Le béton étudié ici est un matériau de chantier ordinaire. Des "variantes" rendent possible l'étude de l'influence de divers paramètres sur son comportement à haute température : béton à plus forte compacité, béton avec des granulats de natures différentes (siliceuses et calcaires) et béton contenant des fibres polypropylène. Elles ont été testées après stockage dans des conditions différentes (normales, pré-séchées à 80 °C, dans l'eau) afin d'étudier l'influence de leur état hydrique.

Une première série d'essais a porté sur l'évolution des propriétés des bétons en fonction de la température : courbes de perte de masse et de dilatation thermique transitoire, porosité à l'eau, perméabilité à l'azote, dilatation thermique, fluage, résistance à la compression, élasticité... L'analyse des résultats a permis de mieux comprendre le déroulement des deux processus semblant être à la base de l'éclatement. Un effort de recherche a porté sur la compréhension d'un phénomène particulier du béton, la déformation thermique transitoire.

La seconde série de tests a concerné les risques d'éclatement. A partir de la mesure de pression de gaz, de température et de perte de masse, le processus thermo-hydrique au sein du béton a été analysé. Pour cela, différentes sollicitations thermiques ont été choisies pour influer sur le processus étudié : chauffage très lent (1°C/min), courbe ISO (800°C en 20 minutes) et courbe Hydrocarbure Majorée (1 300°C en 20 minutes). L'observation de l'éclatement et sa caractérisation (profondeur, taille des écailles, volume éjecté...) ont mis en évidence l'influence de divers paramètres (nature des granulats, dosage en fibres, compacité des bétons, état hydrique initial) sur le risque d'instabilité.

Le béton pré-séché résiste mieux

Conclusions : ni les pressions de vapeur d'eau ni les processus thermomécaniques ne décrivent à eux seuls les risques d'éclatement. Il est apparu qu'un béton pré-séché à 80°C (départ de l'eau libre) ne présentait pas ce type de détérioration, quelle que soit la sollicitation thermique subie. De plus, la teneur et les mouvements de l'eau lors du chauffage ont une influence extrêmement forte sur l'écaillage des bétons. Si on laisse l'eau s'évacuer rapidement de la matrice du béton, les risques sont fortement réduits. En augmentant fortement la perméabilité du matériau après leur fusion, les fibres de polypropylène trouvent là la justification de leur efficacité. D'où l'idée de tester une nouvelle solution technologique : la perforation de la partie exposée au feu d'une dalle en béton a permis de réduire le risque d'éclatement sous feu ISO.

Voir l'article sur cette étude sur le Webzine du CSTB

Laurent Perrin (source CSTB)