/C. b) Viscosit apparente versus E/C ......... 18

Figure 2-7 : Effet du dosage en SP sur le comportement rhologique des ptes de ciment 20

Figure 2-8 : Effet du dosage en SP sur les proprits rhologique des ptes de ciment Portland [Park et al., 2005].............................................................................................. 21

Figure 2-9 : Variation du seuil de rigidit en fonction des diffrentes combinaisons SP-AV [Yahia, 1997] .................................................................................................... 22

Figure 2-10 : Variation de la viscosit apparente 5,1 s-1 en fonction des combinaisons .. 22

Figure 2-11: Effet du taux de remplacement par la cendre volante (CV) sur les proprits rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005] ........................................ 24

Figure 2-12 : Influence du diamtre moyen des CV sur les proprits rhologiques des ptes [Ferraris et al., 2001] ........................................................................................ 25

Figure 2-13 : Effet du taux de remplacement par le laitier de haut fourneau (L) sur les proprits rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005] ....................... 27

Figure 2-14 : Effet du taux de remplacement par la fume de silice (FS) sur les proprits rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005] ........................................ 28

Figure 2-15 : Effet du rapport E/L et du dosage en SP sur ltalement et le temps dcoulement au V-Funnel [Felekolu et al., 2007] ........................................ 30

Figure 2-16 : Effet du rapport E/C sur le dveloppement des rsistances la compression [Felekolu et al., 2007] ..................................................................................... 30

viii

Figure 2-17 : Influence de la teneur en CV sur les rsistances la compression (SP = 0,7%) [Lachemi, 2001] ................................................................................................ 32

Figure 2-18 : Influence de la teneur en CV sur le retrait de schage (SP = 0,7%) .............. 32

Figure 2-19 : Pntrabilit des ions chlorures 28 et 91 jours des BAP (E/L = 0,38) ....... 33

Figure 2-20 : Rsistances la compression pour les btons ternaires [Abdalla, 2012] ...... 37

Figure 2-21 : Expansion due la RAS des mortiers contenant des particules de verre de diffrentes tailles [Shayan et Xu, 2004] ........................................................... 38

Figure 2-22 : Pntrabilit des ions chlorures 28 jours des btons incorporant la plus part 30 % dajouts cimentaires [Zidol, 2014] .......................................................... 38

Figure 2-23 : Pntrabilit des ions chlorures 56 jours des btons incorporant la plus part 30 % dajouts cimentaires [Zidol, 2014] .......................................................... 39

Figure 2-24 : Pntrabilit des ions chlorures 91 jours des btons incorporant la plus part 30 % dajouts cimentaires [Zidol, 2014] .......................................................... 39

Figure 2-25 : Retrait de schage des btons avec E/L = 0,49 [Shayan et Xu, 2006] .......... 40

Figure 3-1 : Organigramme des phases exprimentales ...................................................... 48

Figure 3-2 : Courbe granulomtrique du ciment GU et des poudres de verre PV-1 et PV2 50

Figure 3-3 : Granulomtrie du sable naturel (0 5 mm) ..................................................... 53

Figure 3-4 : Granulomtrie de la pierre (5 14 mm) .......................................................... 54

Figure 3-5 : Dimensions du mini cne [Kantro, 1980]........................................................ 56

Figure 3-6 : Dimensions du cne Marsh [Yahia, 1997] ...................................................... 57

Figure 3-7 : Rhomtre MCR 302 et gomtrie utilise ..................................................... 58

Figure 3-8 : Protocole de mesure rhologique..................................................................... 59

Figure 3-9 : Mesure de ltalement, du T50 et de lIVS...................................................... 60

Figure 3-10 : Essai du J-Ring .............................................................................................. 61

Figure 3-11 : Schma du V-Funnel [Khayat, 1999] ............................................................ 62

Figure 4-1 : talement des ptes contenant PV-1 en fonction du dosage en SP 5 min du contact eau liant ............................................................................................. 68

Figure 4-2 : talement des ptes contenant PV-2 en fonction du dosage en SP 5 min du contact eau liant ............................................................................................. 68

ix

Figure 4-3 : Aspect visuel de ltalement des ptes au mini cne ....................................... 69

Figure 4-4 : Maintien de la maniabilit dans le temps des ptes contenant PV-1 (0,12 % SP) .......................................................................................................................... 70

Figure 4-5 : Maintien de la maniabilit dans le temps des ptes contenant PV-2 (0,12 % SP) .......................................................................................................................... 70

Figure 4-6 : Pourcentage de perte de la maniabilit entre 5 et 60 minutes pour un dosage en SP de 0,12 % ..................................................................................................... 71

Figure 4-7 : Temps dcoulement des ptes contenant PV-1 en fonction du dosage en SP 72

Figure 4-8 : Temps dcoulement des ptes contenant PV-2 en fonction du dosage en SP 72

Figure 4-9 : Variation du seuil de cisaillement en fonction du dosage en SP des ptes contenant PV-1 ................................................................................................. 76

Figure 4-10 : Variation du seuil de cisaillement en fonction du dosage en SP des ptes contenant PV-2 ................................................................................................ 76

Figure 4-11 : Variation du seuil de cisaillement des ptes avec 20 % de remplacement du ciment ............................................................................................................... 77

Figure 4-12 : Variation de la viscosit plastique en fonction du dosage en SP des ptes contenant PV-1 ................................................................................................. 78

Figure 4-13 : Variation de la viscosit plastique en fonction du dosage en SP des ptes contenant PV-2 ................................................................................................. 79

Figure 4-14 : Variation de la viscosit plastique en fonction du dosage en SP des ptes avec 20 % de remplacement du ciment ..................................................................... 79

Figure 4-15 : talement des ptes ternaires en fonction du dosage en SP 5 min du contact .......................................................................................................................... 81

Figure 4-16 : Maintien de la maniabilit dans le temps des ptes ternaires (0,18 % SP) .... 82

Figure 4-17 : Temps dcoulement des ptes ternaires en fonction du dosage en SP ......... 83

Figure 4-18 : Variation du seuil de cisaillement en fonction du dosage en SP des ptes matrice ternaire ................................................................................................. 84

Figure 4-19 : Variation de la viscosit plastique en fonction du dosage en SP des ptes matrice ternaire ................................................................................................. 85

Figure 4-20 : talement des btons autoplaants 10 et 60 minutes du contact eau - liant .......................................................................................................................... 89

Figure 4-21 : Pourcentage de perte de maniabilit entre 10 et 60 minutes ......................... 89

x

Figure 4-22 : Demande en SP pour un talement initial ( 10 min) de 660 30 mm ......... 90

Figure 4-23 : Variation de ltalement initial, du V-Funnel et du T50 selon la teneur des ajouts cimentaires dans les btons autoplaants binaires et ternaires ............... 92

Figure 4-24 : Seuil de cisaillement et viscosit plastique des btons autoplaants binaires et ternaires............................................................................................................. 94

Figure 4-25 : Tassement total et viscosit plastique des BAP binaires et ternaires ............ 95

Figure 4-26 : Rsistances la compression des BAP 1, 7, 28, 56 et 91 jours .................. 98

Figure 4-27 : Gain des rsistances en compression des BAP binaires et ternaires (MPa) .. 99

Figure 4-28 : Rsistances la traction par fendage des BAP 28 et 91 jours .................. 100

Figure 4-29 : Gain de rsistance la traction par fendage entre 28 et 91 jours ................ 100

Figure 4-30 : Module dlasticit E des BAP 28 et 91 jours .......................................... 101

Figure 4-31 : Rsistance aux ions chlorures des BAP ( 28, 56 et 91 jours) .................... 103

Figure 4-32 : Retrait de schage des BAP ......................................................................... 105

xi

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 2-1 : Ajouts minraux utiliss [Ferraris et al., 2001] ............................................ 25

Tableau 3-1 : Paramtres de formulation des ptes binaires et ternaires ............................. 42

Tableau 3-2 : Essais sur les coulis ltat frais ................................................................... 42

Tableau 3-3 : Formulation des BAP matrice binaire et ternaire ....................................... 45

Tableau 3-4 : Essais sur BAP ltat frais .......................................................................... 46

Tableau 3-5 : Essais sur BAP ltat durci ......................................................................... 47

Tableau 3-6 : Caractristiques physico-chimiques des ciments .......................................... 49

Tableau 3-7 : Composition chimique des poudres de verre ................................................ 50

Tableau 3-8 : Composition chimique des cendres volantes de classe F .............................. 51

Tableau 3-9 : Composition chimique du laitier de haut fourneau ....................................... 52

Tableau 3-10 : Composition chimique de la fume de silice .............................................. 52

Tableau 3-11 : Caractristiques physiques du sable et des gros granulats .......................... 53

Tableau 3-12 : Valeurs de lindice visuel de stabilit (IVS) [ASTM 1611]........................ 60

Tableau 3-13 : Cotation qualitative de la surface caille [NQ 2621-900] ......................... 65

