Qu'est-ce que le béton de masse ?

Le béton de masse est défini comme un ouvrage en béton de gros volume avec de grandes dimensions et des conditions aux limites sujettes à des températures élevées en raison d'un taux plus élevé de chaleur d'hydratation. 

La température élevée du béton entraîne des contraintes thermiques élevées, des fissures et un gain de résistance à long terme réduit. Par conséquent, le principal facteur distinguant le béton de masse du béton normal est son comportement thermique.

Le béton de masse est un terme associé aux grandes structures coulées en béton sur place comme les barrages, les piliers de pont, les fondations d'un grand bâtiment et les grands emplacements de béton (minimum 1 m de profondeur). 

Cet article explique les caractéristiques importantes et la composition du béton de masse selon l'American Concrete Institute (ACI).

Caractéristiques du béton de masse

L'American Concrete Institute (ACI 207.1R) définit le béton de masse comme "tout volume de béton structurel dans lequel une combinaison des dimensions de l'élément coulé, des conditions aux limites, des caractéristiques du mélange de béton et des conditions ambiantes peut entraîner des effets indésirables". contraintes thermiques, fissuration, réactions chimiques délétères ou réduction de la résistance à long terme en raison de la température élevée du béton due à la chaleur d'hydratation.

La réaction d'hydratation dans le béton de masse dégage une chaleur énorme. L'absence d'un mode approprié pour dissiper cette chaleur entraînerait une différence de température plus élevée entre la surface intérieure et extérieure de la structure de masse, ce qui entraînerait en outre des contraintes thermiques et des fissures.

Les fissures thermiques permettent à l'air et à l'eau d'atteindre l'acier d'armature, entraînant de la corrosion. Par conséquent, les fissures thermiques créent un problème de durabilité.

Le bétonnage de masse est toujours conçu et réalisé en mettant l'accent sur le comportement thermique, qui, s'il est ignoré, affecte l'intégrité structurelle et l'action monolithique de la structure. Les fissures thermiques observées dans diverses structures en béton de masse sont énumérées ci-dessous :

À des températures supérieures à 160 o F, des produits d'hydratation instables sont produits, appelés formation retardée d'ettringite (DEF). Le DEF se dilate avec le béton avec le temps, ce qui entraîne une fissuration importante.

Contrôle de la température dans le béton de masse

Les principaux facteurs pouvant influencer la température du béton sont :

1. Composition et finesse du ciment
2. Teneur en granulats et son coefficient de dilatation thermique
3. La géométrie de la section
4. La température des matériaux
5. La température lors du placement

Les méthodes de pré-refroidissement des matériaux en béton pour obtenir une température maximale inférieure pour le béton de masse comprennent :

1. L'utilisation de glace pilée avec de l'eau pendant les étés pour réduire la température du mélange de béton de masse de 10 o F.
2. Les granulats fins et grossiers peuvent être pré-refroidis dans des conditions humides en utilisant la saturation sous vide et l'injection d'azote liquide (courant aux États-Unis).
3. Le post-refroidissement est parfois effectué pour maintenir la température maximale du béton durci en dessous de 75 o F.

Conformément à ACI 301,

1. Après la mise en place, la température maximale dans le béton de masse ne doit pas dépasser 160 o F pour éviter le DEF.
2. La différence de température entre le centre et la surface de placement ne doit pas être supérieure à 35 o F.

Composition du béton de masse-Normes ASTM

Les caractéristiques du ciment, des pouzzolanes, des adjuvants, des granulats et de l'eau utilisés pour la construction en béton de masse sont les suivantes :

1. Ciment dans le béton de masse

Les types de ciment utilisables pour la construction en béton de masse sont donnés dans ACI 207.2R et 207.4R. Le ciment Portland (ASTM C150), le ciment mélangé (ASTM C595) et le ciment hydraulique (ASTM C 1157) sont quelques-uns des ciments utilisés pour la construction en béton de masse.

Le ciment Portland peut être utilisé avec des pouzzolanes ou tout autre type de ciment pour béton de masse. Au cours du processus, le dosage est effectué séparément à la centrale de malaxage. Limiter la teneur en ciment peut réduire la température et aider à réaliser des économies. 

2. Pouzzolanes dans le béton de masse

Les pouzzolanes dans le béton de masse réduisent la génération de chaleur interne, améliorent la maniabilité, réduisent la possibilité de réaction alcali-agrégat et offrent une meilleure économie. Cependant, les propriétés des pouzzolanes varient. Par conséquent, ils doivent être testés combinés avec le ciment du projet pour mesurer sa contribution au béton de masse. 

La classification de la pouzzolane est donnée dans la norme ASTM C 618.

3. Haut fourneau de fer granulé au sol (GGBS) dans le béton de masse

Le GGBS ou ciment de laitier est utilisé séparément du ciment Portland dans le béton de masse. Les exigences standard du ciment de laitier utilisé dans le béton sont données dans la norme ASTM C 989. 

L'incorporation de scories réduit le taux de génération de chaleur car ils diminuent le taux d'hydratation. Ils réduisent également la perméabilité, l'expansion des agrégats réactifs et améliorent la maniabilité.

4. Adjuvants chimiques dans le béton de masse

Les principaux adjuvants chimiques utilisés pour le béton de masse sont les entraîneurs d'air, les réducteurs d'eau et les réducteurs de prise. Les caractéristiques détaillées de ces mélanges sont données dans ACI 212.3R et ASTM C494. 

Les adjuvants chimiques aident à réduire la chaleur d'évolution lors du durcissement du béton de masse. En plus de cela, ils aident à augmenter la résistance, la durabilité, l'abrasion et la résistance à l'érosion. 

5. Agrégats dans le béton de masse

Les informations détaillées sur les granulats fins et grossiers utilisés dans la construction sont définies dans ASTM C125 et ACI 221R. 

La granulométrie des granulats fins influence la maniabilité du béton de masse. Une bonne classification du sable pour le béton de masse est donnée dans le tableau 2, selon le US Bureau of Reclamation.

Les granulats grossiers utilisés pour le béton de masse doivent être des particules dures, denses, durables et non revêtues. 

6. Eau dans le béton de masse

L'eau utilisée pour le mélange du béton de masse doit être exempte de matériaux qui affectent de manière significative la réaction d'hydratation du ciment Portland. Les limites de teneur en chlorure des eaux utilisées à diverses fins de construction sont mentionnées dans l'ACI 201.2R.

Plus de détails sur le béton de masse sont fournis dans ACI 301-20, "Specification for Concrete Construction", et ACI 207.1R-05, "Guide to Mass Concrete".

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