La Securite

t methods used and in the range of W/C ratios investigated, the dynamic volumetric method is the most adapted for the measurement of early-age autogenous strain even if some improvements have to be made in the choice of the immersion liquid. MOTS-CLÉS : KEYWORDS:

retrait endogène, méthodes de mesure, ressuage, très jeune âge. autogenous shrinkage, measurement methods, bleeding, very early age.

25e rencontres de l’AUGC, 23-25 mai 2007, Bordeaux

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25e rencontres de l’AUGC, 23-25 mai 2007, Bordeaux

1. Introduction Le retrait endogène est une propriété commune à toutes les matrices cimentaires à liant hydraulique : il résulte du phénomène de contraction Le Chatelier et de la consommation de l’eau par les réactions d’hydratation qui provoque une désaturation du réseau poreux. Le retrait endogène est particulièrement problématique au très jeune âge des matrices cimentaires à faible E/C et constitue même une cause de fissuration précoce du matériau. En effet, la dépression capillaire générée par l’autodessiccation peut atteindre des valeurs très élevées (plusieurs MPa selon Hua et al., 1995). Plusieurs études ont montré que le retrait endogène qui se développe pendant le premier jour d’hydratation représente une part très importante des déformations endogènes à long terme du matériau : au terme des premières 24 h, la déformation endogène peut atteindre plus de 40% (Baroghel-Bouny et Kheirbek, 2001), voire, pour certains bétons à hautes performances, plus de 80% (Lee et al., 2003) de la déformation mesurée après une année de maturation en conditions endogènes. Il est donc important de se focaliser sur les tout premiers jours (3 jours) d’hydratation afin de mieux comprendre les mécanismes encore mal connus à l’origine de cette déformation. Actuellement, il n’existe pas de méthodes normalisées de mesure du retrait endogène au très jeune âge : dans les normes actuelles, la mesure du retrait commence après un jour d’hydratation. Ceci a amené plusieurs laboratoires à développer leurs propres systèmes de mesure (Jensen et Hansen, 1995 ; Justnes et al., 1996 ; Bjøntegaard et al., 2004 ; Barcelo et al., 2005 ; Lura et Jensen, 2007) Or, de nombreuses contradictions entre les résultats obtenus démontrent qu’il est encore très difficile de mesurer de façon précise le retrait endogène des matrices cimentaires dès le très jeune âge. Les instruments actuels de mesure du retrait endogène se réfèrent principalement à deux types de méthodes de mesure : les méthodes dites « linéiques » (horizontales ou verticales) et les méthodes dites « volumétriques ». Ces instruments enregistrent souvent, pour des éprouvettes de composition semblable et dans des conditions de mesure identiques, des évolutions dimensionnelles très différentes. Plusieurs chercheurs (Justnes et al., 1996 ; Bjøntegaard et al., 2004 ; Barcelo et al., 2005 par exemple) ont montré que ces différences pouvaient être expliquées par des artefacts expérimentaux, tels que le ressuage de la phase liquide, la sédimentation et la ségrégation de la phase solide, les frottements à l’interface moule-éprouvette dans le cas des méthodes linéiques, l’absorption et la pénétration du liquide d’immersion à l’intérieur de la membrane en latex dans le cas de la méthode volumétrique. De récents travaux (Mitani, 2003; Barcelo et al., 2005 ; Lura et Jensen, 2007 ) ont permis de quantifier l’influence de l’absorption d’eau sur la mesure du retrait endogène. Il manque cependant encore de données expérimentales pour quantifier l’influence relative de chaque artefact et son impact direct sur la mesure du retrait endogène.

Déformation endogène des pâtes de ciment

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2. Programme expérimental Dans ce papier, on s’intéresse à la déformation endogène de pâtes de ciment Portland de rapports Eau/Ciment (E/C) égaux à 0,25 ; 0,30 et 0,40. Le ciment utilisé est de type CEM I 42,5 de l’usine Saint Pierre La Cour. La finesse du ciment est de 3390 cm2/g, sa composition de Bogue est 62% de C3S, 11% de C2S, 8% de C3A et 8% de C4AF. L’ensemble des essais est réalisé à une température constante de 20 ± 0,5°C.