Tableau 3-14 : Pntrabilit des ions chlorures selon la charge lectrique [ASTM C1202]...................................................................................................................... 65

Tableau 4-1 : Diminution des paramtres rhologiques du B-20PV3FS ............................ 94

Tableau 4-2 : Augmentation du module E des BAP ternaires par rapport au tmoin ....... 102

1

1. INTRODUCTION

1. 1 Mise en contexte et problmatique

Les btons autoplaants (BAP) reprsentent une nouvelle gnration de bton dvelopps pour

acclrer la cadence de construction et amliorer la qualit des structures. Ce sont des btons

innovants qui sadaptent un bon nombre dapplications de gnie civil. Leur utilisation ne cesse

de saccroitre et de slargir dans le domaine de la construction des ouvrages dart, la

prfabrication et la rparation des infrastructures. Cependant, concilier entre fluidit,

homognit, stabilit et cot de production reprsente un vrai dfi. En effet, la formulation des

BAP est relativement coteuse par rapport un bton ordinaire en raison de leur demande,

relativement leve, en liant et en adjuvants chimiques. Cela implique une exploitation

croissante des ressources naturelles non renouvelables. Une des stratgies employes afin de

pallier le problme de limpact environnemental de cette classe de bton, sans perturber le

dveloppement conomique et social, est lutilisation des ajouts cimentaires (AC) en

remplacement partiel du ciment Portland pour la fabrication de BAP valeur ajoute et

respectueux de lenvironnement.

Au Qubec, les ajouts cimentaires les plus utiliss sont des coproduits et sous-produits

industriels, tels que la fume de silice, les laitiers de haut fourneau et les cendres volantes. Ils

peuvent tre incorpors dans les centrales bton prt--lemploi ou mlangs au ciment lors

du broyage du clinker pour produire des ciments composs [Atcin, 2003]. Certains BAP

contiennent un volume trs lev dAC en remplacement partiel du ciment afin damliorer la

stabilit, daugmenter le maintien de la fluidit et de limiter le dgagement de la chaleur

[Khayat, 1999]. Par ailleurs, dautres produits alternatifs ayant un potentiel pouzzolanique et/ou

hydraulique mergent de plus en plus. On retrouve, notamment la poudre de verre (PV). Cette

dernire est issue du broyage des dchets de verre mixte provenant de la collecte slective des

bouteilles et contenants en verre color [Quantis et RECYC-QUBEC, 2015]. On peut classer

la PV comme un ajout alternatif post-consommation.

Lutilisation de la PV en tant quajout cimentaire alternatif a fait lobjet de plusieurs recherches

depuis une quinzaine dannes [Idir, 2009]. Il est montr que la PV a une pouzzolanicit

similaire, voire suprieure celle des cendres volantes [Schwarz et al., 2008]. Il est montr

aussi que lincorporation de 20 30 % de PV amliore louvrabilit, les rsistances mcaniques

2

et la durabilit des btons ordinaires [Abdalla, 2012; Aladdine, 2009; Shayan et Xu, 2006;

Zidol, 2009]. De ce fait, il serait intressant et prometteur dlargir lventail dutilisation de la

poudre de verre en tant quajout cimentaire en lincorporant dans les BAP. Ces derniers sont

souvent produits avec des ciments ternaires base de laitier et fume de silice (L + FS) ou

base de cendres volantes et fume de silice (CV + FS). Cependant, on na pas assez de donnes

concernant leffet de la PV sur la rhologie des ptes de ciment et sur les performances ltat

frais et ltat durci des BAP.

Ce projet de recherche vise alors apporter des rponses concrtes et cibles quant la

faisabilit de valoriser la poudre de verre dans une matrice cimentaire binaire ou ternaire afin

de produire un BAP cologique, durable et forte valeur ajoute.

Les questions qui se posent et auxquelles nous tenterons de rpondre sont : quelle est linfluence

de la PV sur les proprits rhologiques de la matrice cimentaire ? Jusqu quel pourcentage de

remplacement du ciment par la PV peut-on arriver pour formuler un BAP stable ? Et est-ce

quon peut diminuer lapport en ajouts chimiques ? Peut-on produire un BAP ternaire base de

PV et FS ayant des performances satisfaisantes ?

1. 2 Objectifs du projet de recherche

Ce projet de recherche sinscrit dans le cadre de la chaire SAQ de valorisation du verre dans les

matriaux cimentaire. Lobjectif principal de cette recherche est de dvelopper un BAP

conomique et cologique contenant la poudre de verre en remplacement partiel du ciment

Portland. Cela constitue une alternative locale quant au recyclage du verre mixte et quant

lutilisation des cendres volantes et des laitiers de haut fourneau. Afin datteindre notre but

principal, nous nous sommes fix les objectifs spcifiques suivants :

Optimisation rhologique des ptes de ciment matrices binaires et ternaires. Il sagit

essentiellement de dterminer les proprits dcoulement des ptes contenant diffrents

taux de remplacement du ciment par la PV et dvaluer le dosage de saturation en

superplastifiant (SP) pour chaque systme cimentaire.

Caractrisation et optimisation rhologiques des BAP formuls avec des matrices

cimentaires binaires et ternaires. La rhologie, louvrabilit et la stabilit sont tudies

pour nous permettre doptimiser les formulations de BAP aux proprits dsires.

3

Dtermination des performances ltat durci des BAP optimiss matrice binaire et

ternaire pour valuer leffet de la poudre de verre sur les proprits mcaniques

(rsistance la compression, rsistance la traction, module dlasticit) et la durabilit

(rsistance au gel-dgel et lcaillage, permabilit aux ions chlorures, retrait de

schage).

Une fois les objectifs spcifiques atteints, ce projet de recherche va apporter des rponses

scientifiques quant leffet de la poudre de verre sur la rhologie des ptes de ciment et du

BAP. Aussi, cela va permettre de donner un aperu sur les performances ltat durci des BAP

base de PV.

1.3 Structure du mmoire

Ce mmoire de matrise se compose principalement de six chapitres :

Chapitre 1 : Introduction. Dans ce chapitre nous cernons la problmatique ainsi que les

questions qui en dcoulent et auxquelles nous tenterons de rpondre travers les objectifs de

ce travail de recherche.

Chapitre 2 : Bibliographie. Aprs le premier chapitre, le second constitue un tour dhorizon sur

la technologie du bton autoplaant, les lois qui rgissent les proprits dcoulement des

matriaux cimentaire et le rle que jouent les constituants du BAP sur ses proprits ltat

frais et durci. Nous verrons galement leffet de lincorporation de la PV sur louvrabilit des

btons, leurs proprits mcaniques et leur durabilit.

Chapitre 3 : Mthodologie. Ce chapitre concerne le programme exprimental mis au point afin

datteindre les objectifs fixs. Les caractristiques des matriaux utiliss et les diffrentes

procdures dessais sont dcrites.

Chapitre 4 : Rsultats et analyses. Les rsultats obtenus tout au long des diffrentes phases du

projet sont exposs et analyss dans ce chapitre.

Chapitre 5 : Conclusions et perspectives. Ce chapitre est un rsum et une conclusion finale de

ce travail de recherche. Nous soulignons leffet de la PV sur les proprits dcoulement des

BAP, leurs proprits mcaniques et leur durabilit. Ce chapitre constitue aussi une fentre sur

4

les voies de recherche qui peuvent tre entreprises dans le domaine du recyclage du verre mixte

dans les matriaux cimentaires.

5

2. REVUE DE LA LITTRATURE

2. 1 Gnralits sur les BAP

2.1.1 Dfinition, historique et avantages Le bton autoplaant (BAP) est un bton trs fluide qui scoule sous son propre poids et se

met en place sans vibration, sans sgrgation et sans ressuage [Khayat, 1999]. Le concept de

bton autoplaant, aussi appel bton autocompactant, bton autoconsolidant ou bton

autonivelant pour les applications horizontales, a t introduit pour la premire fois la fin des

annes 1980 par des chercheurs de lUniversit de Tokyo [Okamura et Ouchi, 2003]. Lide

dun bton fluide et homogne se mettant en place sous leffet de son propre poids est ne du

problme de durabilit des structures en bton au Japon. Cela tait d la rduction du nombre

de mains-duvre qualifies qui assuraient une bonne mise en uvre et une bonne

consolidation du bton. La prennit des structures tait menace face ce problme. Ds lors,

la recherche, le dveloppement et lutilisation du BAP ont pris de lampleur en Europe et en

Amrique du Nord une dizaine dannes aprs son premier dveloppement [Domone, 2006].

En effet, ce nouveau type de bton rvolutionnaire tant par ces caractristiques ltat frais

qu ltat durci offre un bon nombre davantages techniques, et socio-conomiques lis son

utilisation [ACI 237 R, 2007]. On peut citer :

Les avantages techniques :

- Bon remplissage des coffrages et enrobage des armatures adquat sans vibration.

