Optimisation et performances mécaniques et structurales des bétons autoplaçants fibrés

Abstract

Grâce aux intérêts mécaniques, économiques et les propriétés de durabilité des fibres d'une part, et à la très grande ouvrabilité des bétons autoplçants [i.e. autoplaçants] (BAP) d'autre part, ainsi que l'importance des domaines d'utilisation des deux ingrédients, cette étude porte sur le développement et la caractérisation des bétons autoplaçants fibrés (BAPF) qui est la combinaison de ces deux matériaux. Ainsi, une évaluation des performances des BAPF et des semi-BAPF a été procédée. Les performances de ces bétons engendrent leurs propriétés à l'état frais (maniabilité, déformabilité, etc.), leurs caractéristiques à l'état durci (propriétés mécaniques, retrait de séchage et durabilité) ainsi que leur comportement structural en flexion. Pour étudier ces bétons, deux phases de travail ont été abordées. La première phase (chapitres 4 et 5) comprend la proposition d'une méthodologie simple pour formuler des BAPF et des semi-BAPF à partir d'une formulation donnée d'un BAP. Ce dernier a été considéré comme un béton de référence pour les BAPF et les semi-BAPF. Ce BAP avait un rapport eau/liant (E/L) de 0,42 qui était suffisant pour avoir une bonne maniabilité et des propriétés mécaniques assez élevées qui le qualifient comme un béton à multi-usages (construction, réparation, etc.). Cette phase comprend également l'optimisation et l'étude des propriétés a l'état frais et à l'état durci des BAPF et des semi-BAPF optimisés en incorporant cinq types de fibres de différentes natures comme un premier paramètre de l'étude. Trois dosages fibriques (faible, moyen et élevé) ont été considérés comme un deuxième paramètre. Un béton ordinaire (BO) peu fluide d'une résistance mécanique ordinaire et d'un rapport E/L de 0,50 a été choisi comme un deuxième béton de référence. La prise de deux types différents de bétons témoins (le BAP et le BO) est considérée comme un troisième paramètre de l'étude. Un nombre total de 23 mélanges fibrés (comportant des BAPF et des semi-BAPF) a été préparé. Ces mélanges ont différents degrés de maniabilité selon les dosages en adjuvants. Le dosage maximal des fibres qui peu être utilisé pour maintenir le caractère autoplaçant et la stabilité du mélange est de 0,5% pour tous les types de fibres. Une évaluation globale de ces mélanges à l'état frais a révélé que le BAP de référence est plus performant du point de vue d'ouvrabilité par rapport aux BAPF et semi-BAPF vu l'effet néfaste des fibres sur la maniabilité. À l'état durci, les mélanges fibrés deviennent plus performant par rapport au BAP vu les propriétés mécaniques similaires ou supérieures et le retrait de séchage le moins élevé de ces mélanges en présence des fibres. Les fibres améliorent le retrait de séchage, grandement la résistance en traction et la contrainte résiduelle moyenne, et peu la résistance en compression. La résistance des BAP aux ions chlorures est peu affectée en présence des fibres synthétiques et rigoureusement influencée par l'ajout des fibres métalliques. La deuxième phase (chapitre 6) a été consacrée à la validation des performances de trois types de fibres à un volume unique (0,5%). Ces trois BAPF ont été sélectionnés parmi les mélanges déjà optimisés dans la phase précédente. Pour ce faire, six poutres monolithiques de 250×400×3100 mm ont été réalisées et testées en flexion. Ainsi, cette validation comprend la facilité de la mise en place des bétons confectionnés et les performances structurales en flexion de ces poutres. Les performances en flexion des BAPF incluent les charges mécaniques (charge de fissuration, charge élastique et charge ultime), la ténacité, la rigidité, l'énergie d'absorption de fissuration, la densité du réseau de fissuration, la fragilité/ductilité, la déformation du béton comprimé et les armatures longitudinales. Les BAPF ont présenté des performances plus élevées ou égales à celles des BAP et des BO. Les fibres métalliques ont donné de meilleures performances relatives vu leurs propriétés mécaniques et géométriques appropriés. À l'issu de cette étude, des conclusions et des recommandations ont été décrites pour des futures recherches