Tirer parti de la faible porosité des Bfup
Du fait de leurs spécificité, les bétons fibrés à ultra-hautes performances sont particulièrement adaptés aux milieux extrêmes. À condition d'être attentifs à leur mise en œuvre.
J. N.
«Entre la science des matériaux et celle des polymères, il est possible d'aller très loin dans les possibilités du matériau béton », indique Paul Acker, directeur scientifique chez Lafarge. Parmi, les résultats de ces recherches, les bétons fibrés à ultra-¬hautes performances (Bfup) constituent une solution intéressante en milieu marin ou exposé à des cycles gel/dégel. Qu'il s'agisse du Ductal de Lafarge, du BSI d'Eiffage ou du BCV de Vicat, les Bfup affichent des performances qui laissent rêveur. Leur résistance en compression commence à 150 MPa et peut atteindre 200 MPa. Leur porosité descend à 3 % contre 15 % pour un béton classique. Non seulement ces bétons comptent moins de pores, mais ils sont de taille réduite. Ils ne connaissent ainsi pratiquement aucune dilatation en cas d'exposition à une alternance de cycle gel/dégel. En présence d'ions chlorure ou d'eaux agressives, cette faible porosité réduit leur pénétration.
D'ores et déjà, ces bétons ont été choisis pour des ouvrages très particuliers dont le plus emblématique est le viaduc de Millau. Pour réaliser l'auvent de la barrière de péage, 800 m3 de BSI ont été coulés sur place. Actuellement, la piste de l'aéroport d'Haneda ¬(Japon), est réalisée en Ductal. Cette jetée de 520 000 m2 gagnés sur la mer se composera de deux structures : une partie immergée jusqu'à 70 m de profondeur, constituée de piliers et revêtements en acier, et une partie bétonnée de 192 000 m2, fixée sur des poutrelles d'acier.
Les dalles en Bfup constituent toute la partie périphérique de la piste elle-même. C'est la résistance aux effets du sel (environ 1 000 fois supérieure à celle d'un béton ordinaire) qui a motivé l'architecte à opter pour ce matériau.
Les Bfup viennent d'ailleurs de passer avec succès le test de la garantie décennale dans les centrales nucléaires de Cattenom ¬(Lorraine) et Civaux (Vienne). En 1998, à Cattenom, il s'est agi de remplacer les poutrelles en acier inoxydable déjà en place dans les tours des aéroréfrigérants. À Civaux, le choix d'un Bfup est intervenu dès la construction de la centrale. Dans les deux cas, les poutres sont soumises au ruissellement de l'eau très chargée. Les carottages du Laboratoire des ponts et chaussées (LCPC) réalisés l'an dernier ont mis en évidence une pénétration négligeable, voire nulle, de l'eau dans ces bétons.
Répartition homogène des fibres au malaxage
Afin d'obtenir et de garantir ces performances, une vigilance importante est portée à la mise en œuvre. Avec 195 kg de fibres/m3 pour le BSI, ou 160 kg/m3 pour le Ductal, les bétons fibrés nécessitent des adjuvants de types superplastifiants pour retrouver une rhéologie adéquate. « Cette rhéologie est importante puisque c'est d'elle que découlent la distribution et la répartition des fibres dans la matrice cimentaire », souligne Jean-François Batoz, directeur du développement chez Lafarge. À condition toutefois de respecter quelques règles lors du malaxage et du coulage. Ainsi, chez ¬Eiffage, René-Gérard Salé rappelle l'ordre et la durée des opérations : « Une minute de malaxage à sec sert d'abord à homogénéiser le prémix. Sept minutes de malaxage permettent ensuite de mélanger les constituants liquides. Enfin, après l'addition des fibres, l'ensemble est malaxé pendant trois minutes. »
Afin d'améliorer la répartition des fibres, Sika vient de présenter sur le salon Intermat le doseur Sikafibres Force. Ce dernier sert à doser les fibres macrosynthétiques structurales. « Ces fibres ont déjà été utilisées dans un béton projeté sur des tunnels en 2008 », indique François del Castello, responsable grands comptes et matériel chez Sika. Afin de vérifier la bonne répartition des fibres, en fonction du mode de coulage, des outils de simulation sont utilisés chez Lafarge. Pour préserver cette homogénéité, le béton autoplaçant n'est pas vibré, car la vibration risque d'entraîner une ségrégation des fibres. Afin de préserver les caractéristiques du Ductal, la marque s'implique dans la mise en œuvre. Ainsi, les entreprises doivent au préalable être formées par Lafarge et détenir une licence. Le groupe privilégie également la préfabrication. Un impératif qui est aussi lié au traitement thermique des éléments. Après la prise, ils sont soumis pendant 48 heures à une ambiance saturée à 80 ou à 90 °C. Ce Bfup atteint ainsi plus rapidement ses propriétés.
