Béton a haute performance

Sami Sahli
Sami SahliArchitecte em Bet
Béton a haute performance
Parmi les matériaux de construction, le béton est celui qui
est le plus fréquemment utilisé.
Ces dernières années ont été marquées par l’évolution
rapide des caractéristiques mécaniques des matériaux de
construction (acier, bois, composites et autres). Dans le
secteur des travaux publics notamment, les bétons de
hautes performances ont suscité l’intérêt de nombreux
chercheurs et industriels.
 Définition :
 Par convention on appelle BHP, un béton dont la résistance
mécanique moyenne à la compression à l’âge de 28 jours est
supérieure à 60 MPa. Le BHP contient les constituants
suivants : des granulats ordinaires, du ciment portland
ordinaire de la fumée de silice, parfois d’autres ajouts
minéraux comme des cendres volantes et des adjuvants
(fluidifiant).
Ciments :
Pour l’élaboration des BHP, on utilise
généralement des ciments portland qui est
également choisis en fonction de leur
compatibilité avec les fluidifiants utilisés.
Fluidifiant :
Les fluidifiants contribuent à la bonne
dispersion des fines tout en autorisant
une réduction de la quantité d’eau pour
une même fluidité. Il est également
vérifié que leur action sur le début et la
fin de prise du ciment utilisé est mineure.
Les matériaux de
composition :
Granulats :
Ils occupent la majeure partie du volume
du béton, leur choix est donc primordial
pour la conception des BHP. Un granulat
est généralement caractérisé par sa forme,
sa nature minéralogique, ses
caractéristiques mécanique et sa
granulométrie.
Fumées de silice :
La fumée de silice est le matériau le plus
souvent utilisé pour formuler des BHP,
récupérées dans les filtres à poussière de
l’industrie du silicium et de ses alliages.
Cendre volante :
La cendre volante est un sous produit
industriel récupéré dans les filtres à
poussière de cheminée des centrales
thermiques, fonctionnant au charbon
pulvérisé ou au lignite, cette poudre se
représente sous forme finement divisée.
 La fumée de silice ou microsilice est une pouzzolanes
artificielles d'une grande finesse, environ 100 fois plus
fin que le ciment (grain moyen inférieur à 1 micron),
elle est obtenue lors de la fabrication de certains
produits siliceux. La fumée de silice n’est cependant
pas qu’une pouzzolane très réactive, elle a d’autres
propriétés intéressantes. En effet, la petite taille des
particules de fumée de silice permet de combler
l’espace entre les grains de ciment, ce qui améliore
donc le remplissage des vides et de ce fait possède des
propriétés qui sont bénéfiques au béton
Défloculation des grains
de ciment
 Obtenue grâce à
l’utilisation de super
plastifiants ce qui conduit
à une réduction sensible de
la quantité d’eau de
gâchage.
L’extension de l’étendu
granulaire du mélange :
 Cette extension est obtenue par
l’utilisation d’éléments ultra fin tel
que la fumée de silice, fillers de
laitier, cendre volante….etc.
chimiquement réactifs dessinés à
remplir les micros vides de
l’empilement des grains en
améliorant ainsi la compacité
Les voies d’obtention des bétons à hautes
performancesDans les perspectives d’améliorer les propriétés constructives du béton,
différents chercheurs se sont attachés à explorer les voies visant à formuler
un béton de très haute compacité grâce à l’utilisation des constituants de
qualité et avec réduction maximale du dosage en eau. Deux voies de natures
physico-chimique différentes se sont dégagées pour obtenir des hautes
performances :
Caractéristique à l’état frais :
Maniabilité :
L’effet lubrifiant des superplatifiants permet aux particules solides de
glisser les unes sur les autres. Le matériau frais se déforme facilement,
même sous un effort modéré. Par exemple, dans l’essai au cône d’
Abrams, le béton s’étale et présente des affaissements généralement
supérieurs à 20cm.
Les caractéristiques des BHP
Caractéristique à l’état durci :
Les propriétés physiques :
La masse volumique :
Généralement la masse volumique d’un BHP est légèrement
supérieure à celle d’un béton ordinaire. Ceci est dû à la meilleure
compacité des BHP.
Masse volumique apparente = 2400 à 2500 pour les BHP
Masse volumique apparente = 2350 à 2400 pour BO
Déformation des BHP :
Les déformations libres (retrait) :
Sont des propriétés de premières importances pour le constructeur.
La construction d’un ouvrage durable passe donc par la maîtrise des
déformations libre. La température et le teneur en eau sont deux
paramètres qui contrôlent les déformations libres.
Fluage des bétons à hautes performances :
Le fluage d’un BHP est très inférieur à celui d’un
béton usuel. Le coefficient de fluage, égal au rapport
de la déformation différée sur la déformation
instantanée est compris entre 1 et 1,5 pour les BHP
alors qu’il est de 2 pour les bétons ordinaires.
