Mécanisme de défaillance du béton mousse fabriqué à partir d'agrégats légers avec ou sans additifs

Professeur Dr : Amir Abdulrahman Hilal

Université d'Anbar / Faculté d'ingénierie

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jact/14/9/14_511/_article

Il a été rapporté qu'en raison d'une densification de la structure interne du béton, l'ajout d'adjuvants minéraux conduit à un comportement plus fragile. Par conséquent, dans l'intention de modifier (augmenter la résistance de) béton mousse pour le rendre adapté à des fins structurelles par le biais d'adjuvants et d'agrégats légers, l'effet de ces ajouts sur le mécanisme de défaillance sous chargement compressif et de traction en utilisant différentes techniques est évalué et discuté dans cet article. Huit mélanges différents, fabriqués à l'aide d'une mousse préformée, ont été étudiés avec des densités variables (différents volumes de mousse), nominalement 1300, 1600 et 1900 kg/m3, sans/avec adjuvants (fume de silice, cendres volantes et superplastifiant) et agrégat léger. La technique de Corrélation d'Image Numérique (DIC) a été adoptée pour mesurer les déformations et les contraintes à la surface d'un échantillon sous charge compressive uniaxiale. Pendant ce temps, une technique de jauge vidéo a été utilisée pour mesurer la déformation horizontale des disques lors d'un essai de traction par fendage. D'un point de vue de l'élasticité, de la fracture et des points fractals, il a été constaté que, pour la même densité, la fragilité augmente avec de nombreux additifs tandis qu'elle diminue avec l'inclusion d'agrégats légers. Cependant, pour tous les mélanges, plus la densité est faible (plus le volume de mousse ajouté est élevé), plus la ductilité est élevée.

Matériaux
Pour produire du béton mousse conventionnel (FC), les matériaux constitutifs suivants ont été utilisés dans cette étude :

-  Ciment Portland, CEM I-52,5 N (3,15 S.G.) conforme à la norme BS EN 197-1(2011).

-  Sable naturel (2,65 S.G.) conforme à la norme BS 882 (1992) avec un tamisage supplémentaire pour éliminer les particules supérieures à 2,36 mm.

- Eau fraîche, propre et potable.

-  La mousse (45 kg/m3) a été produite en mélangeant l'agent moussant, EABASSOC (1,05 S.G.), de l'eau et de l'air comprimé dans des proportions prédéterminées (45 g d'eau pour 0,8 ml d'agent moussant) dans un générateur de mousse, STONE FOAM-4.

Les mélanges pertinents sont appelés FC3, FC6 et FC9 ayant respectivement des densités nominales de 1300, 1600 et 1900 kg/m3. Ensuite, pour produire des mélanges de béton mousse modifiés adaptés à des fins structurelles (FCx3 / FCx6 / FCx9), les additifs suivants (le 'x' étant une lettre représentant le type d'additif) ont été utilisés en fonction des mélanges souhaités :

- Fume de silice : Elkem Micro silice (2,2 S.G., 92% SiO 2, taille moyenne des particules 0,15 μm et surface spécifique 20 m2/g) [x= ‘s’].

- Cendres volantes : cendres volantes CEMEX-classe S (2,09 S.G.) conformes à la norme BS EN 405-1 (2005) [x= ‘f’] Superplastifiant : MIGHTY 21 EG fabriqué par Kao Chemical GmbH d'une densité de 1,1 g/cm3, compatible avec l'agent moussant EABASSOC [x= ‘p’]. De plus, un agrégat léger (LYTAG LWA) conforme à la norme BS EN 13055-1 (2002) avec une gravité spécifique saturée à surface sèche de 1,64 dans sa taille grossière (4-10 mm) a été utilisé dans deux mélanges [x= ‘y’] pour examiner son effet sur le mécanisme de défaillance du béton mousse.

 Dans cette étude, huit mélanges différents de béton mousse, fabriqués à l'aide d'une mousse préformée, avec des densités variables (différents volumes de mousse), nominalement 1300, 1600 et 1900 kg/m3, sans/avec adjuvants (fume de silice, cendres volantes et superplastifiant) et agrégat léger ont été étudiés. Leur mécanisme de défaillance sous chargement compressif et de traction en utilisant différentes techniques est évalué et discuté dans cet article. Sur la base des résultats et de la discussion, les conclusions suivantes sont tirées :

D'un point de vue de la fragilité :

- Les mélanges sans fume de silice, cendres volantes et superplastifiant (FC) sont plus ductiles par rapport à ceux avec ces additifs ayant une densité similaire.

- Comparé aux mélanges sans LWA, pour une densité donnée, l'inclusion de LWA conduit à une amélioration de la ductilité du mélange avec et sans les autres additifs.

D'un point de vue de la fracture :

- Lors d'un essai de traction par fendage, plus le béton est fort (densité augmentée ou fume de silice, cendres volantes et additifs superplastifiants utilisés) plus la déformation latérale (largeur de fissure) avant la défaillance est grande.

- Le pourcentage de contrainte critique augmente avec l'augmentation de la densité (réduction de la mousse ajoutée) et pour une densité donnée, il augmente avec l'inclusion d'adjuvants de fume de silice, cendres volantes et superplastifiant en combinaison montrant une tendance à être plus fragile.

Références :

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