Évaluation des alcalis solubles dans le béton

Tel que présenté dans la section 3.3, l’extraction de la solution interstitielle sous haute pression, la méthode d’extraction à l’eau chaude Espresso et la méthode d’extraction à l’eau froide ont été employées pour déterminer la concentration en alcalis solubles au sein de quatre carottes de béton provenant de la centrale (localisation 660) et de quatre carottes de béton provenant de la prise d’eau (localisation 734). L’extraction de la solution interstitielle sous haute pression a également été réalisée sur des échantillons de pâte de ciment fabriqués avec le ciment LH-HQ. Les résultats obtenus pour ces méthodes expérimentales sont présentés dans les pages suivantes. Les résultats détaillés des analyses chimiques (obtenues par spectrométrie d’absorption atomique) et les tableaux de résultats complets peuvent être trouvés à l’annexe C4.1.

Extraction de la solution interstitielle sous haute pression

Les concentrations en alcalis de la solution interstitielle extraite sous haute pression des carottes de béton provenant de la centrale et de la prise d’eau sont illustrées à la Figure 4.36. Il y apparait que les solutions interstitielles extraites des échantillons provenant de la prise d’eau (localisation 734) ont des concentrations en Na2O variant

entre 1,4 et 2,1 kg/m3 _{de béton, des concentrations en K}

2O comprises entre 1,1 et

1,4 kg/m3 _{de béton et des concentrations en Na}

2Oeq (calculées) variant entre 2,3 et

3,1 kg/m3 _{de béton. Pour les échantillons de béton de la centrale (localisation 660),}

les solutions interstitielles extraites et analysées contiennent entre 1,5 et 2,2 kg/m3

de béton de Na2O, entre 1,5 et 1,7 kg/m3 de béton de K2O et entre 2,6 et 3,3 kg/m3

161

Figure 4.36 : Résultats des analyses chimiques (spectrométrie d’absorption atomique) des solutions interstitielles extraites sous haute pression des échantillons de béton de la prise d’eau (localisation 734) et de la centrale (localisation 660).

Dans l’ensemble des solutions interstitielles analysées, seul l’échantillon F3-660-CR2 présente une concentration légèrement plus importante en K2O qu’en

Na2O. Toutefois, cet écart semble non-significatif. Pour toutes les autres solutions

interstitielles analysées, des concentrations plus fortes en Na2O qu’en K2O ont été

mesurées, bien que cet écart soit parfois faible (i.e. échantillons F4-734-CR2 et F1- 660-CR2).

Les résultats des analyses chimiques effectuées sur les solutions interstitielles extraites des pâtes de ciment fabriquées avec le ciment LH-HQ sont pour leur part présentés au graphique de la Figure 4.37.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Concen

tr

at

ion

(

kg

/m

3

de

bé

ton)

Na2O

K2O

Na2Oeq

Na2O K2O Na2Oeq

162

Figure 4.37 : Résultats des analyses chimiques (spectrométrie d’absorption atomique) des solutions interstitielles extraites sous haute pression des échantillons de pâte de ciment LH-HQ conservés à 23°C ou à 38°C.

Cette figure met en évidence qu’après 28 jours de cure à 100 % H.R. et 23°C, les concentrations étaient similaires peu importe les températures de conservation (23°C et 38°C), soit autour de 0,2 kg/m3 _{de béton pour le Na2O, environ 1,1 à}

1,2 kg/m3 _{de béton pour le K2O et des valeurs calculées d’à peu près 1 kg/m}3 _de

béton pour le Na2Oeq.

Les résultats qui précèdent ont été corrigés en fonction de la teneur en eau des échantillons dont les valeurs sont présentées au Tableau 4.8 (échantillons de béton) et au Tableau 4.16 (échantillons de pâtes). Un exemple des calculs réalisés pour considérer la teneur en eau des échantillons est présenté à l’annexe C4.2.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 23-1 23-2 38-1 38-2 Conc en tr ati on (k g/m 3 de bé ton) Na2O K2O

163

Tableau 4.16 : Résultats des mesures de teneur en eau libre (séchage à 60°C) à 28 jours de deux échantillons de pâte de ciment à 28 jours, entreposés respectivement à 23°C et 38°C.

