Les bétons à hautes performances (BHP)

Bruno Caillard

La résistance à la compression est généralement considérée comme étant la principale propriété caractéristique du béton. Les bétons sont dits à hautes performances lorsque leur résistance caractéristique à la compression à 28 jours d’âge est supérieure à 50 MPa.
Au-delà de 80 MPa, les bétons seront alors qualifiés de bétons à très hautes performances.
Les Bétons à Hautes Performances, ou BHP, présentent une micro-texture faible en porosité et très dense ce qui leur procure une très grande résistance à la pénétration d’agents agressifs.

La composition des Bétons à Hautes Performances

La fabrication du béton traditionnel ne nécessite que des granulats, du ciment et de l’eau. Mais pour avoir une si haute performance, des additifs et des adjuvants sont indispensables.

Le ciment

Il est nécessaire d’utiliser des ciments de type CEM I ou CEM II ou encore CEM III. Un ciment de classe 52,5 N est la plupart du temps employé. La classe 52,5 R peut être utilisée si une résistance initiale très élevée est souhaitée. Le dosage est généralement compris entre 400 et 450 Kg/m3.
En complément à la liste des 27 ciments courants que nous avons vu dans le paragraphe concernant le ciment de l’article sur les bétons ordinaires, le chiffre 52,5 représente la résistance du béton à 28 jours d’âge. La lettre R signifie que le béton aura déjà une assez bonne résistance (à court terme) à 2 jours d’âge tandis que si c’est N, la bonne résistance ne sera atteinte que 7 jours après le coulage.

Les granulats

La résistance du béton pouvant être limitée par celle des granulats, le calcaire n’est pas recommandé. Seuls les granulats de très bonne qualité tels que le porphyre (roche magmatique) et le gravier sont utilisables. La majeure partie du temps, le diamètre maximal des grains sera compris entre 10 et 20 mm.

Les additions

Ce sont les cendres volantes silico-alumineuses, les fillers calcaires, les fillers siliceux et laitiers de hauts fourneaux. On parle ici aussi des fumées de silice du fait de leur propriétés ultrafines (diamètre de 0,1 micron) qui permettent de réduire au minimum les vides entre les grains, contribuant fortement à la résistance du béton.

Fumée de silice

Il s’agit d’un sous produit de l’industrie de silicium. On la récupère dans les fumées émises par les fours électriques utilisés pour la fabrication des produits.

Les adjuvants

Les adjuvants généralement utilisés sont soit les plastifiants réducteurs d’eau, soit les super plastifiants hauts réducteurs d’eau.

La multiplicité des composants rend extrêmement difficile la détermination de la composition optimale. Mais d’une manière générale, le dosage du ciment ne dépasse que très exceptionnellement 450 Kg/m3. La proportion de fumée de silice est de l’ordre de 5 à 10% du poids du ciment mis en œuvre. Le rapport eau-ciment est quant à lui situé entre 0,25 et 0,30. En cas de présence de fumées de silice, les adjuvants réducteurs d’eau seront indispensables pour faciliter la dispersion de ces derniers. La quantité des adjuvants tourne fréquemment aux alentours d’une dizaine de litres pour un mètre cube de béton.

Exemple de composition pour 1m3 de Béton à Hautes Performances

Sans fumée de silice
Constituants Quantité
CEM I 52,5 [ Kg ]450
Sable 0/4 [ Kg ]650
Sablon 0/1 [ Kg ]105
Granulats 6/20 [ Kg ]1025
Eau [ L ]160
Superplastifiant [ Kg ]11,25
Retardateur [ Kg ]4,50
Avec fumée de silice
Constituants Quantité
CEM I 52,5 [ Kg ]420
Sable 0/4 [ Kg ]660
Sablon 0/1 [ Kg ]140
Gravillons 6/10 [ Kg ]250
Gravillons 10/14 [ Kg ]730
Eau [ L ]150 L
Fumée de silice [ Kg ]35
Super plastifiant [ % ]1,70

Les propriétés des Bétons à Hautes Performances

Béton frais

Par rapport aux bétons traditionnels, leur maniabilité est considérablement accrue.

Béton durcit

Les caractéristiques mécaniques
Les caractéristiques à la compression, à la traction et le module d’élasticité augmentent considérablement par rapport aux bétons traditionnels tant aux jeunes âges qu’à terme.

Le retrait
Le retrait est complètement identique à celui d’un béton traditionnel. La seule différence se situe sur le fait que pour les BHP, le retrait se produit plus tôt puisqu’il se développe immédiatement quelques jours après le coulage.