Propriétés mécaniques :
Résistance a la compression et a la traction :
Une conséquence heureuse de la proximité initiale des gains de
ciment est l’accroissement très rapide de la résistance en
compression, une fois dépassé la période dormante. On
atteint à 28 jours des valeurs comprises couramment entre
60 et 130 MPa, et souvent beaucoup plus élevées.
Les spécialistes distinguent les BHP par rapport au Béton
Ordinaire, le tableau suivant donne les différents types de
béton selon la résistance à la compression:
Classe
Résistance
à la compression à 28 jours
(en MPa)
Béton ordinaire 20 à 50
Béton à hautes performances 60 à 100
Béton à très hautes performances 100 à 150
Béton exceptionnel > 150
La résistance en traction croît corrélativement avec la résistance
en compression, mais de façon moins spectaculaire. On peut dire
que l’on double la première lorsque l’on triple la seconde.
Durabilité des bétons à hautes performances :
La porosité et la perméabilité de ces bétons améliorer par
ailleurs la durabilité. La résistance aux agressions chimiques
comme peuvent l’être les bétons en milieu marin ou en milieu
agressif. Il en est de même pour la résistance au gel. La
résistance aux agents agressifs (ions chlore, sulfates, eau de
mer, acides …), le faible risque de corrosion des armatures,
la forte résistance au cycle gel-dégel ainsi que la faible
perméabilité sont autant de propriétés qui qualifient ce
béton comme étant durable.
Applications
 Les grandes résistances à court terme de 24h00
à 3jrs permettent un décoffrage rapide ainsi
que des mises en précontraintes rapides. Ainsi
les BHP sont utilisés pour des ouvrages:
précontraints, préfabriqués, coulés en place..
Applications
 Ces propriétés élevées au jeune âge conduisent à
préconiser l’utilisation de ce BHP pour les ouvrages
soumis à de fortes sollicitations mécanique (bâtiments
de grande hauteur, ponts, réservoirs, centrales
nucléaires, etc). La résistance en milieu agressif conduit
à les préconiser pour les travaux en milieu marin ou
agressif. Enfin lorsque le béton doit être pompé sur une
grande hauteur, le BHP est recommandé du fait de sa
grande manoeuvrabilité
Béton a haute performance
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Le grand pont trans-océanique de la Baie de Hangzhou 36 km
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 Centre-Bus RATP de Thiais (Val-de-Marne),
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Béton a haute performance

  • 2. Parmi les matériaux de construction, le béton est celui qui est le plus fréquemment utilisé. Ces dernières années ont été marquées par l’évolution rapide des caractéristiques mécaniques des matériaux de construction (acier, bois, composites et autres). Dans le secteur des travaux publics notamment, les bétons de hautes performances ont suscité l’intérêt de nombreux chercheurs et industriels.
  • 3.  Définition :  Par convention on appelle BHP, un béton dont la résistance mécanique moyenne à la compression à l’âge de 28 jours est supérieure à 60 MPa. Le BHP contient les constituants suivants : des granulats ordinaires, du ciment portland ordinaire de la fumée de silice, parfois d’autres ajouts minéraux comme des cendres volantes et des adjuvants (fluidifiant).
  • 4. Ciments : Pour l’élaboration des BHP, on utilise généralement des ciments portland qui est également choisis en fonction de leur compatibilité avec les fluidifiants utilisés. Fluidifiant : Les fluidifiants contribuent à la bonne dispersion des fines tout en autorisant une réduction de la quantité d’eau pour une même fluidité. Il est également vérifié que leur action sur le début et la fin de prise du ciment utilisé est mineure. Les matériaux de composition : Granulats : Ils occupent la majeure partie du volume du béton, leur choix est donc primordial pour la conception des BHP. Un granulat est généralement caractérisé par sa forme, sa nature minéralogique, ses caractéristiques mécanique et sa granulométrie. Fumées de silice : La fumée de silice est le matériau le plus souvent utilisé pour formuler des BHP, récupérées dans les filtres à poussière de l’industrie du silicium et de ses alliages. Cendre volante : La cendre volante est un sous produit industriel récupéré dans les filtres à poussière de cheminée des centrales thermiques, fonctionnant au charbon pulvérisé ou au lignite, cette poudre se représente sous forme finement divisée.
