Béton de masse à chaleur d'hydratation réduite

L’hydratation du ciment est une réaction exothermique qui se traduit par un dégagement de chaleur important dans le béton de masse. Le comité ACI 116 définit le béton de masse comme ” Tout volume de béton dont les dimensions sont suffisamment grandes pour exiger que des mesures soient prises pour faire face à la génération de chaleur due à l’hydratation du ciment et au changement de volume qui en résulte afin de minimiser la fissuration.” Domaines d’application typiques comprennent les barrages, les revêtements de tunnel et les piliers en béton ainsi que les colonnes, poutres, murs et fondations de grande taille, où l’action thermique, la durabilité et l’économie sont les principales préoccupations.

Dans les grandes coulées, les différences entre les températures de surface et les températures intérieures du béton pendant le processus d’hydratation induisent des contraintes thermiques à la surface, ce qui entraîne une fissuration thermique. Le manuel de pratique du béton ACI 207 fournit des conseils utiles en ce qui concerne les élévations de température dans le béton de masse mis en place de manière traditionnelle et consolidé. Le type, la teneur dans la conception du mélange et la finesse du ciment ainsi que la teneur en agrégats et le coefficient de dilatation thermique, le module de diffusivité et d’élasticité, le rapport de surface de section et les températures ambiantes de placement sont tous des facteurs affectant l’élévation de température. Bien que les augmentations de température se produisent dans les 1 à 3 jours suivant la coulée, il peut falloir des années pour que les sections épaisses se refroidissent à la température ambiante, car la chaleur générée par le corps intérieur en béton ne peut pas facilement se dissiper.

ASTM C 186 - Méthode d’essai standard pour la chaleur d’hydratation du ciment hydraulique est utilisée pour déterminer si le ciment hydraulique testé répond à la spécification de chaleur d’hydratation à tout âge. Pour réduire les échauffements, il convient de ralentir le processus d’hydratation en réduisant au maximum la teneur en ciment tout en sélectionnant un ciment à faible teneur en silicate tricalcique (C₃S) et en aluminate tricalcique (C₃A). La teneur et la nature du ciment utilisé sont des éléments essentiels contribuant à limiter les échauffements.

Les agrégats à faible coefficient de dilatation thermique peuvent améliorer considérablement la résistance thermique en réduisant les contraintes thermiques, dans de nombreux cas de moitié. Lors de la sélection des agrégats à utiliser dans le béton de masse, il est important de maximiser les agrégats grossiers de grande taille, avec des restrictions de taille d’agrégat résultant de limitations pratiques dues aux formes et aux aciers d’armature. De plus, il est important de combiner des agrégats de différentes tailles pour produire une gradation se rapprochant de la densité maximale lors du compactage. L’utilisation d’agrégats de forme arrondie améliore la maniabilité du béton et permet ainsi une optimisation de la conception du mélange. Le taux d’absorption des granulats grossiers (moins de 3 %), la densité (supérieure à 2,5) et les pourcentages de matériaux nocifs sont également des facteurs importants dans la conception des mélanges de béton de masse.

L’utilisation de matériaux cimentaires supplémentaires tels que les cendres volantes (avec la classe F préférée) et le laitier de haut fourneau granulé moulu (GGBFS) en remplacement du ciment, dans des plages pouvant aller jusqu’à 60 % à 75 %, peut réduire considérablement la chaleur de hydratation à hauteur de 15 à 50%. Les matériaux hautement réactifs tels que la fumée de silice et le métakaolin ne sont pas recommandés pour une utilisation dans le béton de masse. De plus, il convient de noter que la plupart des cendres volantes lorsqu’elles sont utilisées comme pouzzolanes améliorent la maniabilité du béton permettant une réduction d’eau de 5 à 8 %.

Pour réduire la chaleur d’hydratation, des réducteurs d’eau et/ou des réducteurs d’eau haut de gamme sont utilisés pour minimiser à la fois les teneurs en ciment et en eau. La consistance du béton de masse doit être aussi rigide que possible tout en restant suffisamment maniable pour que le mélange soit correctement placé et compacté. En fait, un tel béton peut être conçu pour atteindre 13 MPa à 25 MPa, ce qui pourrait être nécessaire pour le béton intérieur de grandes structures gravitaires, en utilisant des rapports eau-ciment de 0,35 à 0,50 et des valeurs d’affaissement aussi faibles que 40 à 50 mm. . Le béton de masse peut avoir des teneurs en air de l’ordre de 3 à 5% ou même augmentées à 8% comme moyen d’augmenter l’ouvrabilité tout en maintenant une faible teneur en eau-ciment. De plus, sur le terrain, il est préférable de s’assurer que le béton rigide peut être manipulé même si cette manipulation peut nécessiter un équipement spécial, plutôt que de prévoir un ajout d’eau pour améliorer la maniabilité. Il est préférable de le mettre en couches successives de 10 à 15 cm d’épaisseur selon la taille maximale des granulats et la capacité du vibreur utilisé à donner des résultats satisfaisants. En plus des réducteurs d’eau et des entraîneurs d’air, des adjuvants de contrôle de prise sont souvent nécessaires pour garantir que les couches de béton internes restent plastiques afin que les couches successives puissent être placées et vibrées avant que les couches sous-jacentes ne prennent.

Pour réduire les températures de mise en place, rincer les agrégats à l’eau froide ou les verser dans de l’eau de gâchage avec de la glace en flocons/pilée peut refroidir le noyau du béton. L’injection d’azote liquide dans l’eau de gâchage est une méthode alternative de pré-refroidissement utilisée pour réduire la température du béton. Lors des opérations de mise en place, le noyau du béton peut être refroidi, avec de l’eau froide circulant dans des tuyaux noyés dans le béton, ou la surface extérieure isolée pour réduire les écarts de température entre le centre et la surface. Les renforts de dilatation sont utiles pour minimiser les fissures. Il est important de noter que lorsque la méthode de pré-refroidissement est utilisée, les tests de béton en laboratoire doivent être effectués à une température plus basse plutôt qu’à la température ambiante en raison de l’hydratation plus lente du ciment à des températures plus basses.

Holderchem peut aider les entrepreneurs et les ingénieurs dans la conception de béton de masse durable incorporant des réducteurs d’eau, des entraîneurs d’air, des adjuvants de contrôle de prise et des matériaux cimentaires supplémentaires.