Etude de l'éclatement du béton dans un incendie
Une longue histoire sans certitude
Propriétés à haute température et risques d'éclatement
Le béton étudié dans le cadre de cette thèse 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… Autant de données destinées, d’une part, à alimenter les modèles numériques existants. L'analyse des résultats a permis, d’autre part, de mieux comprendre le déroulement des deux processus semblant être à la base de l'éclatement. Enfin, 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.
Une priorité : laisser l’eau s’évacuer
Les essais ont montré que ni les pressions de vapeur d'eau ni les processus thermomécaniques ne décrivent à eux seuls les risques d'éclatement. Il est également 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.
Il ressort clairement de ces travaux que 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.