- Facilit de coulage dans des endroits confins et/ou difficiles daccs.

- Possibilit de confectionner des structures de gomtrie complexe et/ou fortement

ferrailles.

- Meilleures performances et durabilit grce leur grande compacit.

- Proprits mcaniques analogues ou suprieures celles du bton vibr.

- Amlioration des qualits esthtiques des parements et des surfaces.

- Mise en place aise par pompage.

Les avantages socio-conomiques :

- Optimisation du rendement des chantiers et des usines de prfabrication.

- Augmentation des cadences de production et gain de temps.

6

- Suppression des oprations coteuses en mains-duvre qualifies pour le compactage

du bton, le talochage et le ragrage des surfaces.

- conomie sur le cot global dun projet.

- Rduction des nuisances sonores sur les chantiers, notamment en milieux urbains, dues

principalement lemploi de vibrateurs internes et/ou externes.

- Diminution de la pnibilit du travail et amlioration des conditions de scurit des

ouvriers.

2.1.2 Approches de formulation Il nexiste pas de mthode universelle pour formuler un BAP. Lapproche de formulation

adopte dpend du type dapplication et des exigences spcifiques de chaque projet de gnie

civil. Nanmoins, toutes les approches de formulations visent assurer un BAP fluides et

homogne sans sgrgation et sans ressuage. De ce fait, Khayat (1999) a rsum les critres

ncessaires pour assurer les proprits autoplaantes du BAP (Figure 2-1).

Par ailleurs, selon les recommandations du comit de lAmerican Concrete Institute sur

lemploi des BAP [ACI 237 R, 2007], on peut distinguer trois scnarios de formulation des

BAP :

i. Forte teneur en poudre et utilisation de superplastifiant ;

ii. Faible teneur en poudre, utilisation de superplastifiant et dagent de viscosit ;

iii. Moyenne teneur en poudre, utilisation de superplastifiant et une quantit limite

dagents de viscosit. Dans ce cas la stabilit est obtenue en utilisant un mlange de

granulats adapt, ou en diminuant le rapport E/L ou en utilisant un agent de viscosit.

7

Figure 2-1 : Critres de base pour assurer une bonne dformabilit, une stabilit acceptable et un faible risque de blocage [Khayat, 1999]

Quelques approches de formulation des BAP sont rsumes dans les paragraphes suivants :

Approche Japonaise :

Lapproche Japonaise, aussi appele mthode base sur loptimisation du mortier, est propose

par [Okamura et Ouchi, 2003]. Le principe de cette mthode est tel que :

- La quantit de gros granulat dans le bton est limite 50% du volume total des solides

(granulats + sable + liants) ;

- La quantit de sable est limite 40 % du volume total de mortier ;

- Le rapport E/L volumique se situant entre 0,9 et 1;

8

- Le dosage en superplastifiant et le rapport E/L finaux sont ajusts de manire assurer

la fluidit et la viscosit ncessaires au BAP ;

- La caractrisation de la fluidit et de la viscosit se fait travers lessai dtalement et

le temps dcoulement au V-funnel respectivement.

Cette mthode, bien que scuritaire et menant vers des BAP de trs hautes rsistances, ncessite

une grande quantit de pte et donc une teneur leve en ciment et en superplastifiant afin de

minimiser les frictions entre les granulats et le risque de blocage lors de lcoulement. La

viabilit conomique de ces BAP est peu satisfaisante et mne vers des cots trs levs.

Approche Sudoise :

[Sedran et de Larrard, 1999] rapportent que Petersson et coll., (1996), sur la base des travaux

de Tangtermsirikul et Van (1995), ont repris lapproche dvaluation du risque de blocage et

lont intgr dans la formulation du bton. Dans cette mthode, le volume de pte minimal

ncessaire pour atteindre un bon taux de remplissage la boite en L est calcul pour chaque

rapport granulats/sable (G/S) et en utilisant les courbes de rfrence de chaque nature de

granulats. Aussi, le volume de pte minimal pour atteindre un talement donn est estim en se

basant sur la compacit granulaire du mlange sable + granulats. Le rapport G/S final est celui

qui ncessite le mme volume de pte pour avoir louvrabilit recherche. Les teneurs en fines,

en eau et en superplastifiant sont ajustes par la suite pour obtenir la rsistance en compression

vise, une viscosit suffisante pour la stabilit et un faible seuil de cisaillement pour la

dformabilit. Les paramtres rhologiques sont valus grce un viscosimtre coaxial sur un

mortier contenant les particules de moins de 250 m.

Cette mthode, bien quelle offre une meilleure optimisation de la pte par rapport la mthode

Japonaise, reste difficilement applicable pour formuler les BAP du fait que les courbes de

rfrences de chaque granulat ne sont pas gnralises et cela prend beaucoup de temps et

dessais pralables pour les tablir.

Approche Franaise:

[Sedran et de Larrard, 1999] ont propos une approche de formulation des BAP base sur

loptimisation du squelette granulaire par lemploi dun modle mathmatique intitul Modle

de suspension solide . Ce dernier est implment dans le logiciel Ren-LCPC conu pour

optimiser la granularit des matriaux de gnie civil partir de grandeurs exprimentales faciles

mesurer [Sedran et de Larrard, 1994]. Les donnes dentre dans le logiciel sont : la

9

distribution granulomtrique, la densit, lindice de compacit propre chaque constituant, et

le dosage de saturation en superplastifiant. Lutilisation dagent de viscosit nest pas prise en

compte. Cette mthode est valide pour les BAP sous les conditions rhologiques suivantes :

- Un seuil de cisaillement infrieur ou gal 400 Pa.

- Une viscosit plastique infrieure ou gale 200 Pa.s.

savoir que les auteurs ont dtermin ces paramtres rhologiques en utilisant le BTrheom

un rhomtre dvelopp au Laboratoire Central des Ponts et Chausses (LCPC).

La procdure de formulation peut tre rsume comme suit :

- Une premire combinaison de liant est fixe priori (ex. 70% ciment et 30% filler

calcaires).

- Le dosage de saturation en superplastifiant est dtermin pour la combinaison de liant

choisie.

- La demande en eau est value en prenant en compte le dosage en SP.

- Les calculs sont excuts avec le logiciel en tenant compte du confinement (effet de

paroi).

- Une gche dessai, de 10 15 L, est conu. La teneur en eau et le dosage en SP sont

ajusts afin datteindre la viscosit ncessaire et ltalement vis.

Cette mthode prsente un bon potentiel de formulation de BAP conomique en peu de temps

et en rduisant le nombre dessais pralables pour ajuster le dosage des constituants. De plus,

le logiciel de calcul est en constante volution afin de prendre en compte les dernires

volutions en matriaux cimentaires et en incorporant le paramtre de durabilit.

Approche Nord-Amricaine:

Dans le contexte Nord-Amricain, on retrouve deux mthodes de formulation afin dassurer un

faible seuil de cisaillement et une viscosit modre (Figure 2-2). La premire mthode appele

BAP type poudre est une combinaison entre lapproche Japonaise et la mthode de

formulation du bton haute-performance (BHP). La mthode type poudre est base sur un faible

rapport E/L et lutilisation dajouts minraux (fume de silice, cendres volantes, laitiers, filler

calcaire) afin daccroitre les rsistances mcaniques et la durabilit, lutilisation de

superplastifiant pour assurer la fluidit ncessaire. Une viscosit modre est maintenue grce

au volume leve en poudre qui remplace une fraction du ciment. La deuxime mthode appele

BAP type AV est base sur lutilisation dagent de viscosit afin dassurer la plasticit du

10

mlange. Dans ce cas, une moyenne teneur en poudre avec ventuellement des ajouts minraux

est suffisante, lutilisation de superplastifiant afin dassurer de bonnes proprits dcoulement

du BAP [Bonen et Shah, 2005].

Figure 2-2 : Fractions volumiques typiques des constituants majeurs du bton ordinaire et du

BAP type AV et poudre pour presque la mme rsistance la compression

[Bonen et Shah, 2005]

2.1.3 Caractristiques recherches ltat frais

Le bton est caractris ltat frais par son ouvrabilit. Celle-ci, dtermine laptitude dun

bton frais remplir les coffrages et enrober convenablement les armatures, et donc remplir

les exigences dune bonne mise en uvre. Louvrabilit du bton autoplaant est dfinie par sa

grande dformabilit, sa capacit de passage et sa rsistance la sgrgation [Hwang et al.,

2006].

Dformabilit :

La dformabilit ou la capacit de remplissage dcrit la capacit du BAP s'couler librement

dans un milieu non confin (sans obstacles) et remplir compltement tous les espaces

l'intrieur du coffrage sous son propre poids. La dformabilit est influence par la teneur et la

nature du liant, la teneur et la granulomtrie des granulats, le rapport sable/granulat, le rapport

E/L, les adjuvants et les interactions intergranulaires.

