Absorption d’eau

Le coefficient d’absorption d’eau (WA24) des granulats recyclés peut être déterminé selon la procédure décrite dans la norme européenne [NF EN 1097-6]. Les granulats sont immergés dans de l'eau déminéralisée à (22 ± 3) ° C pendant 24 heures et ils sont ensuite séchés avec un chiffon absorbant jusqu'à atteindre l'état saturé surface sèche (SSS) (masse MSSS). L'échantillon est ensuite séché dans un four à une température de 105 ± 5 ° C jusqu'à masse constante (masse séchée au four MOD). Dans le cas des GBR, la température de séchage est parfois réduite afin d’éviter le départ de l’eau liée chimiquement dans la pâte de ciment [33]. Dans cette thèse, une température de séchage de 75 ° C au lieu de 105 ° C a systématiquement été utilisée. WA24 est déterminée selon l'équation (4):

𝑊𝐴₂₄(%) = 100.^{𝑀𝑆𝑆𝑆 _ 𝑀𝑂𝐷}

𝑀_𝑂𝐷 ⁽⁴⁾

L’humidité initiale des GBR est généralement différente de celle des granulats naturels stockés au même endroit et dans la même période [34]. Les GBR absorbent rapidement l’humidité de l’air où ils sont stockés [34]. Ainsi, tandis que l’humidité pour les granulats naturels dépasse rarement 1%, l’humidité des GBR peut atteindre 3.5% pour les fractions 4/10 mm et 1.5% pour les fractions 10/ 20 mm [34].

Gomez-Soberon [35] a comparé les propriétés de différents GBR avec celles d’un granulat naturel. La porosité totale a montré de grandes différences variant de 2.82% pour le granulat naturel (WA24=1.13%), jusqu’à 14.86% pour une fraction 5/10 mm de GBR (WA24=6.81%).

La capacité d’absorption d’eau des GBR dépend de plusieurs facteurs, 1-du temps d’immersion des GBR dans le liquide (cinétique), 2- de la pression (sous pression atmosphérique ou sous vide) et 3- du milieu (si les GBR sont dans l’eau, dans une pâte de ciment ou dans le béton).

1- Temps d’immersion, cinétique d’absorption

Les GBR sont caractérisés par leur forte absorption mais aussi par la cinétique de cette absorption.

Belin et al. [21] suggèrent que l’absorption d’eau des GBR à 24 heures peut être considérée comme la simple somme des absorptions de la pâte de ciment et des granulats naturels originaux. De plus, ils ont montré que deux sables recyclés avec des valeurs similaires d’absorption à 24h peuvent avoir des cinétiques d’absorption différentes et donc avoir des conséquences très différentes sur la perte d’affaissement de bétons préparés avec ces granulats recyclés. En addition, pour des granulats recyclés de porosité élevée, l’absorption à 24 heures est inférieure à la capacité d’absorption totale des granulats. Ceci pourrait être expliqué par le fait que 24 heures ne sont pas suffisantes pour atteindre la saturation complète de la porosité de ceux-ci [21].

La Figure 6 présente des résultats de l’étude de [36] sur la cinétique d’absorption des GBR en la comparant à celle des granulats naturels. Nous pouvons remarquer que l’évolution de l’absorption devient faible après les 24 heures d’immersion dans l’eau pour les granulats recyclés ainsi que pour les granulats naturels. Après les premières heures d’immersion, la valeur d’absorption d’eau présente environ 80 % d’absorption d’eau à 24 heures.

2- Absorption sous vide partiel

Au lieu de l’immersion conventionnelle à pression atmosphérique pendant 24±4h, Mills-Beale et al. [37] ont étudié la cinétique d’absorption des granulats naturels et recyclés (gravillons et sables) sous vide partiel de 30mmHg (4 kPa) pendant 10, 20, et 30 minutes. La saturation totale des granulats est atteinte en seulement 30 minutes en utilisant le vide partiel.

Zhang et al. [38] ont montré à partir d’essais d’absorption par immersion à pression atmosphérique et d’absorption sous vide, que l’absorption mobilisée sous vide est nettement supérieure à l’absorption par simple immersion à pression atmosphérique. Cet écart est dû à la présence d’air emprisonné dans les pores. Ils ont également étudié l’influence de la viscosité du fluide sur la capacité d’absorption des granulats poreux. Les auteurs ont mesuré l’absorption de trois types de granulats légers après immersion sous vide dans deux liquides de viscosités différentes. Les résultats ont montré que la capacité d’absorption des granulats légers est une fonction décroissante de la viscosité apparente du milieu.

Lydon et al. [39] ont montré que la porosité peut être caractérisée en termes d’accessibilité en plus des diamètres des pores. En appliquant la norme standard [NF EN 1097-6] pour les essais d’absorption pour des granulats naturels et légers, un volume significatif de pores était immédiatement accessible dans les granulats légers (10 à 16% du volume des particules) mais seulement 0.5% des naturels. Avec l’application d’une faible pression (0.2 N/mm²) ou d’un vide partiel (630 mmHg), une augmentation significative du volume poreux accessible est mesurée dans les granulats légers mais pas dans les naturels.

3- Absorption dans la pâte de ciment et dans le béton

On suppose souvent que l’absorption d’eau pendant le malaxage du béton est similaire à l’absorption d’eau des granulats immergés dans de l’eau distillée. On néglige donc toute influence potentielle de la capacité de liaison de l’eau avec les fines. Cette capacité de liaison trouve son origine dans les interactions de Van der Waals entre les grains de ciment.

Dans la littérature la plupart des recherches sont faites pour étudier l’absorption des granulats recyclés dans l’eau. Il existe quelques études sur la détermination du coefficient d’absorption pour les sables recyclés dans la pâte de ciment [40, 41].

Bello et al. [42] ont toutefois étudié l’absorption de gravillons légers de classe granulaire 4/8 dans des pâtes de ciment à différents E/C. Ils ont montré que l’absorption d’eau des granulats dans la pâte est plus faible que dans l’eau (réduction de 25%). Cette réduction dans l’absorption d’eau pourrait être due à la viscosité de la pâte de ciment. [31] ont étudié la pénétration des grains de ciment et de fumée de silice dans le réseau poreux d’un granulat léger. Les auteurs ont montré que la quantité de pâte dans le réseau poreux des gravillons d’argile expansée dépend de la microstructure de la croûte extérieure, de la finesse du liant et de la viscosité de la pâte. Par analogie aux résultats de Zhang et al. [31], l’absorption d’un granulat léger dans la pâte de ciment devrait dépendre en partie de la viscosité apparente de la pâte. Elle devrait être d’autant plus importante que la viscosité de la pâte cimentaire est faible. Dès l’incorporation des granulats légers secs dans le béton, les pores des granulats se remplissent progressivement d’eau sous l’effet de la capillarité. Leur degré de saturation croit rapidement dans les premiers instants et ralentit fortement dès que les gros pores sont remplis. On peut donc également supposer que la capacité d’absorption d’eau des GBR diffère dans l’eau, dans une pâte de ciment et ainsi que dans le béton.