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N° d’ordre : 747 THESE Présentée devant L’INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQ

N° d’ordre : 747 THESE Présentée devant L’INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE TOULOUSE En vue de l’obtention du DOCTORAT INSA Spécialité GENIE CIVIL Par Stéphan ASSIÉ DURABILITE DES BETONS AUTOPLAÇANTS Soutenue le 29 octobre 2004 devant la commission d’examen composée de : Rapporteurs : M. Geert DE SCHUTTER Professeur, Université de Gand, Belgique M. Abdelhafid KHELIDJ Professeur, Université de Nantes Examinateurs : M. Gilles ESCADEILLAS Professeur, Université Paul Sabatier de Toulouse M. Gérard PONS Professeur, INSA de Toulouse M. Vincent WALLER Ingénieur, CTG, ITALCEMENTI Group M. Michel GUERINET Ingénieur, Directeur Technique PN B@P Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions INSA-UPS Génie Civil, 135 avenue de Rangueil, 31077 Toulouse cedex 4 Remerciements Avant de remercier toutes les personnes que j’ai pu côtoyer au cours de ma thèse et celles qui ont permis son bon déroulement, mes premiers mots iront à MM. Frédéric SKOCZYLAS, Isam SHAHROUR et Jean-Pierre OLLIVIER, Professeurs à l’Ecole Centrale de Lille, à l’Université de Lille 1 et à l’Institut National des Sciences Appliquées (INSA) de Toulouse : merci de m’avoir ouvert les portes du monde passionnant de la recherche par le biais de mon DEA. La présente étude s’est déroulée au Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions de l’INSA et de l’Université Paul Sabatier de Toulouse. Je remercie la directrice, Mme la Professeur Ginette ARLIGUIE, de m’avoir accueilli pendant ces trois années au sein de son laboratoire. Cette thèse de doctorat a bénéficié d’une bourse CIFRE encadrée par l’Association Nationale pour la Recherche Technique (ANRT) et impliquant le partenariat entre un laboratoire public (le LMDC), une entreprise (CTG - ITALCEMENTI Group) et un étudiant. Ce travail a été mené sous la direction de M. Gilles ESCADEILLAS, Professeur à l’Institut Universitaire de Technologie de l’Université Paul Sabatier. Je tiens à lui exprimer toute ma reconnaissance, tant pour ses conseils, son intérêt et sa vaste culture que pour la confiance qu’il m’a accordée pendant ce projet de recherche. Mes remerciements vont particulièrement à M. Vincent WALLER, responsable actuel du Laboratoire Evaluation des Matériaux du CTG et responsable final du suivi de ce travail de recherche. Je tiens à adresser toute ma gratitude à MM. Martin VACHON et Giuseppe MARCHESE, ingénieurs d’étude et responsables du Laboratoire Evaluation des Matériaux au sein du CTG, qui ont permis le lancement et le suivi initial de cette thèse. Je les remercie vivement tous les trois pour l’intérêt constant qu’ils ont porté à mes recherches. Je remercie vivement MM. Geert DE SCHUTTER et Abdelhafid KHELIDJ, Professeurs à l’Université de Gand (Belgique) et à l’Université de Nantes, d’avoir accepté de rapporter ce travail. Je tiens à remercier pleinement MM. Michel GUERINET, directeur technique du Projet National B@P, et Gérard PONS, Professeur à l’INSA de Toulouse, d’avoir pris un peu de leur temps pour participer à la commission d’examen de cette thèse. Je remercie également MM. Denis KAPLAN et Arnaud SCHWARTZENTRUBER, qui m’ont fait profiter de leurs compétences durant mes séjours au CTG. Merci pour leurs conseils avisés et leurs encouragements. J’exprime ensuite toute ma sympathie à tous les doctorants et à tout le personnel administratif du laboratoire qui a pu m’assister durant ces trois années. Moins solennellement, j’envoie de gros bisous à toute ma famille pour sa présence et son affection permanentes, qui m’ont permis d’en arriver là. Merci aussi à tous mes amis sur qui je pourrai toujours compter et notamment ceux rencontrés au bord ou au milieu d’un terrain de rugby. Je remercie enfin Audrey pour son soutien et sa bonne humeur dans les bons et les mauvais moments. Auteur : M. Stéphan ASSIÉ Titre : Durabilité de Bétons AutoPlaçants Directeur de thèse : M. Gilles ESCADEILLAS, Professeur à l’Université Paul Sabatier de Toulouse Thèse soutenue le 29 octobre 2004 à l’INSA de Toulouse Résumé : Les bétons autoplaçants (BAP) sont des bétons très fluides dont la mise en place sans vibration présente plusieurs avantages tant au niveau environnemental, humain, technologique qu’économique qui intéressent de plus en plus les industriels. Cependant, une question reste souvent posée : à résistance mécanique égale, le béton autoplaçant est-il aussi durable que le béton vibré traditionnellement employé jusqu’alors ? L’objectif de ce projet de recherche a été de donner une réponse claire à ce problème. Pour cela, différents BAP et bétons vibrés (BV) de résistance mécanique équivalente ont été coulés avec les mêmes constituants, un squelette granulaire identique (à l’exception des bétons à hautes performances) et dans une gamme de résistance allant de 20 à 60 MPa. Les