LES BETONS - Académie de Nancy-Metz

Ainsi, I'élévation de température au sein d'ouvrages en béton, qui a pour origine l'exothermie de l'hydratation du ciment, est
accentuée par l'effet de masse des structures et peut conduire à des écarts thermiques de l'ordre de 50°C entre le cœur et les
parois de l'ouvrage. Ces considérations d'ordre thermique ne sont pas sans conséquence sur la durabilité et sur les
caractéristiques physiques et mécaniques du béton, dont la résistance en compression. On peut évoquer, essentiellement, les
problèmes de fissuration due au retrait thermique et les modifications de la microstructure de la pâte de ciment à température
élevée. C'est pourquoi les éprouvettes de béton, servant aux essais de résistance et ne suivant pas l'historique de la
température réelle de l'ouvrage, ne peuvent être représentatives de sa résistance.
La méthode décrite ci-dessous, dite méthode du temps équivalent est fondée sur la loi d'Arrhenius 3 , afin de prévoir la
résistance en compression d'un béton subissant un historique de température.
Par définition le temps équivalent correspond au temps durant lequel on doit laisser le 'mélange béton' à la température de
référence pour obtenir la même valeur de maturité. Le temps équivalent est donc en quelque sorte le reflet du degré de
durcissement du béton et de l'état d'avancement des réactions d'hydratation.
tf
E 1 1
Te
∫ exp .
. dt
ti
R 293 ( t)
273 ⎥ ⎥
⎡ ⎛
⎞⎤
= ⎢ ⎜ − ⎟
⎢
⎜
⎟
⎣ ⎝ θ + ⎠⎦
E : énergie d'activation apparente en J/mol
R : constante de gaz parfaits (8.314 J/mol.°K)
θ(t) : température moyenne sur l'intervalle en °C
L'énergie d'activation est la seule inconnue dans cette équation : elle est très délicate à quantifier, et la précision souhaitée
pour la détermination du temps équivalent (Te) implique une recherche systématique de sa valeur (énergie d'activation) et ce ,
pour chaque formulation. En effet, elle dépend de très nombreux facteurs, même si très souvent on ne l'associe qu'à la nature
du ciment employé :
CEM I 52.5N CEM I 42.5R CEM I 42.5 CEM II/A 32.5R CEM II/A 32.5N CEM III/C 32.5N
(CPA HPR) (CPA 55R) (CPA 55) (CP45 R) (CPJ 45) (CLK 45)
E/R 3540 3970 4150 4810 5530 6700
PRINCIPES D'ETUDE ET EXEMPLE
a/ Détermination de la courbe de référence (isotherme 20°C)
On confectionne 8 séries de 3 éprouvettes (soit 24 éprouvettes) 4 avec le béton de l'ouvrage. Les matériaux
doivent être sensiblement à 20°C, et les éprouvettes sont stockées après fabrication dans une enceinte climatique
à 20°C.
Les échéances de rupture sont : 4h, 8h, 12h, 24h, 32h, 48h, 72h, 28 jours.
Sur chaque lot est également réalisé un essai d'auscultation sonique (voir ci avant).
⎛ ⎞
Puis on trace la courbe d'évolution relative de résistance ⎜
Rci
⎟ à la compression.
⎜ ⎟
⎝ Rc28
⎠
Dans l'exemple traité, on souhaite vérifier si
le traitement thermique prévu permet
d'obtenir une résistance de 40 MPa
nécessaire au relâchement des fils de
précontrainte de poutres BP.
La courbe ci-contre a été obtenue à partir
de valeurs moyennes sur éprouvettes
16x32
à 4h :...
à 8h : 4.8 MPa
à 12h : 8.2 MPa
à 24h : 29.2 MPa
à 32h :...
à 48h : 38.8 MPa
à 72h : 44.2 MPa
à 28 jours : 68.0 MPa
Résistance relative
0.77
0.65
0.62
0.57
0.43
0.12
0.07
24h 48h 65h 72h 96h
temps (h)
120h
3 La loi d'Arrhénius fondée essentiellement sur des constats expérimentaux, décrit la cinétique de toutes les réactions chimiques simples. Cependant, en raison des réactions multiples lors de
la prise et du durcissement, l'application de cette loi ne peut donner qu'une approximation (mais suffisante) des phénomènes réels.
4 Pour rechercher l'énergie d'activation, on procède à un nouveau lotissement sur une isotherme différente (40°C par exemple).
F. Gabrysiak - Matériaux - Les Bétons - Chapitre 4 14
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