High performance self-compacting concrete : relation between mix design, rheological properties, physico-chemistry and mechanical properties
Rhéologie des bétons fluides à hautes performances : relations entre formulations, propriétés rhéologiques, physico-chimie et propriétés mécaniques
Résumé
The High Performance Concrete, from high to low plastic consistency, develops high long term mechanical resistances. Nevertheless, it presents the disadvantage of a very hard filling in dense steel reinforcements rebars like in the Millau's viaduct piles, which constitute a framework of barriers for the concrete casting by vibration. To guarantee a total filling in the framework, the self compacting concretes are the issue and are adopted respecting mechanical performances and durability maintains. The characterisation of the rheological properties as fluidity and filling ability at the concrete scale gives the physical basis to explain the phenomena implicated in the transition between a concrete of ordinary rheology to a concrete of very high fluidity and gives a better understanding of the mix design variations, as for the granular volume fraction and the gravel to sand ratio, and their consequences. The stability and thixotropy of the suspending fluid where cement, fine sands, diverse fillers and superplasticizers coexist play an important role on the fluidity and stability of the concrete. Nevertheless, shrinkage measurements under drying conditions underline the granular volume fraction incidence on very high drying shrinkage that leads to early cracking. Thus, the replacement of the cement by mineral fillers less reactive has been undertaken. Then, thermal analyses identify the microstructural physico-chemical developments that explain the mechanical resistances maintain, even after the modifications of the mix design.
Les bétons de hautes performances, de consistance ferme à plastique, développent des résistances mécaniques à long terme très élevées. Cependant, ils présentent l'inconvénient d'un remplissage difficile dans des zones fortement ferraillées des piles du viaduc de Millau, dont l'ensemble des armatures constitue un réseau d'obstacles à la mise en place par vibration. Pour garantir un remplissage total des coffrages, le recours aux bétons fluides autoplaçants a été la voie adoptée, avec maintien des performances mécaniques et de la durabilité. Une caractérisation des propriétés rhéologiques (fluidité et capacité de passage entre les armatures) à l'échelle du béton fournit des bases physiques aux phénomènes impliqués dans la transition entre un matériau de consistance ordinaire et un matériau fluide, et apporte une meilleure compréhension des modifications de formulation (fraction volumique solide, rapport Gravillons/Sables) et de leurs conséquences. La stabilité et la thixotropie engendrée par la partie fine où coexistent ciment, fines des sables et divers types de fillers et superplastifiants, jouent aussi un rôle important sur la fluidité et stabilité du béton. Toutefois, des mesures de retrait, sous conditions de séchage, soulignent l'incidence de la fraction volumique granulaire dans le développement de forts retraits menant à une fissuration précoce du béton. Ainsi, le remplacement d'une partie du ciment par des fillers minéraux moins réactifs a été le chemin suivi. Des mesures d'analyses thermiques identifient les raisons microstructurales d'un tel maintien des résistances malgré les modifications de formulation, par rapport à l'évolution de la physico-chimie.