principales différences entre les deux types de béton sont le volume de pâte et le dosage en superplastifiant plus important pour les BAP et l’emploi éventuel d’un agent de viscosité dans ces derniers. Les résultats des essais expérimentaux menés sur ces formulations dans les domaines mécanique et physico-chimique ont montré qu’il y avait très peu de différences entre les deux types de béton. Le fluage des BAP semble légèrement supérieur à celui des BV, tandis que toutes les autres propriétés mécaniques (module d’élasticité, retrait) et de transfert (perméabilité à l’oxygène, diffusion des ions chlore, absorption capillaire, carbonatation accélérée et lessivage au nitrate d’ammonium) peuvent être considérées comme équivalentes entre les BAP et les BV. Mots clés : béton autoplaçant, résistance mécanique, retrait, fluage, durabilité, perméabilité, microstructure Thèse de doctorat de l’Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse, spécialité Génie Civil, préparée au Laboratoire Matériaux et Durabilité de Constructions INSA-UPS Département Génie Civil 135, avenue de Rangueil 31077 TOULOUSE cedex 04 Author: Mr Stéphan ASSIÉ Title: Durability of Self-Compacting Concrete Thesis reader: Mr Gilles ESCADEILLAS, Professor at University Paul Sabatier in Toulouse Thesis supported on October 29, 2004 at INSA Toulouse Abstract: The building industry is turning increasingly to the use of self-compacting concrete (SCC) in order to improve many aspects of building construction: SCC offers several advantages in technical, economic, environmental and human terms. However, there are still some problems with regard to its durability, in terms of physical and chemical properties. The purpose of this research project was to study various durability characteristics of self-compacting concrete compared with reference samples of vibrated concrete (VC) with similar compressive strength, from 20 to 60 MPa. For this purpose, SCC and VC mixes were prepared using the same ingredients in identical proportions (except for the high performances concrete), the only difference being that calcareous filler and more superplasticizer was used for the SCC mixes and the possible use of a viscosity agent. Tests carried out on these samples revealed that creep was slightly higher for SCC and that there was no significant difference in the other mechanical (elasticity modulus, shrinkage) and physico-chemical properties (oxygen permeability, chloride diffusion, water absorption, carbonation and leaching by ammonium nitrate) of the two types of concrete. Keywords: self-compacting concrete, compressive strength, shrinkage, creep, durability, permeability, microstructure PhD Thesis of National Institute of Applied Sciences (INSA) in Toulouse, speciality Civil Engineering, prepared at Laboratoire Matériaux et Durabilité de Constructions INSA-UPS Département Génie Civil 135, avenue de Rangueil 31077 TOULOUSE cedex 04 France Sommaire SOMMAIRE.......................................................................................................................................................... 1 TABLE DES ILLUSTRATIONS......................................................................................................................... 4 I LISTE DES FIGURES .......................................................................................................... 4 II LISTE DES PHOTOGRAPHIES ............................................................................................. 7 III LISTE DES TABLEAUX ...................................................................................................... 7 INTRODUCTION GENERALE ......................................................................................................................... 9 1ER. CHAPITRE : ETAT DE L’ART ............................................................................................................ 13 I INTRODUCTION.............................................................................................................. 13 II MODES DE FORMULATIONS DES BAP ............................................................................ 14 II.1. Cahier des charges minimum à l’état frais.............................................................. 15 II.2. Particularités de la composition des BAP............................................................... 16 III CARACTERISATION DU BETON A L’ETAT FRAIS ET MISE EN OEUVRE............................... 20 III.1. Caractéristiques rhéologiques fondamentales des BAP.......................................... 20 III.2. Essais de caractérisations technologiques des BAP ............................................... 21 IV PROPRIETES DU BETON DURCI........................................................................................ 28 IV.1. Propriétés mécaniques............................................................................................. 