Béton Fibré à ultra-hautes performances (BFUP) : avantages, applications et mise en œuvre

Le 23 octobre 2024 - ⏱️️ 8 min

                                                                                                      Réalisation : GIGAMED Pépinières d'entreprises

1. Qu'est-ce que le BFUP ?

1.1. Définition

Le BFUP est un béton renforcé par des fibres, qui se distingue par une résistance à la compression pouvant atteindre 130 à 250 MPa et une résistance à la traction de 20 à 50 MPa. Ce matériau présente un comportement ductile en compression et en traction, grâce aux fibres qu’il contient, ce qui permet d’éliminer la nécessité d'armatures passives traditionnelles. Sa compacité extrême et son dosage élevé en liant assurent une durabilité exceptionnelle.

1.2. Caractéristiques du BFUP

• Résistance mécanique exceptionnelle : En compression, le BFUP offre une résistance de 130 à 250 MPa, et de 20 à 50 MPa en traction par flexion.
• Fibres métalliques ou organiques : Ces fibres apportent de la ductilité au béton et renforcent son comportement face à la fissuration.
• Comportement post-fissuration : Les fibres permettent au BFUP de maintenir sa capacité à reprendre les efforts après la fissuration de la matrice.

1.3 Avantages du BFUP

Avantages du BFUP

Bénéfices mécaniques :

Le BFUP possède une limite élastique en traction supérieure à 6 MPa et une résistance à la compression supérieure à 130 MPa. Son comportement ductile permet une plus grande flexibilité sous charge.

Bénéfices durables :

• Résistance au gel/dégel : Il est insensible aux variations climatiques extrêmes.
• Imperméabilité : Le BFUP est imperméable à l'eau et résiste aux agressions extérieures.
• Incombustible : Il est totalement incombustible.
• Résistance aux chocs et à l’abrasion : Il présente une résistance exceptionnelle à l’usure et aux impacts.

Bénéfices esthétiques :

• Formes complexes : Il permet de réaliser des structures aux formes géométriques variées.
• Texture personnalisée : La surface peut être modifiée pour s’adapter à des exigences esthétiques.
• Teintable : Le BFUP peut être teinté pour répondre aux besoins spécifiques du projet.
• Esthétique minérale : Ce béton confère une esthétique moderne et élégante.

Bénéfices environnementaux :

• Durabilité : Améliore la longévité des constructions.
• Réduction des armatures : Le BFUP permet de remplacer partiellement ou totalement les armatures passives, réduisant ainsi les coûts.
• Économie logistique : En raison de sa légèreté, il permet des économies sur le transport et la logistique.
• Économie de matière : Il optimise l’usage des ressources en réduisant la quantité de matériaux nécessaires.

 2. Composition du  BFUP

Pour garantir des performances exceptionnelles, la formulation du BFUP repose sur un rapport eau/liant compris entre 0,16 et 0,2, ce qui permet d’atteindre une compacité maximale.

Composants principaux :

• Fumées de silice : Elles représentent environ 20 % de la masse de ciment et remplissent les espaces intergranulaires pour optimiser la compacité et améliorer la durabilité.
• Adjuvants : Des superplastifiants et des plastifiants réducteurs d’eau qui permettent de réduire la quantité d’eau tout en maintenant une bonne maniabilité et en améliorant les performances mécaniques.
• Fibres : Les fibres ont un diamètre compris entre 0,1 et 0,3 mm et une longueur de 10 à 20 mm. Elles apportent de la ductilité et renforcent le béton lors de fissurations.
• Granulats : De petite taille, résistants et homogènes, ils assurent la résistance et l’homogénéité du béton.

Propriétés :

• Faible porosité : Empêche la diffusion des gaz et des ions, ce qui augmente la durabilité du matériau.
• Haute densité : Offre une résistance accrue et une solidité exceptionnelle.
• Résistance chimique : Le BFUP résiste aux attaques d’agents agressifs tels que les sulfates, les ions chlore et les acides.

Le dosage en eau est inférieur à celui requis pour l’hydratation complète du ciment, ce qui laisse une réserve de ciment anhydre. Cette caractéristique confère aux BFUP un potentiel d’auto-cicatrisation en cas de fissuration. L’eau qui pénètre éventuellement par les fissures permet la formation d’hydrates au niveau des microfissures, en réagissant avec les grains de clinker résiduel.

