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Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de runiversité Laval pour

Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de runiversité Laval pour l'obtention du grade de maître ès sciences (M.Sc.) Département de génie civil FACULTÉ DES SCIENCES ET DE GÉNIE UNIVERSITÉ LAVAL OCTOBRE 1998 O Frédéric Chapdelaine, 1 998 National Library o f Canada Bibliothèque nationale du Canada Acquisitions and Acquisitions et Bibliographie Services services bibliographiques 395 Wellington Street 395. rue Wellington OttawaON K1AON4 Ottawa ON K1A O N 4 Canada Canada Your M B Votre r e f e r m a Our lye Nom reference The author has granted a non- L'auteur a accordé une licence non exclusive licence allowing the exclusive permettant à la National Library of Canada to Bibliothèque nationale du Canada de reproduce, loan, distribute or sell reproduire, prêter, distribuer ou copies of this thesis in microform, vendre des copies de cette thèse sous paper or electronic formats. la forme de microfiche/nlm, de reproduction sur papier ou sur format électronique. The author retains ownership of the L'auteur conserve la propriété du copyright in this thesis. Neither the droit d'auteur qui protège cette thése. thesis nor substantial extracts fiom it Ni la thèse ni des extraits substantiels may be printed or othemise de celle-ci ne doivent être imprimés reproduced without the author's ou autrement reproduits sans son permission. autorisation. Les objectifs de ce projet de recherche sont de développer un nouveau rhéomètre dans le but de quantifi~er par comparaison les constantes permettant de convertir les résuItats en unités machines du rhéomètre IBB en unités fondamentales. La précision du rhéomètre IBB a été évaluée et des modifications au logiciel de contrôle du rhéomètre ont été apportées. M m de comparer les résultats issus de deux rhéomètres, plusieurs configurations ont été mises à l'essai. Il s'avère qu'une relation existe entre les résultats des différents rhéomètres mais que le calcul pour passer en unités fondamentales repose sur des hypothèses de base qui ne sont pas assez précises ou incorrectes. Les essais de caractérisation ont montré que le rhéomètre IBB est un appareil précis pour effectuer le contrôle et la mesure du couple et de la vitesse d'un agitateur et peut ainsi servir de façon précise à la mesure de la rhéologie du béton fiais. Frédéric Chapdelaine Étudiant à la maîtrise Denis Beaupré Directeur de recherche AVANT-PROPOS Je voudrais en tout premier lieu exprimer mes plus sincères remerciements à mon directeur de recherche, M. Denis Beaupré, pour l'intérêt qu'il a porté à mes travaux et pour la liberté qu'il m'a accordée pour les réaliser. Denis a toujours été disponible et ses conseils pratiques ont apporté beaucoup à ma formation. Je tiens également à remercier M. Michel Pigeon pour m'avoir accueilli au sein du groupe de recherche. L'intérêt qu'il porte aux divers travaux et son désir d'apprendre continuellement furent pour moi une source de motivation. Je m'en voudrais de passer sous silence le support que les professionnels de recherche M. Martin Gendreau et M. Marcel Langlois m'ont apporté durant mes travaux de recherche. Je remercie également les techniciens M. Denis Lagacé et M. Marc Bégin pour leur patience et pour m'avoir aidé à régler les probièmes qui sont survenus durant ces travaux. Beaucoup de journées de laboratoire ont été partagées avec Bruno Chouinard. Je voudrais le remercier pour toutes ses remarques pertinentes. Je tiens spécialement à remercier ma famille, mon père André, ma mère Raymonde, mes fières Jérôme et Sébastien pour le soutien familial, le réconfort et surtout le support moral inconditionnel durant les épreuves les plus difficiles. Je remercie également Chantal avec qui je partage maintenant ma vie pour sa patience inconditionnelle lors des longues soirées et son soutien personnel. Merci à tous les membres du CRIB qui, par I'unicité de chacun, ont contribué à l'atmosphère de tous les jours du groupe de recherche. TABLE DES MATIERES RÉSUMÉ II AVANT-PROPOS m TABLE DES MATDIRES xv LISTE DES FIGURES VLX LISTE DES TABLEAUX M INTRODUCTION 1 CHAPITRE 1 2 1 .O INTRODUC~ION 3 1.1 IMPORTANCE DE LA MANIABILKÉ DU BÉTON 3 1.2 DFFÉRENTS ESSAIS EMPIRIQUES SUR LE BÉTON FRAiS 5 1.2.1 Affaissement au cône d'Abram 5 1.2.2 Table à secousses 5 1.2.3 VeBe 6 1.3 LA WOLOGIE 7 1.3.1 Mouvement laminaire 7 1.3-2 Corps de Newton 8 1.3.3 Corps de Bingharn 10 1.3.4 Thimrropie I I 1.3.5 Dilatance [HU. 199.51 12 1.4 E & @ O M ~ R E S CLASSIQUES DE TYPE ROTATIF 12 1.4.1 Rhéomètre à cylindres coaxiaru: 13 1.4.2 Rhéomètre disque-disque [HU, 19951 17 1.4.3 Autres confiurations 19 1 . 