28 IV.2. Propriétés physico-chimiques et durabilité............................................................. 43 V CONCLUSIONS ............................................................................................................... 62 2E. CHAPITRE : MATERIAUX ET PROCEDURES ............................................................................... 64 I INTRODUCTION.............................................................................................................. 64 II MATERIAUX ET FORMULATIONS.................................................................................... 65 II.1. Matériaux................................................................................................................. 65 II.2. Formulations des bétons.......................................................................................... 68 II.3. Caractéristiques des formulations à l’état frais et durci......................................... 73 III PROCÉDURES EXPÉRIMENTALES .................................................................................... 78 III.1. Fabrication du béton, mise en place et conservation initiale.................................. 78 III.2. Essais mécaniques ................................................................................................... 79 III.3. Essais physico-chimiques ........................................................................................ 88 IV SYNTHESE ..................................................................................................................... 98 3E. CHAPITRE : PROPRIETES MECANIQUES ..................................................................................... 99 I INTRODUCTION.............................................................................................................. 99 II PROPRIETES MECANIQUES INSTANTANEES................................................................... 100 II.1. Evolution des résistances mécaniques en compression uniaxiale......................... 100 II.2. Module d’élasticité statique en compression, E .................................................... 104 III DEFORMATIONS DIFFEREES SANS CHARGE................................................................... 108 III.1. Coefficient de dilatation thermique linéaire (CdT) ............................................... 108 III.2. Retrait au jeune âge (0-24 h)................................................................................. 111 III.3. Retrait du béton durci (au-delà de 24 h) ............................................................... 120 IV DEFORMATIONS DIFFEREES SOUS CHARGE................................................................... 129 IV.1. Déformations différées........................................................................................... 129 IV.2. Déformations spécifiques et fluage spécifique ...................................................... 133 V CONCLUSIONS ............................................................................................................. 139 4E. CHAPITRE : CARACTERISTIQUES DE DURABILITE PHYSICO-CHIMIQUE ..................... 142 I INTRODUCTION............................................................................................................ 142 II PERMEABILITE A L’OXYGENE ...................................................................................... 143 II.1. Bétons de bâtiment................................................................................................. 144 II.2. Bétons d’ouvrage................................................................................................... 145 II.3. Bétons à hautes performances............................................................................... 147 II.4. Analyse complémentaire........................................................................................ 148 III DIFFUSION DES IONS CHLORE ...................................................................................... 150 III.1. Bétons de bâtiment................................................................................................. 151 III.2. Bétons d’ouvrage................................................................................................... 151 III.3. Bétons à hautes performances............................................................................... 152 III.4. Commentaires........................................................................................................ 153 IV ABSORPTION D’EAU PAR CAPILLARITE ........................................................................ 154 IV.1. Bétons de bâtiment................................................................................................. 154 IV.2. Bétons d’ouvrage................................................................................................... 156 IV.3. uploads/Ingenierie_Lourd/ durabilite-des-betons-autoplacants.pdf