Du béton frais au béton durci : Bétonnage par temps chaud

6 Juin 2019
 

Pendant les mois d’été on constate souvent une baisse de l’ordre de quelques N/mm2 sur la moyenne des résistances à 28 jours.
Il s’agit d’un phénomène connu, propre à toutes les régions où l’on observe des différences importantes entre les températures saisonnières. Les causes principales sont une modification de la taille des hydrates formés à température élevée et les rajouts d'eau dans le béton.
 

Température plus élevée du béton

D’une manière générale, plus la température du béton est élevée, plus le processus d’hydratation est accéléré car le développement des hydrates est plus rapide. Il s’ensuit tout naturellement un accroissement des résistances initiales. Sur le long terme cependant les résistance sont plus faibles (fig 2.9.1). Ceci est dû a un développement microstructural plus grossier, les hydrates étant plus denses (donc plus grossiers) à haute température et distribués de manière plus hétérogène. Le réseau poreux est donc plus large ce qui est à l’origine de la perte de résistance.
 

Ajout d'eau

Lors de températures élevées, on constate généralement une diminution plus rapide de l’ouvrabilité du béton, voire même un raidissement précoce, qui rendrait plus difficile sa mise en place. Il n’est pas toujours possible de compenser complètement ce phénomène par une augmentation du dosage en (super)plastifiant. Bien qu’il soit recommandé de ne pas rajouter d’eau au béton sur le chantier, la tentation est donc grande de rendre le béton plus ouvrable en y ajoutant de l’eau. Or comme tout apport d’eau (si petit soit-il) augmente le facteur E/C, il en résulte inévitablement une perte de résistance et plus encore de durabilité du béton.

 

Règle pratique

L’ajout de 10 litres d’eau par m3 de béton entraîne une perte de résistance à 28 jours pouvant atteindre jusqu'à 10%.
Afin de maintenir dans des limites acceptables les pertes de résistance par temps chaud, le béton frais ne devrait pas dépasser une température maximale de 30°C. Pour un béton à performances particulières, cette température ne devrait pas dépasser 25°C.

 

En plus de la perte de résistance à long terme (fig 2.9.1) et de durabilité, une température élevée du béton peut encore être la cause d’autres effets indésirables :

  • L’hydratation plus rapide du ciment se traduit par une perte d’ouvrabilité prématurée qui peut aller jusqu’au raidissement du béton, et parfois même rendre la mise en place quasi impossible.
  • D’autre part, le béton subit une dessiccation plus rapide en surface. Le phénomène est encore aggravé en présence de vent (même faible), d’ensoleillement direct et par faible humidité ambiante. La cure du béton (voir chapitre 2.8) pourra limiter la perte d’humidité. Toutefois, si l’on procède par arrosage, il faudra que ce soit en continu pour éviter les chocs thermiques en surface. A défaut de ces mesures, l’hydratation du ciment demeurera incomplète. La résistance finale et la durabilité des parties d’ouvrage (surtout les surfaces) qui auront séchées trop vite seront diminuées. Ces éléments auront une tendance marquée au retrait plastique et à la fissuration qui en découle (voir chapitre 4.2). Les bétons apparents pourront présenter des différences de gris inesthétiques.

 

Mesures à prendre

Préparation du chantier

Le bétonnage par temps chaud exige une bonne planification :

  • Coordonner méticuleusement la livraison et la mise en œuvre du béton frais afin d’éviter toute attente.
  • Prévoir suffisamment d’engins et de personnel pour le bétonnage, afin d’exécuter la mise en place et le compactage du béton sans interruption.
  • Si les conditions requises pour un bétonnage correct par temps chaud ne peuvent être remplies, quelles qu’en soient les raisons, il faut reporter l’opération à un moment où la température sera moins élevée.


Composition et fabrication du béton

La plupart des mesures visent à réduire la température du béton frais :

  • Refroidir les gravillons par arrosage (le dosage en eau doit être réduit d’autant). Il est vivement déconseillé d’utiliser des granulats chauds, exposés au soleil par exemple, pour confectionner des bétons durant l’été. La température des granulats peut monter jusqu’à 50°C, voire plus à la surface des stocks. Il est recommandé d’utiliser les granulats de préférence le matin après refroidissement nocturne ou de les refroidir au préalable.
  • Equiper les silos à granulats d’une isolation thermique.
  • Réfrigérer l’eau de gâchage.
  • Dans certains cas particuliers, et sous le contrôle de spécialistes, on peut aussi rafraîchir le béton avec de l’azote liquide.
  • Dans une certaine mesure, l’emploi de retardateurs de prise permet de pallier aux inconvénients d’une hydratation trop rapide du ciment. Ils exigent cependant une cure prolongée. Des essais préliminaires s’imposent afin de déterminer le dosage approprié.
     

Mise en place et compactage

Au moment de la mise en œuvre, les mesures à prendre sont :

  • Arroser le coffrage avant la mise en place du béton (les fonds et le coffrage ne doivent pas absorber l’eau du béton frais). Eviter toutefois un arrosage exagéré laissant des flaques d’eau résiduelle.
  • Mettre en place le béton rapidement et sans interruption
  • Si l’on ne peut éviter des attentes imprévues, le béton qui se trouve dans les camions ou dans la trémie doit être protégé du vent et du soleil. Les camions malaxeurs peuvent être arrosés extérieurement afin de rafraîchir le béton se trouvant à l’intérieur de la cuve.
  • Interdire strictement tout ajout d’eau sur chantier.
     

Cure

Au niveau de la cure, les mesures à prendre sont :

  • appliquer la cure immédiatement après la mise en place du béton
  • maintenir cette protection (fig 2.9.2) le temps nécessaire (tab 2.8.1).
 
fig 2 9 1 influence de temperature elevee sur la resistance a la compression
Fig 2.9.1 Influence de température élevée sur la résistance à la compression. Le béton confectionné à 35°C a été maintenu 48h à cette température, puis conservé à 20°C


 

protection du beton contre la dessiccation
Fig 2.9.2 Protection du béton contre la dessiccation


 

Calcul de la température du béton frais

Calcul de la température du béton frais La température "Tb" du béton frais peut être évaluée au moyen de la formule simplifiée ci-dessous :

calcul de la temperature du beton frais

 

Prenons une formule de béton, dont la composition est la suivante :

  • Ciment : 350 kg
  • Eau : 175 litres
  • Granulats : 1 800 kg


Le tableau suivant donne les températures de béton (en rouge) obtenues à partir de températures de ciment (en abscisse en bleu) et de granulats (en ordonnées en vert) variables. On suppose que la température de l’eau reste constante à 20°C, mais on pourra vérifier avec la formule l’influence de la température de l’eau sur celle du mélange final.

 

tableau du beton en fonction de la temperature du ciment et des granulats
T° du béton en fonction de la température du ciment et des granulats

 

Le calcul montre que la température du granulat a le plus grand impact sur la température du béton, tandis que la température du ciment et de l’eau n’ont qu’une influence relativement faible.
Un changement de 1°C de la température du béton frais de ce béton est obtenue en variant :

  • la température du granulat d’environ 1,6°C ou
  • la température de l’eau de 4°C ou
  • la température du ciment de 10°C.