11

Capacit de passage :

La capacit de passage dcrit la facilit avec laquelle le bton peut passer dans les milieux

confins (avec obstacles, prsence darmature par exemple) et les espaces troits sans blocage

avec le minimum de friction possible entre les particules. Le blocage peut apparaitre lorsquil

y a une sgrgation des granulats au voisinage des armatures, empchant ainsi le passage du

bton [Khayat, 1999]. Cette sgrgation peut tre due une teneur leve en eau, ou un

surdosage en SP entrainant un manque de stabilit et dhomognit entre les composants.

Rsistance la sgrgation :

La rsistance la sgrgation est dfinie par la stabilit du bton, cest--dire, la capacit du

matriau maintenir une rpartition homogne de ses diffrents constituants au cours de son

coulement et de sa mise en place. De ce fait, il existe deux types de stabilit qui caractrisent

le BAP : la stabilit dynamique et la stabilit statique.

- La stabilit dynamique : correspond la capacit du bton rester homogne lors de sa

mise en place, cest--dire, les particules restent en suspension sans sparation dans la

matrice cimentaire lors de lcoulement du bton.

- La stabilit statique : correspond la rsistance du bton au tassement et au ressuage

lorsquil est au repos avant sa prise (aprs la mise en place). Le bton doit maintenir en

suspension les fines particules, cest ce qui rfre la rsistance au tassement. Le

ressuage tant un tassement progressif du bton sous leffet de son propre poids, ce qui

entraine une expulsion de leau libre la surface du bton. Lutilisation dun volume

lev en poudre et dun agent de viscosit empchent le ressuage du bton ltat frais.

Pour une bonne mise en place du BAP, il est important dassurer un bon quilibre entre toutes

ces caractristiques ltat frais. Elles ont une influence directe sur les proprits mcaniques

et la durabilit du bton, mais aussi sur la qualit de surface et lesthtique des parements et des

ouvrages dart.

12

2. 2 Notions de rhologie - Application aux matriaux cimentaires

2.2.1 tude de la rhologie

La rhologie est une branche de la mcanique des milieux continue qui tudie lcoulement et

la dformation de la matire sous leffet dune contrainte applique. Elle permet de dterminer

une relation entre la contrainte, la dformation et le temps travers des modles ou des lois

mathmatiques.

Ltude du comportement rhologique de la matire nous permet [Wallevik, 2006] :

- de comprendre les interactions entre les diffrents composants dun produit et dobtenir

un aperu de la structure de lchantillon. Il existe une relation entre la taille et la forme

des particules ou des molcules dissoutes et/ou en suspension dans un solvant ;

- deffectuer le contrle de la qualit dun produit. Les essais rhologiques nous

permettent dobtenir les proprits dun chantillon dans son ensemble ;

- de concevoir des quipements et des procds. Le fonctionnement des pompes et des

gazoducs est rgi par le comportement rhologique des substances.

2.2.2 Comportements rhologiques

La rhologie est utilise dans plusieurs domaines industriels, notamment les matriaux

cimentaires (pte, mortier et bton de ciment) afin de comprendre et didentifier leur

comportement ltat frais. Le comportement rhologique des matriaux cimentaires est

variable et dpend de la composition de la pte (type de liant, adjuvant chimique, rapport E/L),

de la nature et de la teneur des granulats (sable, gros granulats), des diffrentes interactions

entre les particules (collodales, hydrodynamiques, frictionnellesetc.) et des conditions

exprimentales. travers la littrature [Coussot, 2012; Shaughnessy et Clark, 1988; Wallevik,

2006], on peut classifier les fluides selon leurs comportements rhologiques (Figure 2-3).

savoir que les matriaux cimentaires sont considrs comme des suspensions de particules de

tailles diffrentes dans un fluide de viscosit variable.

13

Figure 2-3 : Classification des fluides selon leur comportement rhologique

Quelques dfinitions :

- Fluide Newtonien :

On appelle liquide Newtonien un fluide dont le rapport entre la contrainte de cisaillement la

vitesse de dformation reste constant. Ce rapport exprime la viscosit, elle est indpendante du

cisaillement.

- Rhofluidifiant ou pseudo-plastique:

Un fluide est dit rhofluidifiant quand la viscosit apparente diminue avec laugmentation de

la vitesse de cisaillement.

- Rhopaississant ou dilatant:

Un fluide est dit rhopaississant quand la viscosit apparente crot avec laugmentation de la

vitesse de cisaillement.

- Fluide seuil :

On appelle un fluide seuil quand il ncessite une contrainte minimale au-del de laquelle il

peut scouler.

- Thixotropique :

Un fluide est dit thixotrope quand sa viscosit diminue avec le temps pour une contrainte de

cisaillement donne. Cela est rversible, le fluide se restructure, cest--dire, que sa viscosit

augmente aprs un temps de repos suffisant.

14

- Rhopctique ou anti-thixotropique :

La rhopectie est le contraire de la thixotropie. La viscosit dun fluide rhopectique augmente

avec le temps en appliquant une vitesse de cisaillement constante. Ce phnomne est rversible,

au repos il y a une dstructuration du fluide, la viscosit diminue.

- Fluides viscolastiques :

La viscolasticit linaire caractrise un comportement intermdiaire du matriau entre un

solide lastique de Hooke (les dformations sont proportionnelles aux contraintes) symbolis

par un ressort de module E (ou G) et un fluide visqueux Newtonien (vitesses de dformations

proportionnelles aux contraintes) symbolis par un amortisseur de viscosit .

Llasticit dun matriau traduit sa capacit conserver et restituer lnergie aprs

dformation, la viscosit traduit sa capacit dissiper lnergie.

- Viscosit :

La viscosit est une grandeur physique qui traduit la rsistance lcoulement uniforme de la

matire. La viscosit peut aussi tre dfinie comme tant le frottement interne dun fluide d

aux interactions molculaires.

- Seuil de cisaillement :

Le seuil de cisaillement reprsente la contrainte minimale applique au fluide afin dinitier un

coulement. En dessous de cette contrainte, aucune dformation ne se produit.

2.2.3 Modles mathmatiques

Il existe plusieurs modles mathmatiques afin de dcrire le comportement rhologique des

matriaux cimentaires. Ces modles expriment la contrainte de cisaillement () en fonction du

gradient de vitesse (), on peut citer :

Le modle de Bingham : = o + p [Bingham et Reiner, 1933]

Le modle dHerschel-Bulkley : = o + K n [Herschel et Bulkley, 1926] n < 1 : fluide rhofluidifiant

n > 1 : fluide rhopaississant

n = 1 : fluide de Bingham

15

Le modle de Bingham modifi : = o + p + C 2 [Yahia et Khayat, 2001]

Avec:

: contrainte de cisaillement (Pa)

: taux de cisaillement ou gradient de vitesse ou vitesse de dformation (s-1)

0 : seuil de cisaillement (Pa)

p : viscosit plastique (Pa.s) K : facteur de consistance (Pa.sn) n : indice dcoulement C : paramtre de second ordre (Pa.s2)

2. 3 Rhologie des BAP Rle des constituants

Le bton autoplaant est un mlange biphasique homogne. Il est compos de ciment, dajouts

minraux, dadjuvants chimiques, dair et deau formant la phase cimentaire ; de sable

(particules de 0 5 mm) et de gros granulats (particules de 5 20 mm) formant la phase

granulaire. Chacun de ces constituants une influence sur le comportement rhologique aussi

bien lchelle de la pte qu celle du BAP, mais aussi sur les proprits ltat durci du

bton. Dans les paragraphes suivants, nous exposons le rle des diffrents constituants

lchelle de la pte de ciment et lchelle du BAP.

2.3.1 lchelle de la pte

La littrature regorge dtudes sur les facteurs qui influencent lcoulement de la pte. Le but

principal de la majorit de ces tudes est de comprendre le comportement rhologique de la

matrice cimentaire afin de prdire le comportement rhologique du bton travers la corrlation

entre les diffrents paramtres de formulation et de mesure [Ferraris et al., 2001; Hidalgo et al.,

2009; Perrot et al., 2012; Sant et al., 2008; Schwartzentruber et al., 2006; Vikan et al., 2007].

Cela permet aussi disoler la rhologie de la pte et de mieux comprendre les interactions qui

existent entre les poudres (ciment et ajouts minraux) leau et les adjuvants chimiques. Ces

16

derniers nont pas une action sur les granulats. Lintrt dtudier la rhologie des ptes de

ciment peut tre rsum dans les quatre points suivants [Papo, 1988] :

1) Afin de fournir un outil utile pour contrler la production de ciment ;

2) Pour obtenir un moyen de prdire linfluence des additifs chimiques sur le

comportement du bton ;

3) Pour obtenir des informations complmentaires sur la chimie du ciment ;

4) Pour des applications particulires, telles que les injections de coulis de ciment.

