Béton Projeté

Cet article présente l’état des connaissances actuelles dans le domaine du pompage, ainsi qu’une description des travaux de recherche en cours à l’Université Laval en béton projeté par voie humide. Les travaux visent l’identification des paramètres clés influençant la mobilité et la stabilité sous pression du béton frais (pompage). Les propriétés rhéologiques et tribologiques du matériau sont exploitées et insérées dans des modèles de prédiction de pression de pompage, tout comme le concept du coefficient de remplissage des cylindres.

Afin d’approfondir les connaissances acquises dans le domaine du pompage, des travaux de recherche complémentaires sont entrepris au Centre de Recherche sur les Infrastructures en Béton de l’Université Laval (CRIB). L’objectif principal est de caractériser et d’améliorer le procédé de projection du béton par voie humide. Les travaux s’attardent d’abord à l’évaluation de l’influence du débit d’air à la lance sur le rebond et les caractéristiques de mise en place. Ils permettront également d’évaluer l’effet de l’utilisation de boyaux de moindre diamètre (moins de 50 mm) sur les pressions de pompage et les propriétés du béton durci. Finalement, le projet vise la quantification de l’évolution des propriétés rhéologiques et tribologiques dans le temps. En résumé, ces recherches contribueront à améliorer les outils et connaissances à la disposition de l’industrie, afin d’optimiser la qualité des interventions.

Introduction

Le béton projeté par voie humide est une technique de mise en place du béton qui croît en popularité depuis plus d’une vingtaine d’années. En réponse à cette demande croissante et afin de demeurer compétitive, l’industrie du projeté se doit d’innover. Le procédé de projection par voie humide et le pompage du béton sont des processus complémentaires : tout avancement dans le domaine du pompage a inévitablement des répercussions positives sur le béton projeté. Les défis de l’industrie se traduisent par l’établissement d’un compromis entre deux concepts : obtenir un béton assez maniable pour être pompé, mais suffisamment consistant pour tenir en place sans s’affaisser une fois projeté.

Cet article propose une revue de l’état actuel des connaissances et décrit le programme de recherche entrepris au CRIB. Ces travaux visent à générer des résultats expérimentaux basés sur l’évaluation de l’influence du débit d’air à la lance sur le rebond, l’utilisation de boyaux de faible diamètre et l’évolution des propriétés tribologiques.

Le pompage du béton

Le terme « pomper » du béton fait implicitement appel à la notion d’un béton pompable. Il s’avère que la « pompabilité », ou l’aptitude d’un béton à être pompé, ne constitue pas un concept simple et nécessite l’intervention de notions de stabilité et de mobilité. En règle générale, la pompabilité d’un béton frais est définie comme la capacité d’un béton en milieu confiné à se mobiliser sous pression tout en maintenant ses propriétés initiales (Gray, 1962 ; Beaupré, 1994). Les recherches actuelles peuvent être classées en trois catégories distinctes : la stabilité du béton frais sous pression, la mobilité du béton frais confiné et l’optimisation du squelette granulaire.

Stabilité sous pression

Un premier aspect lié au pompage est la perte d’air dans le matériau. Cette perte, variant de moins de 1 % jusqu’à plus de 5 %, peut être néfaste si le réseau de bulles d’air est suffisamment modifié pour affecter la durabilité aux cycles de gel-dégel (Neville, 1995). Dyer (1991) a proposé l’hypothèse que la pressurisation favorise la dissolution des petites bulles d’air dans l’eau environnante. Lors de la dépressurisation, à la sortie du boyau, les bulles dissoutes réapparaissent dans les bulles non dissoutes pour en former de plus grosses. Boulet (1997) a également démontré que le temps et l’amplitude de la pression ont une incidence directe sur le réseau final : le nombre total de bulles diminue et leur taille moyenne croît, augmentant ainsi le facteur d’espacement.

Mobilité et friction

En quantifiant la résistance exercée par le béton dans une conduite, Ede (1967) a observé que l’écoulement respecte les principes de l’hydraulique. Il a démontré que la résistance à l’écoulement est généralement indépendante de la pression appliquée, rendant la perte de charge linéaire dans une conduite droite.

Il est aujourd’hui accepté que le béton frais respecte un modèle rhéologique Binghamien. Le seuil de cisaillement ($τ_0$) ainsi que la viscosité plastique ($μ$) sont les deux propriétés qui décrivent le comportement du matériau :

1. Seuil de cisaillement : Effort minimal requis pour initier le mouvement.

2. Viscosité plastique : Résistance opposée au mouvement une fois celui-ci amorcé.

Paramètres influençant le pompage

• Volume de pâte : Un minimum de pâte (environ 30 % en volume) doit être présent pour enrober les granulats. Une augmentation du volume de pâte facilite généralement le pompage en diminuant les pressions requises.

• Rapport Eau/Liant (E/L) : C’est le facteur le plus influent. Si l’aptitude au pompage croît avec le rapport E/L, des rapports trop élevés augmentent les risques de ségrégation et de blocage.

• Diamètre des boyaux : Une diminution de moitié du diamètre d’un boyau fait quadrupler la vitesse du béton à l’intérieur. De plus, un boyau de 50 mm requiert environ 7,8 % du volume total de pâte pour assurer la couche lubrifiante, contre seulement 3,2 % pour un boyau de 125 mm.

Conclusions

Le pompage du béton est une méthode en constante évolution. La popularité du béton projeté par voie humide et la sévérité des devis techniques exigent une compréhension plus fine de la pompabilité. Les travaux en cours au CRIB visent à fournir à l’industrie des outils prédictifs performants pour garantir la qualité et la durabilité des infrastructures.