Échantillon Masse

initiale

Masse

finale Eau libre

--- g g %

23°C 57,5 45,1 21,56

38°C 57,6 45,2 21,53

Mesure ex situ : Espresso

La Figure 4.38 présente les résultats des essais d’extraction à l’eau chaude réalisés sur des sous-échantillons des huit carottes de béton provenant de la centrale (localisation 660 – 4 carottes) et de la prise d’eau (localisation 734 – 4 carottes).

Figure 4.38 : Résultats des analyses chimiques (spectrométrie d’absorption atomique) des essais

d’extraction à l’eau chaude (Espresso) sur béton corrigés selon l’apport en alcalis des granulats. Les résultats représentent la moyenne de duplicatas de deux sous-échantillons pour chaque échantillon. L’écart-type n’a pas été représenté sur cette figure puisque la population est de n = 2. Les écarts entre les deux sous-échantillons sont présentés au Tableau 4.17.

Sur le graphique de la Figure 4.38, les échantillons provenant de la prise d’eau (localisation 734) présentent des concentrations qui varient entre 1,9 et 2,8 kg/m3

de béton pour le Na2O, entre 1,6 et 2,0 kg/m3 de béton pour le K2O et entre 3,0 à

4,0 kg/m3 _{de béton pour le Na}

2Oeq. Les échantillons provenant de carottes de béton

de la centrale (localisation 660) présentent pour leur part des concentrations variant

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Co n ce n tr ation ( kg/m 3 d e b é to n ) Na2O K2O Na2Oeq

164

entre 2,2 et 2,6 kg/m3 _{de béton pour le Na2O, entre 1,6 et 2,0 kg/m}3 _{de béton pour}

le K2O et entre 3,3 et 3,9 kg/m3 de béton pour le Na2Oeq.

Les résultats présentés au graphique de la Figure 4.38 correspondent aux moyennes des concentrations en Na2O et en K2O mesurées sur deux sous-

échantillons provenant des mêmes carottes de béton. À partir des résultats des deux sous-échantillons, pour le Na2O et le K2O, le différentiel entre les résultats obtenus

a été calculé et rapporté en pourcentage par rapport à la concentration moyenne. Les résultats de ces calculs sont présentés au Tableau 4.17. Les variations de ce différentiel se situent entre 0,4 et 9,6 % pour le Na2O, entre 0,5 et 7,2 % pour le K2O,

et entre 0,7 et 6,1 % pour le Na2Oeq.

Tel qu’expliqué dans la section 3.3.1, les moyennes des mesures qui ont été présentées à la Figure 4.38 ont été corrigées pour l’apport en alcalis des granulats aux solutions extraites. Pour la formulation 5-40 mm, les granulats récupérés du béton de la prise d’eau ont libéré en moyenne 0,393 kg/m3 _{de béton de Na}

2O et

0,562 kg/m3 _{de béton de K2O, tandis que ceux récupérés du béton de la centrale ont}

libéré en moyenne 0,419 kg/m3 _{de béton de Na2O et 0,567 kg/m}3 _{de béton de K2O.}

Pour la formulation 5-80 mm, les granulats récupérés du béton de la prise d’eau ont libéré en moyenne 0,425 kg/m3 _{de béton de Na2O et 0,607 kg/m}3 _{de béton de K2O}

alors que ceux récupérés du béton de la centrale ont libéré en moyenne 0,452 kg/m3

de béton de Na2O et 0,612 kg/m3 de béton de K2O. Ces données ont été utilisées

pour corriger les résultats mesurés sur les échantillons de béton.

