Analyses au MEB de l’état de microfissuration des matériaux traités thermiquement

Deux types de fissures sont étudiées, les fissures dont la longueur est supérieure à 400 µm et celles dont la longueur est inférieure à 400 µm. Elles sont alors classées suivant leur positionnement : celles dans la pâte de ciment, celles à l’interface pâte/granulat, ou celles qui traversent la pâte et les granulats nommée « pâte + granulats » dans le Tableau I-7. L’étude statistique et qualitative de la fissuration est présentée dans ce même tableau.

Tableau I-7. Etude statistique de la fissuration induite par le traitement thermique Type de cure Conservation pendant l’essai Température max Fissures > 400 µm Fissures < 400 µm Pâte de ciment Interface Pâte + granulats Pâte de ciment Interface Pâte + granulats

Cure eau En dessiccation

40°C 25% 50% 25% 77% 23% 0% En endogène 15% 31% 54% 67% 22% 11% Cure endogène En dessiccation 5% 53% 42% 56% 32% 12% En endogène 12% 48% 40% 54% 28% 18%

Cure eau En dessiccation

60°C 18% 52% 30% 100% 0% 0% En endogène 38% 6% 56% 75% 25% 0% Cure endogène En dessiccation 17% 39% 44% 100% 0% 0% En endogène 6% 33% 61% 100% 0% 0%

Cure eau En dessiccation

80°C 18% 8% 74% 73% 12% 15% En endogène 7% 15% 78% 68% 25% 7% Cure endogène En dessiccation 4% 12% 84% 79% 16% 5% En endogène 16% 12% 72% 61% 36% 3%

Dans ce tableau, sont répertoriés le pourcentage de fissures supérieures à 400 µm en longueur et celles dont la longueur est inférieure à 400 µm. L’ouverture de fissure n’a pas été étudiée. Les fissures les plus courtes (< 400 µm) se situent généralement dans la pâte de ciment ou à l’interface pâte/granulat, alors que celles supérieures à 400 µm sont généralement celles qui traversent un granulat calcaire.

L’évolution en fonction de la température de la densité de fissures dont la longueur est inférieure à 400 µm est peu significative.

Concernant les fissures dont la longueur est supérieure à 400 µm, le pourcentage de fissures traversant les granulats augmente avec la température. Le type de cure et de conservation pendant l’essai ne semble pas avoir d’impact significatif sur le type de fissuration induite. Sachant que les granulats confèrent au béton sa rigidité grâce au module de Young supérieur à celui de la pâte, il serait dès lors possible d’observer à l’échelle macroscopique une dégradation de la rigidité du béton s’ils sont fissurés ou si des microfissures déjà existantes se propagent sous l’effet de la température. Cette analyse au MEB pourrait expliquer les diminutions de module d’élasticité constatées par Ladaoui dès 50°C [Ladaoui et al. 2013]. Quelques images MEB présentées dans la Figure I-50 permettent d’illustrer les différents types de microfissures caractéristiques constatées aux trois températures d’étude (40°C, 60°C et 80°C).

Granulats calcaire Fissuration dans les granulats Perte de rigidité du béton Granulats calcaire Pâte de ciment Fissuration dans la pâte de ciment et à l’interface Température (
C) 40
C 60
C 80
C Granulats calcaire Fissuration plus importante dans les

granulats

Figure I-50 : Evolution de la fissuration dans le béton en fonction de la température (x100)

I.12 Conclusions

L’étude concerne l’évolution des déformations thermiques des granulats calcaire, de la pâte de ciment, du mortier et du BHP, sur échantillons initialement saturés ou partiellement saturés et soumis à des cycles thermiques en dessiccation ou isolés. L’analyse des résultats conduit aux conclusions suivantes :

 Le CDT, s’il est défini comme la pente de la courbe température/déformation, comme c’est usuellement le cas dans la littérature, inclut le retrait associé à la perte d’eau pendant la phase de chauffage. Par conséquent, le CDT réel des matériaux en dessiccation est sous-estimé en comparaison des échantillons isolés.

 Il y a une différence significative entre le CDT de la pâte de ciment et des granulats calcaire, ce qui entraîne une forte dilatation thermique différentielle entre chaque composant (confirmé par l’analyse par vidéo-corrélation), et ce, tout particulièrement

terminée. Lorsque les granulats sont présents en quantité suffisante dans le mélange, ils s’opposent à la dilatation de la pâte de par leur CDT plus faible. Mais ils peuvent se fissurer ou les microfissures déjà naturellement présentes, peuvent se propager sous l’effet des contraintes de traction exercées par la dilatation supérieure de la pâte par le biais de l’adhérence entre les deux matériaux. La microfissuration dans les granulats calcaire qui semblerait augmenter de manière importante aux alentours de 60°C pourrait expliquer une perte de rigidité du béton.

 L’augmentation de teneur en eau libre dans le matériau entraîne une augmentation des déformations thermiques au-delà de 60°C. Ceci est dû au CDT de l’eau qui est beaucoup plus grand que celui du matériau qui la contient.

 Il n’y a pas de changement notable dans la composition chimique des phases cristallisées des matériaux cimentaires jusqu’à 80°C. Seule la disparition de l’ettringite est notable. Cela ne signifie pas que les C-S-H ne subissent pas de modification. Elle n’est seulement pas visible par la méthode de la DRX.

Cette étude a permis de quantifier les déformations Thermo-Hydriques de chaque constituant du béton. Il est alors intéressant d’utiliser ces résultats pour améliorer les modèles thermo- mécaniques des bétons, particulièrement dans la plage de température comprise entre 20°C et 80°C qui concerne les structures de stockage de l’Andra. Ces résultats expérimentaux montrent le fort impact de l’humidité interne et du mode de conservation pendant l’essai sur les déformations thermiques libres. Si l’on ajoute à cela la forte dilatation thermique différentielle entre la matrice cimentaire et les granulats calcaire, il est donc important de comprendre comment ces propriétés peuvent modifier le comportement sous charge des bétons.

Nous venons de quantifier l’effet de l’humidité interne des matériaux cimentaires sur les déformations thermiques libres du béton. Il est maintenant nécessaire de comprendre comment l’humidité interne du béton et les conditions hydriques externes peuvent modifier son comportement sous charge à température ambiante (20°C) et, compte tenu des résultats présentés dans ce chapitre, lors d’une période de chauffage pour des températures supérieures (jusqu’à 70°C).

CHAPITRE II: Retrait et fluage à 20°C sous