5 LA RHÉOLOGIE DES PÂTES DE CIMENT 20 1.5. I Influence de l'appareillage 21 1.5-2 Inflrtence de la composition de la pâte de ciment 22 1.5.3 Influence ~ L L temps 22 I S.4 Types de courbes rhéologiques observées 24 1.6 LA RHÉOLOGIE DU BÉTON FRAIS 25 1.6.1 Componement rhéologique du béton frais 25 1.6.2 Modèles mathématiques représentant la viscosité du béton frais 27 1.6.3 Facteurs aflectcznt la rhéologie du béton frais 29 1.7 LES PRINCIPAUX R&OMÈTRES A BÉTONS 33 1.7.1 Historiqrie des rlzéomètres à bétons 33 1.7.2 Le rhéomètre BML 34 1.7.3 Le rhéonzètre LCPC 35 1.7.4 Le rhéontètre IBB 36 1.8 APPLKATION DE L A RHÉOLOGIE DU BÉTON FRAIS DANS LA PRATIQUE 38 1.8.1 Laboratoire 38 1.8.2 Boîte de maniabilité 38 1.8.3 Béton autonivelant 39 1.8.4 Pompabilité 40 1 -9 CONCLUSION 41 CHAPITRE 2 43 2.0 INTRODUCTION 44 2.1 CARAC~ÉRISATTON DU RHJ~OMÈ'TRE 44 2.2 CONCEFTION D'UN NOUVEAU RHÉOM~ZRE 45 2.3 ÉTALONNAGE PAR COMPARAISON 45 2.4 CODIFICATION DE^ MÉLANGES 46 2.5 CONCLUSION 46 3.0 INTRODL'C~ION 48 3.1 DESCRIPTION PHY SIQZIE DU R ~ É O M ~ R E B B 48 3 -2 PROTOCOLE D'ESS A! RHÉOLOGIQUE 50 3.2. i Logiciel d'essai rhéologique 5 1 3.2.2 Logiciel de remise à zéro 52 3 . 2 . 3 Calcul des résultats 52 3.3 ÉTALONNAGE DU RHÉOMÈTRE 53 3.3.1 Étalonnage du lecteur de couple 5 3 3.3.2 Étalonnage du lecteur de vitesse 55 3.3.3 Modification des constantes 57 3.4 P~Éclsro~ DU RHÉO&RE IBB 57 3.4.1 Logiciel d'essai de précision 57 3.4.2 Précisiorr du lecteur de vitesse 58 3.4.3 Précision du lecteur de couple 60 3 . 5 CONCLUSION 63 CHAPITRE 4 65 4 . 0 INTRODUCTION 66 4 . 1 CAHIER DES CHARGES 66 4 . 2 DEUX CONFIGURATIONS PROPOSÉES 67 4.2.1 Configuration disque-clisqrre 67 4.2.2 Configuration mixte disque-disque et cylindre-cylindre 68 4 . 4 DÉVELOPPEMENT M ATHÉMATIQUE 69 4.4.1 Hypothèses de base 69 44.2 Système d'équations 70 4-4-3 Calcul de KI et K2 73 4.5 CONCLUSION 73 CHAPITRE PRÉSENTATION ET ANALYSE DES RÉSULTATS DE L'ÉTALONNAGE EN UNITÉS FONDAMENTALES DU RHÉOM~TRE IBB 75 5.1.2 Mélanges 76 5.1.3 Résultats 77 5.2 DEUMÈME SÉRIE D'ESSAIS 80 5.2.1 Méthode et descriptions des mélanges 80 5.2.2 Relations entre les configcrrations H et X en unit& machines 80 5.2.3 Relations entre les configurations H et P en unités machines 82 5.3 UNITÉS FONDAMENTALES 8 4 5.3.1 Relation eritre l'agitateur H et X en unités fondamentales 84 5.3.2 Relation entre L'agitaterir H et P en unités fondamentales 86 5 . 3 - 3 Comparaison avec la documentation 87 5 . 4 CONCLUSION 88 vii CHAPITRE 6 89 6.0 INTR~DUCTION 90 6.1 EFFET DE LA VARIATION DU RAPPORT E/C SUR LES P A R A M ~ R E S RHÉQLOGIQUES 90 6.2 RELATION ENTRE LE CONE D'AFFAISSEMENT ET LE SEUIL DE CISAILLEMENT 9 1 6.3 BÉTON AUTONIVELANT 92 6.4 ESSAIS AVEC TROIS RHÉOMÈTRES IBB [DENTIQUES 9 3 6.5 CONCLUS~ON 94 CHAPITRE 7 95 CONCLUSIONS 95 ANNEXES 104 Liste des figures FIGURE 1. 1 - TABLE À SECOUSSES [I3ARTOS, 19921 ................................................................. 6 FIGURE 1. 2 - APPAREIL W E .. ........., . ...... . ... . . . . . . ... . .. . . . . . . . . . . . . ........... . . . . . . . . 6 FIGURE 1. 3 - ÉCOULEMENT LAMINAIRE ENTRE DEUX PLAQUES [BEAUPRÉ, 19941 ............... 8 FIGURE 1.4 - RHÉOGRAMME D'UN FLUIDE DE NEFVTON ET PROFiL DE VITESSE EN CONI) UITE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - . . . . . -. . - .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - -. . . . . . . . . . . -. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 FIGURE 1.5 - FXÉOGRAMME DU CORPS DE BiNGHAM ET PROFIL DE VITESSE EN CONDUITE ................................................ *.*....... ............................... * . . * .................. 10 F'iGURE 1 . 6 - RHÉOGRAMME D'UN FLULDE NEWTONNIEN ET D'UN BINGHAMIEN ............... 1 1 FIGURE 1. 7 - VISCOSIMÈTRE À CYLINDRES COAMAUX @~EAuPRÉ, 19941 .............. . ....... . ...... 1 4 FIGURE 1 uploads/Science et Technologie/ memoire 21 .pdf