  • 5.  La fumée de silice ou microsilice est une pouzzolanes artificielles d'une grande finesse, environ 100 fois plus fin que le ciment (grain moyen inférieur à 1 micron), elle est obtenue lors de la fabrication de certains produits siliceux. La fumée de silice n’est cependant pas qu’une pouzzolane très réactive, elle a d’autres propriétés intéressantes. En effet, la petite taille des particules de fumée de silice permet de combler l’espace entre les grains de ciment, ce qui améliore donc le remplissage des vides et de ce fait possède des propriétés qui sont bénéfiques au béton
  • 6. Défloculation des grains de ciment  Obtenue grâce à l’utilisation de super plastifiants ce qui conduit à une réduction sensible de la quantité d’eau de gâchage. L’extension de l’étendu granulaire du mélange :  Cette extension est obtenue par l’utilisation d’éléments ultra fin tel que la fumée de silice, fillers de laitier, cendre volante….etc. chimiquement réactifs dessinés à remplir les micros vides de l’empilement des grains en améliorant ainsi la compacité Les voies d’obtention des bétons à hautes performancesDans les perspectives d’améliorer les propriétés constructives du béton, différents chercheurs se sont attachés à explorer les voies visant à formuler un béton de très haute compacité grâce à l’utilisation des constituants de qualité et avec réduction maximale du dosage en eau. Deux voies de natures physico-chimique différentes se sont dégagées pour obtenir des hautes performances :
  • 7. Caractéristique à l’état frais : Maniabilité : L’effet lubrifiant des superplatifiants permet aux particules solides de glisser les unes sur les autres. Le matériau frais se déforme facilement, même sous un effort modéré. Par exemple, dans l’essai au cône d’ Abrams, le béton s’étale et présente des affaissements généralement supérieurs à 20cm. Les caractéristiques des BHP
  • 8. Caractéristique à l’état durci : Les propriétés physiques : La masse volumique : Généralement la masse volumique d’un BHP est légèrement supérieure à celle d’un béton ordinaire. Ceci est dû à la meilleure compacité des BHP. Masse volumique apparente = 2400 à 2500 pour les BHP Masse volumique apparente = 2350 à 2400 pour BO Déformation des BHP : Les déformations libres (retrait) : Sont des propriétés de premières importances pour le constructeur. La construction d’un ouvrage durable passe donc par la maîtrise des déformations libre. La température et le teneur en eau sont deux paramètres qui contrôlent les déformations libres.
  • 9. Fluage des bétons à hautes performances : Le fluage d’un BHP est très inférieur à celui d’un béton usuel. Le coefficient de fluage, égal au rapport de la déformation différée sur la déformation instantanée est compris entre 1 et 1,5 pour les BHP alors qu’il est de 2 pour les bétons ordinaires.
  • 10. Propriétés mécaniques : Résistance a la compression et a la traction : Une conséquence heureuse de la proximité initiale des gains de ciment est l’accroissement très rapide de la résistance en compression, une fois dépassé la période dormante. On atteint à 28 jours des valeurs comprises couramment entre 60 et 130 MPa, et souvent beaucoup plus élevées. Les spécialistes distinguent les BHP par rapport au Béton Ordinaire, le tableau suivant donne les différents types de béton selon la résistance à la compression:
  • 11. Classe Résistance à la compression à 28 jours (en MPa) Béton ordinaire 20 à 50 Béton à hautes performances 60 à 100 Béton à très hautes performances 100 à 150 Béton exceptionnel > 150 La résistance en traction croît corrélativement avec la résistance en compression, mais de façon moins spectaculaire. On peut dire que l’on double la première lorsque l’on triple la seconde.
  • 12. Durabilité des bétons à hautes performances : La porosité et la perméabilité de ces bétons améliorer par ailleurs la durabilité. La résistance aux agressions chimiques comme peuvent l’être les bétons en milieu marin ou en milieu agressif. Il en est de même pour la résistance au gel. La résistance aux agents agressifs (ions chlore, sulfates, eau de mer, acides …), le faible risque de corrosion des armatures, la forte résistance au cycle gel-dégel ainsi que la faible perméabilité sont autant de propriétés qui qualifient ce béton comme étant durable.
  • 13. Applications  Les grandes résistances à court terme de 24h00 à 3jrs permettent un décoffrage rapide ainsi que des mises en précontraintes rapides. Ainsi les BHP sont utilisés pour des ouvrages: précontraints, préfabriqués, coulés en place..
  • 14. Applications  Ces propriétés élevées au jeune âge conduisent à préconiser l’utilisation de ce BHP pour les ouvrages soumis à de fortes sollicitations mécanique (bâtiments de grande hauteur, ponts, réservoirs, centrales nucléaires, etc). La résistance en milieu agressif conduit à les préconiser pour les travaux en milieu marin ou agressif. Enfin lorsque le béton doit être pompé sur une grande hauteur, le BHP est recommandé du fait de sa grande manoeuvrabilité
  • 19. Le grand pont trans-océanique de la Baie de Hangzhou 36 km 2008
  • 23.  Centre-Bus RATP de Thiais (Val-de-Marne),