Ces concentrations correspondent à des relâchements par les échantillons de granulats récupérés des carottes de béton de la prise d’eau et de la centrale de l’ordre de 0,029 à 0,034 % en masse de Na2O et de 0,042 à 0,045 % en masse de

K2O. Or, ces résultats ont été mesurés par des essais Espresso réalisés sur des

165

Tel que présenté dans la section 3.3.1, l’effet du traitement thermique en immersion dans une solution de sulfates de sodium sur les alcalis libérés par les granulats soumis à la méthode Espresso a également été étudié afin d’offrir une validation partielle des résultats ci-haut. Il s’avère que pour les granulats ayant subi 100 jours de traitement thermique dans une solution de sulfates de sodium, 0,020 % en masse de Na2O et de 0,030 % en masse K2O ont été relâchés en

moyenne par les deux sous-échantillons analysés. Pour les échantillons qui n’ont pas subi un tel traitement thermique, 0,020 % en masse de Na2O et 0,041 % en

masse de K2O ont été relâchés en moyenne par les deux sous-échantillons

analysés.

Tableau 4.17 : Différentiels entre les duplicatas des mesures en alcalis par rapport à la moyenne calculée pour deux sous-échantillons de béton soumis à la méthode d’extraction à l’eau chaude (Espresso).

Échantillon

Différentiel des duplicatas par rapport à la moyenne obtenue sur deux sous-échantillons provenant de

la même carotte Na2O K2O Na2Oeq % % % F4-734-CR2 1,81@2,11m 0,4 4,8 1,6 F1-734-CR1 1,20@1,50m 7,9 1,7 4,3 F4-734-CR1 1,24@1,54m 4,7 4,6 4,6 F3-734-CR4 4,94@5,24m 2,3 2,5 0,7 F4-660-CR2 1,59@1,89m 9,6 7,2 3,6 F1-660-CR1 1,00@1,30m 6,3 0,5 3,8 F1-660-CR2 3,82@4,22m 7,2 4,1 6,1 F3-660-CR2 1,53@1,83m 5,7 2,9 4,7

Mesures ex situ : Eau froide

La Figure 4.39 présente les résultats des essais d’extraction à l’eau froide réalisés sur des sous-échantillons des huit carottes de béton provenant de la centrale (localisation 660 – 4 carottes) et de la prise d’eau (localisation 734 – 4 carottes).

166

Figure 4.39 : Résultats des analyses chimiques (spectrométrie d’absorption atomique) de solutions issues de l’extraction à l’eau froide des alcalis du béton corrigés selon l’apport en alcalis des granulats. Sur le graphique de la Figure 4.39, pour les échantillons provenant de la prise d’eau, les solutions récupérées et analysées à la suite de l’extraction à l’eau froide présentent des concentrations qui varient entre 0,5 et 0,8 kg/m3 _{de béton pour le}

Na2O et entre 0,2 et 0,7 kg/m3 de béton pour le K2O, générant ainsi des

concentrations calculées en Na2Oeq variant entre 0,6 à 1,2 kg/m3 de béton. Pour les

échantillons provenant de carottes de béton de la centrale, les solutions récupérées et analysées à la suite des essais d’extraction à l’eau froide contiennent entre 0,8 et 1,0 kg/m3 _{de béton de Na2O, entre 0,5 et 0,8 kg/m}3 _{de béton de K2O, le tout pour}

des valeurs calculées en Na2Oeq variant entre 1,1 et 1,5 kg/m3 de béton.

Tout comme pour les résultats des essais Espresso, les résultats présentés à la Figure 4.39 correspondent aux moyennes des concentrations en Na2O et en K2O

mesurées sur deux sous-échantillons provenant des mêmes carottes de béton. Les écarts entre les deux concentrations mesurées par rapport à la moyenne de ces

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Co n cen tr at ion (kg /m3 d e b ét on )

Na2O

K2O

Na2Oeq

167

deux mêmes concentrations sont présentés au Tableau 4.18. Les variations se situent entre 1,0 et 11,5 % pour le Na2O, entre 0,6 et 26,2 % pour le K2O, et entre

0,9 et 15,8 % pour le Na2Oeq.

Tableau 4.18 : Différentiels entre les duplicatas des mesures en alcalis par rapport à la moyenne calculée pour les sous-échantillons de béton soumis à la méthode d’extraction à l’eau froide.

