Relationships between concrete composition and boundary layer composition to optimise concrete pumpability

Abstract

Concrete pumpability is determined by the friction at the interface between the concrete and the wall of the pumping pipes (which are generally made of steel); called the concrete–steel interface. This friction is related directly to the thickness and composition of the boundary layer (BL) that occurs during the movement of fresh concrete in a pipe. These BL characteristics are rigorously linked with concrete composition parameters. To highlight this complicated relationship, an apparatus called a ‘tribometer’ was used in two experimental programs. This apparatus allows measurement of the steel–concrete interface friction and deduction of interface parameters (also called the pumping parameters), namely viscous constant and interface yield stress. The first program focuses on the effect of the concrete composition on pumping parameters, and the second program focuses on the relationships between the concrete composition and the BL composition. The results of the first program show that increases in cement paste volume, water/cement ratio and super-plasticiser dosage enhance concrete pumpability. Increased content of fine sand in concrete induces negative effects on the interface frictions and on the pumpability. The results of the second program show that the BL is formed by water, cement and fine sand particles with a diameter lower than 0.25 mm. It also shows that the proportions of water and cement volume in BL and micro-concrete (concrete with the largest grain diameter lower than 0.25 mm) are almost the same. The relative enrichment produced by fine sand in the BL decreases with increasing proportion of fine sand volume in the concrete. La pompabilité d’un béton est déterminé par le frottement à l’interface entre le béton et la paroi des tuyaux de pompage généralement en acier (appelé l’interface béton-acier). Ce frottement est relié directement à l’épaisseur et la composition de la couche limite (note BL) formée au cours d’écoulement du béton frais dans un tuyau de pompage. Ces caractéristiques de la BL sont rigoureusement liées avec les paramètres de composition du béton. Afin de mettre en évidence cette relation complexe, les auteurs ont utilisé dans ses deux programmes expérimentaux son appareil, qui a été récemment développé, appelé ‘tribomètre’. Cet appareil permet de mesurer les frottements à l’interface béton - acier et d’en déduire les paramètres d’interface (appelé aussi les paramètres de pompage), à savoir la constante visqueuse et le seuil d’interface. Le premier programme se focalise sur l’influence des paramètres de composition du béton sur les paramètres de pompage et le deuxième programme se focalise sur la relation entre la composition du béton et la composition de la couche limite. Les résultats du premier programme montrent que l’augmentation du volume de pâte, du rapport eau/ciment et du dosage en super-platifiant favorise la pompabilité du béton. L’augmentation du dosage en sablon substitué au sable de béton induit des effets négatifs sur les frottements et sur la pompabilité. Les résultats du deuxième programme prouvent que cette couche est constituée de l’eau, du ciment et des particules fines de sable du béton dont le diamètre est inférieur à 0,25 mm. Ils montrent également que la proportion volumique de l’eau et du ciment de la couche limite et du micro – béton (béton avec le plus grand diamètre des grains inférieur à 0,25 mm) sont presque identiques. L’enrichissement relatif en sable fin dans la couche limite diminue avec l’augmentation de la proportion volumique des fines de diamètre inférieur à 0,25 mm dans le sable béton.