Par ailleurs, la pte de ciment est une solution hautement concentre de particules solides. Son

comportement rhologique est influenc par plusieurs facteurs tels que [Papo et Piani, 2004;

Vikan et al., 2007] :

- Rapport E/L ;

- Composition chimique et minralogique du ciment ;

- Temps dhydratation et changements structuraux lis la cintique dhydratation ;

- Ractivit chimique des ajouts minraux ;

- Distribution granulomtrique, densit, finesse Blaine, forme gomtrique et texture de

la surface des poudres (ciment et ajouts minraux) ;

- Proprits des adjuvants chimiques ;

- Conditions de malaxage : type de malaxeur, vitesse et dure de malaxage ;

- Conditions de mesure : instruments, procdures exprimentales, temprature, humidit.

Rle du rapport E/L :

Les chercheurs saccordent sur le fait que plus le rapport E/L est lev plus le seuil de

cisaillement et la viscosit apparente diminuent [Cyr et al., 2000; Feys et al., 2009; Nehdi et

Rahman, 2004; Wong et Kwan, 2008; Yahia et al., 2005]. En effet, leffort ncessaire pour

lcoulement de la pte diminue avec laugmentation de la teneur en eau, la pte est plus fluide.

[Cyr et al., 2000] ont tudi leffet des superplastifiants sur le comportement rhopaississant

des ptes de ciment contenant ou pas des ajouts minraux. Dans un premier temps, les auteurs

ont compar le comportement rhologique des ptes sans superplastifiants, ils ont fait vari le

rapport E/L de 0,30 0,48. Lquation de Herschel Bulkely est utilise pour caractriser la

rhologie des ptes. Les courbes dcoulement des ptes (Figure 2-4) montrent que

17

laugmentation du rapport E/L entraine la diminution du seuil de cisaillement et de la viscosit

plastique.

Figure 2-4 : Courbe dcoulement des ptes de ciment sans superplastifiant [Cyr et al.,

2000]

[Nehdi et Rahman, 2004] ont estim les proprits rhologiques des ptes de ciment en utilisant

diffrents modles rhologiques pour diffrentes gomtries de mesure, dentrefer et de surface

de friction. Gnralement, ils ont trouv que le seuil de cisaillement augmente avec la

diminution du rapport E/L pour les ptes testaient avec les rhomtres cylindres coaxiaux en

appliquant plusieurs modles rhologiques.

Rle des caractristiques du ciment :

La surface spcifique du ciment influence les paramtres rhologiques des ptes. Pour un

rapport E/C constant, le seuil de cisaillement et la viscosit plastique augmentent linairement

avec laugmentation de la surface spcifique Blaine [Lapasin, 1979]. Ce constat est confirm

par ltude de Chen et Kwan (2012). Ces auteurs ont valu lefficacit de laddition de ciment

trs fin sur la compacit granulaire et la rhologie des ptes base de ciment Portland. La Figure

2-5 reprsente la granulomtrie des deux ciments utiliss, le ciment Portland ordinaire (OPC)

dune finesse Blaine de 326 m2/kg et le ciment trs fin (SFC) dune finesse Blaine de 780 m2/kg

[Chen et Kwan, 2012].

18

Figure 2-5 : Distribution granulomtrique du ciment Portland ordinaire (OPC) et du ciment

trs fin (SFC) [Chen et Kwan, 2012]

La Figure 2.6 (a, b) reprsente le seuil de cisaillement et la viscosit apparente des ptes avec

addition de 0 20 % de SFC en fonction de diffrent rapport E/C. Laddition de 20 % de ciment

trs fin (surface Blaine 2,4 fois suprieure celle du ciment Portland ordinaire) mne vers une

augmentation des paramtres rhologiques. Les auteurs ont expliqu ce constat par une

augmentation de la cohrence de la pte cimentaire

Figure 2-6 : a) Seuil de cisaillement versus E/C. b) Viscosit apparente versus E/C

[Chen et Kwan, 2012]

b) a)

19

Par ailleurs, plusieurs recherches ont t entreprises sur la manire dont de la distribution

granulomtrique influence lcoulement des systmes cimentaires. Lincorporation de fines

particules amliore la compacit granulaire [Artelt et Garcia, 2008; Bentz et al., 2012; Olhero

et Ferreira, 2004; Yavuz et Kkbayrak, 1998]. Bentz et al. (2012) ont tudi linfluence de

la distribution granulomtrique sur le seuil de cisaillement et la viscosit des ptes de ciment

GU additionnes de cendres volantes (CV). Tous les mlanges de ptes ont t formuls avec

un rapport E/L de 0,35 et sans ajout de superplastifiant afin de ne pas tenir compte dautres

variables. Cinq ciments GU avec D90 variable et cinq CV avec D10 variable ont t tudis.

Le pourcentage de remplacement du GU par les CV tant de 20%, 35%, 50% et 65%. Les

rsultats montrent que les paramtres rhologiques dpendent fortement des proprits

physiques des poudres [Bentz et al., 2012]

La teneur en aluminate tricalcique (C3A) a une influence sur lcoulement des matriaux

cimentaire due sa forte ractivit. Zingg et al. (2009) ont tudi linteraction des

superplastifiants base de polycarboxylate (PCA) avec trois ciments diffrents dont la quantit

de C3A est faible, moyenne et forte, soit L-OPC (1% de C3A), M-OPC (8% de C3A) et H-OPC

(10% de C3A) respectivement. Le rapport E/C de 0,35 est maintenu constant pour tous les

mlanges de ptes. Parmi leurs diffrents essais, les paramtres rhologiques ont t valus.

Leurs rsultats montrent que pour un mme dosage en SP, le seuil de cisaillement des ptes

avec L-OPC et M-OPC est de 30 Pa tandis quavec H-OPC le seuil est de 55 Pa. De ce fait, une

forte teneur en C3A augmente la demande en SP. Cela est d une forte formation dettringite,

ce qui implique la consommation dune certaine quantit deau et donc une forte concentration

en solide [Zingg et al., 2009].

Rle des adjuvants chimiques :

Les adjuvants sont des substances chimiques ajoutes aux mlanges cimentaires afin de

modifier et damliorer les proprits ltat frais et/ ou ltat durci du bton. Parmi ces

substances on retrouve les superplastifiants et les agents de viscosits.

- Superplastifiants :

Comme leur nom lindique, les superplastifiants (SP) servent fluidifier et disperser les grains

de ciment qui ont tendance floculer ds leur contact avec leau de gchage. De nombreuses

tudes mettant laccent sur linfluence des SP sur la rhologie des systmes cimentaires ont t

effectues. Dune faon gnrale, les SP agissent en augmentant la fluidit de la pte, et en

20

diminuant le seuil de cisaillement et la viscosit apparente [Hanehara et Yamada, 2008; Park et

al., 2005; Uchikawa et al., 1995]. Pour un dosage donn en SP base de PNS, plus la quantit

de molcules de SP adsorb par les grains de ciment est petite plus l'coulement de la pte est

grand [Kim et al., 2000].

Le type de SP utilis a une influence sur le comportement rhologique de la pte de ciment

[Papo et Piani, 2004]. Dans ltude effectue par Papo et Piani (2004), trois types de SP ont t

utiliss : un PNS base de mlamine, un lignosulfonate modifi et un polyacrylate modifi. Il

apparait que les ptes prpares avec les deux premiers types de SP montrent un comportement

rhofluidifiant jusqu a une certaine limite de dfloculation. Par contre, le troisime type de

SP (polyacrylate) apporte un comportement rhopaississant, cela peut sexpliquer par les

interactions entre les longues chaines de polymre qui ne se sont pas adsorbes sur les grains

de ciment [Papo et al., 2002].

Par ailleurs, le dosage en SP influence le comportement rhologique des ptes de ciment. Cyr

et al. (2000) ont analys le comportement rhologique des ptes par lquation dHerschel-

Bulkley. La Figure 2-7 montre laugmentation de lexposant n (nombre caractrisant le

comportement rhologique) en fonction de laugmentation du dosage en SP. On voit clairement

que le comportement rhologique passe du rhofluidifiant vers le rhopaississant [Cyr et al.,

2000]. Une tude mene par Park et al. (2005) montre une nette diminution du seuil de

cisaillement et de la viscosit plastique des ptes de ciment contenant 1-2 % de SP (en extrait

sec de la masse totale du liant) en comparaison avec la pte tmoin (Figure 2-8) [Park et al.,

2005].

Figure 2-7 : Effet du dosage en SP sur le comportement rhologique des ptes de ciment

[Cyr et al., 2000]

21

Figure 2-8 : Effet du dosage en SP sur les proprits rhologique des ptes de ciment

Portland [Park et al., 2005]

- Agents de viscosit :

Les agents de viscosit (AV) sont utiliss afin damliorer la cohsion et la stabilit des

systmes cimentaires trs fluide [Khayat, 1999]. Lincorporation de lAV augmente le seuil de

cisaillement, la viscosit plastique et les viscosits apparentes. Ce constat est obtenu pour un

faible ou un grand taux de cisaillement, peu importe le rapport E/L et le dosage en SP [Lachemi

et al., 2004; Schwartzentruber et al., 2006; Yahia, 1997]. les Figures 2-9 et 2-10 montrent

clairement que laugmentation de lAV dans les coulis de ciment provoque une augmentation

systmatique du seuil de cisaillement et de la viscosit apparente pour tous les dosages en SP

[Yahia, 1997].