Échantillon

Différentiel des duplicatas par rapport à la moyenne Na2O K2O Na2Oeq % % % F4-734-CR2 1,81@2,11m 6,1 22,8 11,7 F1-734-CR1 1,20@1,50m 1,0 0,6 0,9 F4-734-CR1 1,24@1,54m 6,6 4,6 6,1 F3-734-CR4 4,94@5,24m 3,4 1,0 2,7 F4-660-CR2 1,59@1,89m 11,5 26,2 15,8 F1-660-CR1 1,00@1,30m 9,1 9,3 9,1 F1-660-CR2 3,82@4,22m 11,5 5,8 9,8 F3-660-CR2 1,53@1,83m 8,7 9,6 9,0

Tel qu’expliqué dans la section 3.3.1, les moyennes des mesures qui ont été présentées à la Figure 4.39 ont été corrigées pour l’apport des granulats aux solutions extraites. Pour la formulation 5-40 mm, les granulats récupérés du béton de la prise d’eau ont libéré en moyenne 0,288 kg/m3 _{de béton de Na}

2O et

0,167 kg/m3 _{de béton de K}

2O, tandis que ceux récupérés du béton de la centrale ont

libéré en moyenne 0,271 kg/m3 _{de béton de Na}

2O et 0,155 kg/m3 de béton de K2O.

Pour la formulation 5-80mm, les granulats récupérés du béton de la prise d’eau ont libéré en moyenne 0,311 kg/m3 _{de béton de Na}

2O et 0,181 kg/m3 de béton de K2O,

alors que ceux récupérés du béton de la centrale ont libéré en moyenne 0,293 kg/m3

de béton de Na2O et 0,168 kg/m3 de béton de K2O. Ces résultats ont été utilisés

pour corriger les résultats mesurés sur les échantillons de béton.

Ces concentrations correspondent à des relâchements par les échantillons de granulats récupérés des carottes de béton de la prise d’eau et de la centrale variant entre 0,020 et 0,023 % en masse de Na2O et entre 0,012 et 0,013 % en masse de

168

réalisés sur des granulats récupérés du béton par la méthode de traitement aux sulfates.

Tel que présenté dans la section 3.3.1, l’effet du traitement thermique en immersion dans une solution de sulfates de sodium sur les alcalis libérés par les granulats soumis à la méthode à l’eau froide a également été étudié afin d’offrir une validation partielle des résultats ci-haut. Il s’avère que pour les granulats ayant été soumis 100 jours au traitement thermique dans une solution de sulfates de sodium, 0,008 % en masse de Na2O et 0,008 % en masse de K2O ont été relâchés en moyenne par les

deux sous-échantillons analysés. Pour les échantillons qui n’ont pas été soumis au traitement thermique, 0,008 % en masse de Na2O et 0,013 % en masse de K2O ont

été relâchés en moyenne par les deux sous-échantillons analysés.

Apport des adjuvants chimiques

L’apport en alcalis des adjuvants chimiques utilisés à l’origine dans le béton du barrage a été estimé à partir de données estimatives de produits équivalents. D’abord, l’agent entraîneur d’air DAREX, employé à raison de 0,0410 kg/m3 _{et ayant}

un contenu en Na2Oeq de 0,55 %, représente un apport de Na2Oeq potentiel de

0,000226 kg/m3 _{à la solution interstitielle du béton (0,0410 kg/m}3 _{x 0,55 % =}

0,000226 kg/m3_{). Quant à l’agent dispersant WRDA, utilisé à un dosage de 1,22}

kg/m3 _{et ayant un contenu en Na}

2Oeq de 0,35 %, il pourrait potentiellement avoir

apporté 0,00427 kg/m3 _{de Na2Oeq à la solution interstitielle du béton (1,22 kg/m}3 _x

0,35 % = 0,00427 kg/m3_{). Ainsi, les deux adjuvants chimiques utilisés dans le béton}

du barrage pourraient avoir enrichi la solution interstitielle du béton de 0,00450 kg/m3

en Na2Oeq.

4.3.2. Évaluation du potentiel de libération d’alcalis par le gros

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