Fluage
La déformation différée sous chargement permanent est plus faible comparée à un béton classique. Pour un BHP, le fluage augmente instantanément mais le fluage total est inférieur d’environ 40 à 50% à celui d’un béton usuel.

Imperméabilité
Il a une très grande imperméabilité à l’air et à l’eau du fait de sa compacité plus élevée.

Résistance aux agents agressifs
L’imperméabilité du BHP du fait de leur faible porosité capillaire leur octroi une résistance élevée au transfert et à la pénétration des eaux de mer, des solutions acides, des eaux sulfatées, du dioxyde de carbone, des chlorures, etc.

Durabilité
En relation avec sa résistance aux agents agressifs, comme la pénétration de ces substances étant évitée, les processus de dégradation y afférant ne pourront logiquement se produire que bien plus tard. De plus, le retrait et le fluage étant inférieurs à celui d’un béton usuel, la durée de vie d’une construction faite en BHP sera pérenne pendant bien plus longtemps.

Résistance au feu
Du fait de la structure très dense du matériau, la pression de vapeur apparaissant à l’intérieur du béton a une température excédant 100°C ne peut pas être évacuée rapidement vers l’extérieur.
C’est la raison pour laquelle la résistance du BHP se réduira de façon extrêmement rapide dans le cas où il sera confronté à une température supérieure à 100°C.
Pour y remédier, des fibres de polypropylène peuvent être ajoutées dans la composition du BHP. En effet, ces fibres fondront à cette température, laissant des petits canaux ouverts où les vapeurs pourront se dissiper plus facilement.

Tenue au gel
En raison de leurs caractéristiques élevées en traction et leurs imperméabilités du fait de leur compacité accrue, le BHP présente une excellente résistante à l’alternance du gel et du dégel.

Adhérence acier-béton
Sa microstructure améliore la liaison entre les armatures et le BHP. Les qualités d’adhérence étant augmentées par rapport aux bétons usuels, les longueurs d’ancrage et de scellement peuvent être réduites.
Cette microstructure ralentira également la corrosion des armatures.

Les avantages de l’utilisation des Bétons à Hautes Performances

Les gains en performance abaisseront considérablement le coût d’entretien.
Mis à part les avantages du fait de leurs propriétés exceptionnelles, ils présentent également des avantages lors de leur mise en œuvre.

A l’état frais

Notamment grâce à sa fluidité et son ouvrabilité, le BHP, lors de sa mise en œuvre, permettra de :
•Gagner en productivité et en rapidité dans les exécutions du fait de sa maniabilité,
•Assurer complètement le remplissage des coffrages ainsi que l’enrobage des armatures,
•Écouler plus facilement le béton dans les zones à dense ferraillage.

Aux jeunes âges

Du fait de leurs caractéristiques mécaniques, on aura la possibilité de :
•Réduire les délais de mise en tension des armatures de précontrainte,
•Augmenter la cadence de coffrage et décoffrage,
•Optimiser les séquences de production,
•Réduire la section du béton du fait de sa résistance accrue, diminuant par la même occasion le poids de la construction,
•Avoir une meilleure texture du béton.

Utilisations des Bétons à Hautes Performances

Les caractéristiques du béton et sa souplesse permettent de répondre aux diverses exigences qu’imposent tous les types d’ouvrage.
Le BHP offre un certain nombre de nouvelles possibilités, notamment la possibilité de réaliser des constructions plus élancées. C’est un atout qui est déjà matérialisé dans les ouvrages d’art tels que les ponts, les tunnels, les monuments mais également les ouvrages ayant une envergure conséquente comme les buildings et les échangeurs autoroutiers.

Du fait de leur résistance aux agressions chimiques, les ouvrages d’assainissement et les ouvrages situés dans les milieux agricoles ou industriels sont réalisables en BHP.
Le BHP peut tout aussi bien être utilisé pour la construction de bâtiments. Les espaces intérieurs pourront être alors agrandis puisque la portée des poutres qui est généralement limitée à 6 m pourra être portée à 7 ou 8 m. Cette évolution changera bien évidemment les façades usuelles ainsi que la disposition des pièces.


Pont du Pertuiset

Inauguré en 1989, le pont du Pertuiset, situé près de Firminy, est l’un des premiers ponts en France à avoir été construit avec du béton hautes performances. Il possède un seul pylône de 48 m de haut et permet de traverser la Loire sur 132 m de long.

La grande arche de la Défense

La structure est faite en béton à hautes performances.