22

Figure 2-9 : Variation du seuil de rigidit en fonction des diffrentes combinaisons SP-AV

[Yahia, 1997]

Figure 2-10 : Variation de la viscosit apparente 5,1 s-1 en fonction des combinaisons

SP-AV [Yahia, 1997]

Schwartzentruber et al. (2006) ont tudi le comportement rhologique de douze ptes de

ciment formules partir dun mlange de bton autoplaant base de ciment Portland et filler

calcaire. Les variables sont le dosage en SP et en AV, la fraction solide et le rapport du filler

sur le liant sont constants (0,45 et 0,27 respectivement). Les auteurs concluent que lagent de

viscosit a une influence sur le seuil et la viscosit. Laugmentation en AV entraine une

23

augmentation des paramtres rhologiques, par contre le dosage de saturation en SP reste stable

[Schwartzentruber et al., 2006].

Rle des ajouts cimentaires :

Les ajouts cimentaires (AC) sont devenus un ingrdient essentiel et indispensable dans

lindustrie du bton. Ce sont gnralement des coproduits et des sous-produits de procds

industriels. Ils sont incorpors directement dans les centrales bton lors de la confection des

mlanges de bton ou broys et mlangs conjointement avec le clinker pour produire des liants

composs matrice binaire, ternaire et mme quaternaire. Lemploi des ajouts cimentaires

contribue amliorer la durabilit des btons par leur action pouzzolanique et/ou hydraulique,

limiter lutilisation des ressources naturelles pour la production de ciment et rduire la teneur

des gaz effet de serre. Parmi les ajouts cimentaires les plus utiliss dans lindustrie du ciment

et du bton, on retrouve : les cendres volantes, les laitiers de hauts de fourneau et la fume de

silice.

Dans les paragraphes suivants, nous exposons le rle des ajouts cimentaires sur la rhologie des

ptes de ciment en passant par une brve description de chaque AC.

- Les cendres volantes :

Les cendres volantes (CV) sont les pouzzolanes artificielles (sous-produit industriel) les plus

utilises. Ce sont de fines particules provenant de la combustion du charbon dans les centrales

thermiques produisant llectricit. Les cendres volantes sont collectes au moyen de

dpoussireurs lectrostatiques avant que les gaz o elles sont contenues ne soient rejets dans

latmosphre. Cette pouzzolane artificielle se prsente sous forme de fines particules sphriques

htrognes dont le diamtre peut varier entre 1 et 400 m, de finesse trs leve, ce qui

implique une importante surface spcifique (entre 250 et 600 m.kg-1) et une grande ractivit

vis--vis de lhydroxyde de calcium. La composition chimique de ces cendres volantes est trs

variable selon la nature et lorigine gologique du combustible (plusieurs types de charbon), le

type de comburant utilis, et le mode de combustion impliqu (pulvrisation, lit fluidis

circulant, etc.). La norme ASTM C 618-94 classifie les cendres volantes selon leur composition

chimique en deux classes :

- CV type F (silico-alumineuses) : la somme de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 doit tre

suprieur 70 %. Elles ont des proprits pouzzolaniques.

24

- CV type C (silico-calciques) : la somme de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 doit tre

infrieur 70 % et la teneur en CaO suprieure 10%. Elles ont des proprits

hydrauliques et/ou pouzzolaniques.

Les cendres volantes peuvent amliorer la fluidit des systmes cimentaire, car leur forme

sphrique permet de rduire les frottements entre les grains de ciment par ce quon appelle

effet de billes cependant, le carbone imbrl contenu dans les CV influence ngativement

la fluidit en raison de ladsorption du superplastifiant [Park et al., 2005].

Park et al. (2005) ont examin les proprits rhologiques des matriaux cimentaires contenant

des ajouts minraux. Des mlanges de ptes avec des matrices binaires et ternaires contenant

les cendres volantes, le laitier de haut fourneau et la fume de silice sont tudis. Le rapport

E/L et le dosage en SP sont fixs 0,35 et 2 % de la masse totale de liant, respectivement. La

Figure 2-11 montre un des rsultats de leur tude. Le remplacement dune partie du ciment par

des cendres volantes na pas une influence significative sur les proprits rhologiques,

nanmoins on peut remarquer que le seuil de cisaillement diminue lgrement (amlioration de

la fluidit) et la viscosit plastique augmente lgrement avec le taux dincorporation de CV

(amlioration de la cohsion).

Figure 2-11: Effet du taux de remplacement par la cendre volante (CV) sur les proprits

rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005]

25

Par ailleurs, Ferraris et al (2001) montrent linfluence du diamtre moyen des cendres volantes

sur les proprits rhologiques des ptes et des btons. Les auteurs ont tudi six ajouts

minraux avec diffrent diamtre moyen (Tableau 2-1).

Tableau 2-1 : Ajouts minraux utiliss [Ferraris et al., 2001]

Pour mettre en vidence leffet des CV, les quatre mlanges contiennent 12 % de CV, mme

rapport E/L (0,35) et mme dosage en SP (0,45 % dextrait sec par rapport la masse de liant).

Les rsultats obtenus montrent que le diamtre moyen des cendres volantes a une influence sur

la valeur du seuil de cisaillement et la viscosit (Figure 2-12). Les mlanges les plus fluides

sont obtenus avec la cendre volante ultra fine (diamtre moyen de 3,1 m), de mme que la

demande en eau et le dosage en SP diminuent. Il savre aussi que le diamtre moyen de 5,7

m est celui qui donne les performances rhologiques les moins apprciables (seuil et viscosit

levs).

Figure 2-12 : Influence du diamtre moyen des CV sur les proprits rhologiques des ptes

[Ferraris et al., 2001]

26

- Le laitier de haut fourneau :

Le laitier est un silico-aluminate. Il a pour principal composant un mlange solide de

(2CaO.Al2O3.SiO2) (2CaO.MgO.2SiO2). Il provient de lindustrie sidrurgique lors de la

fabrication de la fonte. Les matriaux enfourns sont le minerai de fer (gangue et oxydes de

fer), le coke, le fondant (calcaire ou siliceux selon la nature de la gangue) et les ventuelles

additions. Lors de la cuisson, aprs la fonte, le laitier est isol par flottaison et s'coule

sparment. Lorsqu'il refroidit lentement l'air, le laitier se prsente sous la forme d'une roche

cristalline. On peut le concasser et obtenir ainsi des granulats pour la construction.

Pour obtenir les proprits hydrauliques qui lui permettent d'tre utilis comme liant, le laitier

est refroidi brusquement dans l'eau : tremp, il n'a pas le temps de cristalliser. On obtient alors

le laitier granul, qui est ensuite broy pour tre utilisable comme ajouts cimentaires. Le laitier

broy doit tre conforme aux exigences de la norme CSA A23.5 (ASTM C 989).

Les laitiers ne sont pas considrs comme des pouzzolanes, cest--dire, ils ne ragissent pas

avec la chaux en prsence de leau pour produire de nouveaux C-S-H, et ne sont pas non plus

des liants hydrauliques qui durcissent en prsence de leau. Par contre ils ont besoin

dactivateurs alcalins (par exemple la chaux, la potasse, loxyde de sodium, le sulfate de

calcium) pour ragir et former des produits dhydratation [Atcin, 2003].

Selon Park et al. (2005), le remplacement dune partie du ciment par des laitiers de hauts

fourneaux permet en gnral, de rduire le seuil et la viscosit des ptes de ciment. Cela est d

la surface vitrifie des grains de laitier qui permet un meilleur glissement entre les constituants

solide [Y.-X. Shi et al., 2004]. On remarque sur la Figure 2-13 que 30 % de remplacement du

ciment par le laitier semble tre un optimum dun point de vue rhologique.

27

Figure 2-13 : Effet du taux de remplacement par le laitier de haut fourneau (L) sur les

proprits rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005]

Des rsultats similaires ont t obtenus dans ltude ralise par [Yahia et Khayat, 2003] sur

lapplicabilit des modles rhologiques au coulis haute-performance contenant des matriaux

cimentaires supplmentaires et des agents de viscosit. Dans la phase 3 de leur tude, le ciment

est partiellement remplac par le laitier hauteur de 20 %, 30 %, et 40 %. Le rapport E/L est

fix 0,4. Diffrentes combinaisons de SP-AV sont utilises pour chaque pourcentage de

remplacement. Leurs rsultats montrent que peu importe le dosage en SP et AV, plus le

pourcentage de laitier augmente, plus la fluidit (essais dtalement au mini cne) est amliore.