Fibres métalliques : des applications structurelles
Qu'il s'agisse d'un Bfup ou non, la solution pour prendre en compte le risque d'incendie est bien connue. « Il s'agit d'incorporer au mélange des fibres en polypropylène, dont la température de fusion est relativement basse (160 °C). En fondant, elles ¬dégagent un réseau de microcapillaires qui permet le cheminement de la vapeur d'eau vers l'extérieur », rappelle Fabrice Decroix, responsable technique adjuvants et additifs chez Sika. Ce qui réduit le risque de surpression dans ces bétons très denses.
En général, les fibres métalliques sont utilisées pour des applications structurelles et les fibres synthétiques, souvent en PVA, servent davantage pour des applications où l'esthétique prime, comme du mobilier urbain par exemple.
« Toutefois, en architecture, si un béton n'est pas beau, il est rejeté », constate Paul Acker. En effet, les fabricants disposent des compétences et des outils nécessaires pour réaliser les bâtiments les plus exigeants esthétiquement et structurellement. La qualité du moule est donc essentielle, en particulier pour le Ductal, dont les particules extrêmement fines reproduisent une surface - et ses défauts éventuels - avec une précision de l'ordre du dixième de microns. S'ils sont comparables en termes de caractéristiques, les formulations des Bfup diffèrent et les rendent plus ou moins appropriés en fonction des applications.
Ainsi, les particules très fines associées à 2 ou 3 % de fibres (grand maximum) du Ductal favorisent ce matériau pour des applications architectoniques. À l'inverse, le BSI-Céracem qui contient de la bauxite et des granulats de plus grande taille et de haute dureté est surtout mis en œuvre dans des travaux de génie civil.
Paru dans Les Cahiers Techniques du Bâtiment n° 288 du 01/05/2009
Des produits qui font diminuer l’énergie de surfaceMalgré leur porosité réduite et les grandes qualités mécaniques, les bétons fibrés à ultra-haute performances (Bfup) ont aussi besoin de protection. « Outre les défauts liés au béton lui-même, il s'agit de réduire les salissures liées à la pollution, aux pluies acides et d'empêcher la pénétration des graffitis au cœur du matériau », explique Alain Wayser, président de Guard Industrie. La société a mis au point en 1995 une ligne de produits de protection pour le bâtiment. « Le principe de fonctionnement repose sur la diminution de l'énergie de surface du matériau par l'application de résines fluorées. En général, l'énergie de surface d'un solide est proche de la tension superficielle de l'eau qui s'élève, elle, à 70 mN. Le Protect Guard diminue cette énergie de surface en dessous de 10 minutes, ce qui rend la surface hydrofuge et oléofuge, sans créer de film, pour laisser respirer le béton ». Garantie 10 ans, la formule brevetée résiste à l'abrasion et, contrairement aux résines à base de silicone, ne change pas de couleur sous l'effet des UV. Le produit se décline en Protect Guard Color, une lasure d'imprégnation semi-transparente qui colorise le béton , tout en respectant sa minéralité. L'application s'effectue par pulvérisation, au rouleau ou au pinceau. Le contrôle de la répartition des produits colorés est meilleur avec une application HVLP (High volume, low pressure).
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