3. Quelles sont les applications du BFUP ?

Le BFUP est utilisé dans diverses applications, principalement dans des projets nécessitant une résistance mécanique et une durabilité exceptionnelles. Voici les secteurs où il est couramment utilisé : 

• Infrastructures et Génie Civil
  Ponts, tunnels, passerelles piétonnes

• Architecture Moderne
  Façades, structures légères

• Bâtiments
  Planchers, fondations

• Industrie
  Planchers industriels, zones à fort trafic

• Réparations
  Rénovation de ponts, structures en béton

• Ouvrages Hydrauliques
  Canalisations, systèmes de drainage

4. Comparaison avec le béton traditionnel

Le BFUP et le béton traditionnel partagent certains composants, mais les particules du BFUP sont beaucoup plus petites, ce qui améliore la résistance et la compacité. Ce béton est également renforcé par des fibres, telles que celles en acier, inox ou organique, pour améliorer ses propriétés mécaniques.

Les principaux avantages du BFUP par rapport au béton classique sont :

• Résistance : Tandis que le béton classique peut supporter une pression inférieure à 50 MPa, le BFUP offre une résistance à la compression d’au moins 130 MPa.
• Durabilité : Le BFUP peut durer plus de 100 ans sans entretien, même dans des environnements extrêmes. Sa résistance à l'abrasion est presque deux fois plus élevée que celle du béton classique.

5. Comportement mécanique en traction et principes de formulation du BFUP 

5.1 Principes de Formulation 

1. Très Faible Teneur en Eau

• Une teneur en eau réduite améliore significativement les performances mécaniques du béton.
• Utilisation de super-plastifiants :
  • Réduction du rapport eau/liant tout en maintenant une bonne maniabilité.
  • Optimisation de la compacité globale.

2. Squelette Granulaire Optimisé

• Compacité Maximale : Modèle d’empilement granulaire pour une densité optimale.
• Granulats de Taille Réduite :
  • Réduction des imperfections naturelles dans la structure.
  • Utilisation de granulats à haute performance mécanique, comme le sable siliceux.

3. Dosage Élevé en Microfibres

• Compense la fragilité intrinsèque de la matrice cimentaire.
• Offre une capacité de reprise des efforts après fissuration.
• Permet la substitution des armatures passives :
  • Dosage pouvant atteindre plus de 3 % du volume total.

5.2 Comportements mécaniques en traction du BFUP

• Adoucissant :

  • Aucun effort n’est repris après la fissuration de la matrice cimentaire.
  • Le matériau perd toute capacité mécanique immédiatement après la formation de fissures.

• Peu écrouissant :

  • Une reprise partielle des efforts est assurée par les fibres après la fissuration de la matrice.
  • La contribution des fibres est limitée, offrant une amélioration modérée de la résistance post-fissuration.

• Très écrouissant :

  • Les fibres jouent un rôle significatif dans la reprise des efforts après la fissuration.
  • Ce comportement garantit une grande capacité mécanique post-fissuration, renforçant la robustesse globale du matériau.

Conclusion

Le BFUP, avec sa composition innovante, se distingue par un dosage optimisé en ciment, des adjuvants performants et l’ajout de microfibres renforçant sa matrice. Ces caractéristiques lui confèrent une résistance exceptionnelle en compression et en traction, une faible porosité et une grande durabilité.

Ses atouts incluent une capacité à supporter des charges extrêmes, une protection accrue contre l'usure, les impacts et les conditions climatiques sévères, tout en offrant des possibilités esthétiques uniques.

Grâce à ces propriétés, le BFUP s’adapte à une variété d’utilisations, notamment dans les infrastructures, les ouvrages architecturaux, les bâtiments, les industries, et les réparations. Il s’impose comme un matériau de choix pour répondre aux exigences modernes de performance, durabilité et innovation.

Ce qu'il faut retenir sur le BFUP

• Composition optimisée : Le BFUP est composé de ciment, d'adjuvants spécifiques, de granulats fins et de microfibres, garantissant une matrice compacte et résistante.

• Atouts majeurs :

  • Résistance mécanique élevée (compression et traction).
  • Faible porosité, assurant durabilité et protection contre les agressions extérieures.
  • Flexibilité dans la conception grâce à sa ductilité et ses possibilités esthétiques.
  • Insensibilité aux cycles gel/dégel, imperméabilité et résistance aux chocs.

• Domaines d'application : Utilisé dans les infrastructures (ponts, tunnels), l'architecture moderne, les bâtiments industriels et résidentiels, ainsi que dans la réparation des structures.

En résumé, le BFUP est un matériau innovant, fiable et polyvalent, adapté aux projets exigeant durabilité, performances exceptionnelles et créativité.