- La fume de silice :

La fume de silice est un sous-produit de la fabrication du silicium, de diffrents alliages de

ferrosilicium ou de zirconium. Elle est essentiellement compose de silice vitreuse et sa teneur

en SiO2 varie selon le type dalliage produit. Plus la teneur en silicium de lalliage est leve

plus la teneur en SiO2 est leve. Les particules amorphes de fume de silice se prsentent sous

forme de sphres ayant des diamtres compris entre 0,03 m et 0,3 m (le diamtre moyen est

de 0.1 m), elles sont 100 fois plus fines que les particules de ciment.

Lincorporation de la fume de silice a une influence sur lcoulement des ptes. Les tudes

menes en ce sens saccordent sur le fait que la fume de silice augmente le seuil de cisaillement

et la viscosit plastique des systmes cimentaires binaires (GU + FS) en comparaison avec une

28

pte de ciment GU [Carlsward et al., 2003; Ferraris et al., 2001; Park et al., 2005; Yahia et

Khayat, 2003].

La Figure 2-14 illustre leffet du taux de remplacement du ciment par la fume de silice (FS)

sur les proprits rhologiques des ptes de ciment ayant un rapport E/L fixe (0,35) et un dosage

en SP fixe (2 % dextrait solide) [Park et al., 2005]. On remarque que le seuil de cisaillement et

la viscosit plastique augmentent drastiquement avec laugmentation du pourcentage de FS. Par

contre, dans la mme tude, les auteurs ont trouv que les systmes ternaires contenant les

cendres volantes (CV) et la fume de silice ou le laitier de haut fourneau (L) et la fume de

silice ont un meilleur comportement rhologique en comparaison avec le systme binaire

contenant uniquement la FS [Park et al., 2005].

Figure 2-14 : Effet du taux de remplacement par la fume de silice (FS) sur les proprits rhologiques des ptes de ciment [Park et al., 2005]

2.3.2 lchelle du BAP

La rhologie du BAP est complexe. cette chelle, plusieurs paramtres entrent en jeux et

influencent les proprits ltat frais et ltat durci des BAP. Nous allons voir dans les

paragraphes suivants le rle de la teneur en eau, des ajouts cimentaires et des granulats sur les

performances des BAP ltat frais et ltat durci. Le rle des adjuvants chimique a t vu

prcdemment lchelle de la pte.

29

Rle du rapport E/L

Le rapport E/L a une influence sur les proprits dcoulement des btons au mme titre que

sur les ptes. Dans ltude mene par [Assaad et al., 2004], la stabilit statique du BAP a t

value travers des mesures rhologiques et des essais de tassement, de sgrgation et de

conductivit lectrique. Les auteurs ont formul seize mlanges de BAP avec et sans agent de

viscosit, ltalement vis tant de 615 15 mm et 715 15 mm. Quatre rapports E/L (0,32 -

0,36 - 0,42 - 0,47) et deux diffrentes teneurs en ciment (500 kg/m3 et 385 Kg/m3) sont

considrs. Il ressort de cette tude que pour un talement donn et une teneur en liant donne,

la diminution du rapport E/L entraine systmatiquement une augmentation de la demande en

SP. Par ailleurs, les paramtres rhologiques sont mesurs sans un rhomtre muni dune

turbine en forme de H tournant dans un mouvement plantaire. Les rsultats montrent que les

paramtres rhologiques sont plus levs pour les BAP avec une teneur en ciment de 385 Kg/m3

que pour les BAP de 500 Kg/m3 de ciment. De plus, ces derniers ont une demande en SP plus

faible pour un mme talement. Cela est d la rduction des frottements internes rsultant

dun volume de granulats plus faible dans le cas des mlanges avec une forte teneur en ciment.

Felekolu et al., (2007) ont tudi leffet du rapport E/L sur les proprits ltat frais et ltat

durci du BAP. Cinq btons autoplaants ont t formuls avec un dosage en ciment Portland

fixe, et un filler calcaire afin dassurer la stabilit ncessaire. Le rapport E/L varie de 0,37

0,22 (le rapport E/L volumique varie de 1,07 0,62). Un superplastifiant de type

polycarboxylate est utilis diffrents dosages. Les essais entrepris afin de dterminer

louvrabilit des BAP sont : ltalement et T50, le temps dcoulement au V-Funnel, la capacit

de remplissage la L-Box, ainsi que la teneur en air. Les rsultats montrent que pour obtenir

un talement de 700 15 mm, le dosage en SP et le temps dcoulement au V-Funnel

augmentent avec la diminution du rapport E/L, tel quillustr sur la Figure 2-15.

30

Figure 2-15 : Effet du rapport E/L et du dosage en SP sur ltalement et le temps dcoulement au V-Funnel [Felekolu et al., 2007]

Le rapport E/L influence les proprits ltat durci des btons. Plus la teneur en eau augmente

plus la rsistance la compression diminue [Felekolu et al., 2007]

Figure 2-16 : Effet du rapport E/C sur le dveloppement des rsistances la compression [Felekolu et al., 2007]

Rle des ajouts cimentaires

Les ajouts cimentaires amliorent les proprits dcoulement des BAP, aident maintenir une

bonne stabilit, viter le ressuage et diminuer le dgagement de chaleur [Khayat, 1999].

31

Il est bien tabli que lutilisation des cendres volantes amliore louvrabilit et contribue au

dveloppement des rsistances mcaniques et de durabilit long terme, grce la forme

sphrique des CV et leur action pouzzolanique et/ou hydraulique.

Les travaux mens lUniversit de Sherbrooke concernant la rhologie des BAP sont dune

grande pertinence. Manai (1995) a tudi leffet des ajouts chimiques et minraux sur la

maniabilit, la stabilit et les performances des btons autonivelants. Tous les BAP tudis

avaient un rapport E/L de 0,41. Pour ce qui est des mlanges binaires, il se trouve que

lincorporation de 3 % de fume de silice est un optimum pour lamlioration de louvrabilit

(maniabilit et capacit de remplissage). La cendre volante (CV) a aussi t tudie pour des

dosages de 10 %, 20 % et 30 %. Lajout de 20 % de CV amliore louvrabilit grce la

diminution des frottements entre les grains de ciment en raison de la forme sphrique et vitreuse

de la CV. Cependant lajout de 30 % de CV densifie le mlange et leffet de labsorption de

leau devient prdominant. Concernant le laitier de haut fourneau (L), lauteur montre que pour

le mme dosage en superplastifiant et dagent de viscosit, lajout de 40 % de L amliore

louvrabilit en comparaison avec 10 % de L [Manai, 1995]. Par ailleurs, les rsultats obtenus

dans ltude sur la maniabilit, uniformit et comportement structural du bton autonivelants

haute performance montrent que le meilleur taux de remplacement du ciment dans les mlanges

ternaires est de 20 % CV + 3 % FS, 10 % CV + 40 % L afin davoir la maniabilit et la stabilit

vises [Trudel, 1996].

Lachemi (2001) a tudi leffet de lincorporation de volumes levs de cendres volantes de

classe F (40 60 %) sur les performances des BAP. Ces rsultats montrent quil est tout fait

possible de produire un BAP avec 50 % de CV de classe F avec un rapport E/L de 0,45 et une

rsistance la compression 28 jours de 35 MPa [Lachemi, 2001]. Il faut noter toutefois que

la CV-F a des proprits hydrauliques lies sa forte teneur en CaO. Lauteur suggre de plus

amples recherches en ce sens. Une autre tude faite sur les performances des btons

autoplaants contenant des cendres volantes de classe C nous informe que lon peut aller jusqu

60 %, voire 80 % de remplacement du ciment [Khatib, 2008]. Ce dernier a formul des BAP

avec un rapport E/L de 0,36. Pour un dosage en SP donn (0,7% en masse totale du liant),

lincorporation de CV amliore la fluidit en comparaison avec le tmoin. Les rsistances la

compression progressent nettement au bout de 56 jours, le retrait de schage diminue avec

laugmentation du pourcentage de CV (voir Figures 2-17 et 2-18).

32

Figure 2-17 : Influence de la teneur en CV sur les rsistances la compression (SP = 0,7%)

[Lachemi, 2001]

Figure 2-18 : Influence de la teneur en CV sur le retrait de schage (SP = 0,7%)

[Lachemi, 2001]

[Hannesson et al., 2012] ont tudi linfluence dun fort taux de remplacement du ciment par le

laitier de haut fourneau et les cendres volantes sur les rsistances mcaniques des BAP matrice

binaire destins une application structurale. Les auteurs ont fix le rapport E/L (0,35),

ltalement vis se situait entre 660 740 mm, la teneur en liant de 474 Kg/m3. Deux types de

cendres volantes (classe C et F) et deux types de laitier sont utiliss pour remplacer le ciment

(20 % 100 %). Soulignons que ces ajouts sont dorigine nord-amricaine. Il est intressant de

constater que tous les mlanges formuls avec 20 %, 40 %, 60 % et 80 % dajouts cimentaires

33

ont des rsistances la compression qui dpassent respectivement 90 MPa, 85 MPa, 70 MPa et

45 MPa.

Par ailleurs, lutilisation dun volume lev en ajouts cimentaires contribue fortement

lamlioration de la durabilit des BAP [Gesolu et al., 2009; Lovric, 2005; Nehdi et al., 2004].