2.1. Retrait chimique et prise Vicat Les temps de prise ainsi que le retrait chimique permettent de quantifier l’évolution physico-chimique de la pâte de ciment. La prise est déterminée par l’essai de pénétration Vicat selon la norme européenne NF EN 196-3. Le retrait chimique est mesuré en assurant une saturation permanente en eau de l’espace poreux du matériau selon le protocole décrit par Mounanga et al. en 2006.

2.2. Déformation endogène volumique La déformation endogène volumique est mesurée par pesée hydrostatique, un dispositif expérimental original équipé d’un système de rotation a été développé afin de mesurer le retrait endogène volumique de matrices cimentaires à fort rapport E/C, très sensible au ressuage. Le ressuage est en effet une cause importante de surestimation du retrait endogène au très jeune âge (Justnes et al., 1996). Après le malaxage, 100 à 120 g de matériau sont introduits dans une membrane en latex. L’ensemble est ensuite vibré afin d’évacuer les bulles d’air avant d’être noué à son extrémité. La surface externe de la membrane est ensuite rincée et séchée délicatement à l’aide d’un chiffon puis pesée. Enfin, l’éprouvette est placée dans le cylindre du dispositif de mise en rotation (figure 1.a). Le placement de la membrane dans le cylindre se fait avec précaution sous le liquide d’immersion afin d’éviter le piégeage des bulles d’air à l’intérieur du cylindre. L’ensemble est plongé dans un bain à température contrôlée de 20 ± 0,5°C et accroché à une balance par l’intermédiaire de fils d’attache en nylon. Le moteur est ensuite mis en rotation et l’acquisition est immédiatement lancée. Afin de limiter l’absorption du liquide d’immersion par la membrane, l’eau d’immersion est remplacée par de l’huile de paraffine (Lura et Jensen, 2007). La variation de volume du matériau est calculée à partir de la relation de la poussée d’Archimède correspondant au poids du liquide déplacé.

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2.3. Déformations endogènes linéiques Pour la mesure de la déformation linéique, la méthode mise au point est inspirée des travaux de Jensen et Hansen (Jensen et Hansen, 1995) et de Staquet et al. (Staquet et al., 2006). La méthode linéique horizontale consiste à couler le matériau frais dans une membrane en PVC moulé, souple et étanche, scellée à ses deux extrémités par deux bouchons. Le moule, présenté à la figure 1.b, est constitué d’un tube en PVC noir moulé de 16 cm de longueur, 3,5 cm de diamètre intérieur, 4 cm de diamètre extérieur et 0,75 mm d’épaisseur. La manchette en PVC est très souple, sa déformation longitudinale est de l’ordre de 30000 µm/m pour un effort appliqué de 0,5 N. Après le remplissage de la manchette, deux bouchons en PVC rigide munis d’un plot d’ancrage sont fixés à chaque extrémité. Les déformations sont enregistrées via des capteurs sans contact à courant de Foucault placés aux extrémités de la manchette. Ces capteurs immergeables permettent d’une part, de réaliser les mesures dans un bain thermostaté, et ainsi d’éliminer l’effet des variations thermiques et, d’autre part, de commencer la mesure des déformations dès la fin du coulage. La sensibilité de ces capteurs est de 3,6 mV/µm. Concernant le dispositif vertical, on utilise le même principe excepté que la déformation est mesurée par un seul capteur placé au-dessus de la membrane. Le bas de la manchette est encastré dans une embase en PVC rigide (figure 1.c).

Micro-moteur

Cylindre en PVC Ø 20mm

7 cm

Echantillon

Courroie de transmission

1.a. Dispositif de retrait volumique rotatif

Bouchon en PVC 16 cm Manchette en PVC moulé

3.5 cm 4 cm

Capteur sans contact

Tige enduit de graisse

Support en PVC rigide

Vue de gauche

1.b. Dispositif de retrait horizontal

1.c. Dispositif de retrait vertical

Figure 1. Dispositifs de mesure des déformations endogènes

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3. Résultats et discussion 3.1. Effet du ressuage et du liquide d’immersion La figure 2 présente les résultats des déformations chimique et endogène volumique des pâtes de ciment à E/C = 0,30 et 0,40. Le point de divergence entre les retraits chimique et volumique, indique généralement la formation du squelette solide, i.e., la prise (Justnes et al., 1996). La figure 2 montre que l’heure d’apparition de ce point de divergence est très influencée