Dans ltude de Nehdi et al. (2004) il est clair que la pntration des ions chlorures diminue

avec laugmentation du dosage en ajouts cimentaire (Figure 2-19), la rsistance aux cycles de

gel-dgel et lcaillage sont aussi amliores.

Figure 2-19 : Pntrabilit des ions chlorures 28 et 91 jours des BAP (E/L = 0,38)

[Nehdi et al., 2004]

Pour ce qui de la fume de silice (FS), elle est souvent utilise dans le bton en combinaison

avec les cendres volantes ou le laitier de haut fourneau ou bien elle entre dans la composition

des ciments ternaires. Sa teneur nexcde pas 5 % du volume total de liant pour obtenir une

bonne ouvrabilit [Abdi, 2005; Hwang et al., 2006; Lovric, 2005; Omran, 2009; Sotomayor

Cruz, 2012]. Lincorporation de la fume de silice amliore la stabilit et la rsistance au

ressuage des BAP, augmente les rsistances aux jeunes ges ainsi que la durabilit. Les effets

bnfiques de la fume de silice sont dus la forme sphrique de ses particules, sa grande

finesse et sa forte ractivit, elle contribue la densification de la matrice cimentaire et

34

laugmentation de la compacit granulaire. En outre, la fume de silice a un rle de filler, elle

comble les vides intergranulaires entre les particules de plus grandes dimensions et peut

constituer un site de nuclation pour les C-S-H impliquant un raffinement des pores du bton.

Rle des granulats

Les granulats sont des matriaux inertes composs de sable, de graviers ou de cailloux. Ils

constituent le squelette granulaire du bton et ont diverses origines : naturelle, artificielle ou

recycle. Il est bien connu que lcoulement du bton est rgi en grande partie par le

comportement rhologique de la pte qui le constitue, cependant, les caractristiques des

granulats et leur proportion peuvent constitus des critres de performance des BAP [Hwang et

al., 2006; Okamura et Ouchi, 2003]. Dans ce qui suit, nous allons nous intresser leffet de la

teneur en granulats et du diamtre maximal des granulats.

- Effet de la teneur en granulats :

Dans les BAP, la teneur en gros granulats varie entre 28% 35% du volume total du bton

autoplaant [Domone, 2006; Ghezal, 1999]. Mecheymach (2005) rapporte que daprs ltude

de Yuguri et coll (1989) plus la teneur en gros granulats augmente, plus la capacit de

remplissage diminue, donc le volume des gros granulats dans le bton est un facteur important

pour le contrle de la maniabilit. Daprs Bethmont (2005), Edamatsu et al. (1999)

mentionnent que la quantit de sable contenue dans le mortier a une influence sur la capacit

de remplissage et doit donc tre contrle. LAFGC recommande lutilisation dun rapport S/G

(Sable/Gravillon) de lordre de 1 afin dassurer une bonne dformabilit du BAP.

- Effet du diamtre maximal du granulat (MSA):

Afin daugmenter la dformabilit du bton autoplaant et limiter le risque de blocage dans les

rgions troites dun coffrage, il est important de rduire le diamtre maximal des gros granulats

[Khayat, 1999]. Assad et Khayat (2006) ont tudi leffet des caractristiques des gros granulats

sur la pression latrale du BAP. Ils ont compar les proprits ltat frais des BAP avec 10,

14 et 20 mm de MSA. Leurs rsultats montrent que laugmentation du MSA de 10 20 mm

entraine une diminution des performances des BAP lors des essais au J-Ring et L-Box. Cela

peut tre d laugmentation de la friction interne et des collisions entre les granulats, ce qui

empche un bon coulement [Assaad et Khayat, 2006]. Nanmoins, il est possible de choisir

35

un plus grand diamtre de granulat dans le cas o la section couler est suffisamment large et

que le confinement et la densit du ferraillage sont faibles.

2. 4 La poudre de verre dans les btons

La poudre de verre est un ajout cimentaire alternatif de couleur blanche. Elle est obtenue aprs

la collecte et le broyage des fragments de verre color. Sa haute teneur en silice amorphe SiO2

lui confre des proprits pouzzolaniques en se combinant avec la chaux pour produire dautres

hydrates. Lutilisation de la PV comme ajout cimentaire a fait lobjet de plusieurs recherches

depuis plus dune vingtaine dannes [Abdalla, 2012; Idir et al., 2011; Jain et Neithalath, 2010;

Schwarz et al., 2008; Shao et al., 2000; Shayan et Xu, 2004, 2006; C. Shi et Wu, 2005; Taha et

Nounu, 2008a, 2008b; Zidol, 2009]. Ses effets sur louvrabilit, les proprits mcaniques et

la durabilit des btons sont exposs dans les paragraphes suivants.

2.4.1 Proprits ltat frais

Leffet de la poudre de verre (PV) sur louvrabilit des btons frais dpend de plusieurs facteurs,

notamment, de sa finesse de mouture. Zidol (2009) a tudi leffet de la finesse de la PV sur les

performances ltat frais et ltat durci des btons (ordinaire, haute performance et

autoplaant). Il savre quune finesse semblable celle du ciment soit une valeur optimale

pour lobtention dune ouvrabilit acceptable. Pour un BAP ayant un rapport E/C = 0,4,

lincorporation de 20 % de poudre de verre diminue le seuil de cisaillement de 32 % et la

viscosit plastique de 21% en comparaison avec un bton tmoin (100% ciment). De plus, la

demande en superplastifiant diminue mesure quaugmente le pourcentage de remplacement

du ciment par la poudre de verre [Zidol, 2009]. Labsorption quasi nulle de la poudre de verre

constitue aussi un facteur de diminution du dosage de SP requis pour un talement donn.

Cependant, pour les besoins rhologiques des BAP, une finesse suprieure celle du ciment

peut tre apprciable, notamment pour le maintien de la stabilit. Lutilisation dun agent de

viscosit peut tre nglige si la matrice contient un plus grand nombre de particules pour un

volume donn.

36

2.4.2 Proprits ltat durci

Proprits mcaniques

Il est dmontr que la poudre de verre a une pouzzolanicit similaire, voire suprieure celle

des cendres volantes [Schwarz et al., 2008]. De ce fait, cet ajout alternatif contribue aux gains

de rsistances mcaniques et de durabilit dans le temps. Les tudes sur le bton ordinaire

montrent que lon peut incorporer jusqu 30 % de PV en remplacement partiel du ciment

[Abdalla, 2012; Aladdine, 2009; Schwarz et al., 2008; Shayan et Xu, 2004; Zidol, 2009].

Tout comme les cendres volantes, la PV na pas dinfluence sur les rsistances jeune ge. Les

rsistances la compression 28 jours sont plus faibles par rapport un bton de ciment

Portland. Au-del de 56 jours et jusqu 91 jours les rsistances des btons avec PV sont

quivalentes, voire suprieures au bton tmoin. En outre, le dveloppent des rsistances la

compression augmente avec la teneur en PV entre 28 et 91 jours [Zidol, 2009]. En effet, des

btons hautes performances ont t formuls avec un dosage en liant de 400 kg/m3 et un

rapport E/L de 0,40. Lincorporation de 20 % et 30 % de PV confrent au bton un taux de

dveloppement des rsistances la compression respectivement de 12 % et 18 %, alors que

pour bton tmoin, ce mme taux est de 9 %.

Shayan et Xu (2006), ont tudi la performance de la poudre de verre comme un matriau

pouzzolanique dans le bton. La finesse de la PV que les auteurs australiens ont utilis est le

double de celle du ciment GU, soit 800 m2/kg. Les btons tudis sont formuls afin datteindre

une rsistance la compression de 40 MPa 28 jours. Le remplacement partiel du ciment est

de 20 30 % de PV et 10 % de FS. Le bton tmoin est dos 380 kg/m3 de GU. Il savre

quavec 20 % de PV, la rsistance vise 28 jours est atteinte. Cependant avec 30 % de PV ce

nest qu partir de 90 jours que la rsistance atteint 55 MPa.

Par ailleurs, la poudre de verre peut tre incorpore avec la fume de silice pour produire des

btons matrice ternaire. Abdalla (2012), a compar les performances ltat durci de quatre

btons ordinaires ayant un rapport E/L de 0,45. Trois dentre eux contiennent diffrents ajouts

cimentaires savoir : ciment compos base de 20 % PV + 5 % FS pour le premier mlange,

TerC3 (20 % CV + 5 % FS) pour le second m