Partie I : Etude bibliographique
II.2. LES ATTAQUES CHIMIQUES DES BÉTONS
II.2.1. b Mécanisme de l'attaque par les sulfates
Des roches et des minéraux naturels provenant des sulfates de calcium (gypse CaSO4. 2H2O et
anhydrite CaSO4), et des sulfates de magnésium (epsomite MgSO4. 2H2O) forment la source
externe de sulfates la plus présente dans la nature. Cependant, ce n’est que lorsque ces sulfates sont dissous dans l’eau (souterraine ou autre) qu’ils présentent un danger potentiel pour péné- trer dans la matrice du béton, réagir avec les hydrates et changer leur structure.
Dans le cas du sulfate de sodium, les réactions chimiques se présentent comme suit [13] : Formation du gypse secondaire
Ca(OH)2 + Na2SO4 + 2H2O → CaSO4.2H2O + 2NaOH
NaOH : Alcalinité élevée → stabilisation des C-S-H.
CaSO4.2H2O : Produit expansif mais qui se forme uniquement dans les espaces internes de la
pâte de ciment hydraté. Dans la majorité des cas, il n’ya pas ou peu d'expansion. Cependant, son dispositif agit pour diminuer la résistance et l'adhérence de la pâte de ciment due à la dis- solution de la portlandite CH et le gel et la décalcification du C-S-H qui est responsable des propriétés liantes de la pâte de ciment.
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Formation d’ettringite secondairea) À partir du C3A anhydre résiduel:
C3A + 3CaSO4.2H2O + 26H2O → C3A.3CaSO4.32H2O
(Ettringite secondaire) b) À partir des aluminates hydratés:
C3A.CaSO4.18H2O + 2Ca(OH)2 + 2SO4 + 12H2O → C3A.3CaSO4.32H2O
(Ettringite secon- daire)
C3A.Ca(OH)2.xH2O + 2Ca(OH)2 + 3SO4 + 11H2O → C3A.3CaSO4.32H2O
La précipitation de l'ettringite secondaire conduit à la formation de cristaux très fins (ettringite non fibreuse de nature colloïdale) dont le volume molaire est de 3 à 8 fois supérieure au vo- lume du solide initial.
Les mécanismes de dégradation sont dépendant également de la nature du cation (Ca+2, K+, Mg+2…etc.) qui est associée aux ions sulfates dans la solution d'eau externe ou dans la pâte de ciment. Le sulfate de magnésium est très agressif par rapport au sulfate de sodium.
Le sulfate de magnésium réagit par double action :
• En présence de magnésium la portlandite réagit pour former de la brucite, le gypse et l’ettringite :
Ca(OH)2 + MgSO4 → CaSO4 + Mg(OH)2
Mg(OH)2 : Brucite (faible solubilité, alcalinité faible, pH faible) C3A + 3CaSO4.2H2O + 26H2O → C3A.3CaSO4.32H2O
(ettringite secondaire) • Substitution des ions Ca++
par les ions Mg++ dans les C-S-H : C-S-H + MgSO4 → CaSO4.2H2O + (C, Mg)-S-H
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Les eaux souterraines ou l’eau de mer sont souvent riches en sulfates de magnésium (MgSO4).Dans ce cas, les deux ions, cations et anions, participent à la réaction. Les ions SO4-2 réagis-
sent avec les aluminates (ou la portlandite) pour former de l’ettringite (ou du gypse), tandis que les ions Mg+2 peuvent réagir avec les ions OH- et former de la brucite (Mg(OH)2) ou cau- ser un remplacement partiel du calcium par du magnésium dans les C-S-H. Le silicate de ma- gnésium hydraté (M-S-H) ainsi formé n’a pas de propriétés liantes, et par conséquent, la pâte hydratée devient molle et incohérente [55].
Etudes relatives aux BAP
Dans une étude de la résistance du béton autoplaçant à l’attaque par des sulfates. À cet effet, nous pouvons constater l’augmentation du gain de masse avec la diminution de la classe de résistance et ainsi avec l’augmentation du rapport E/Léqui. En effet, quand le rapport E/C diminue, le volume et la connectivité du réseau poreux se réduisent, et rendent donc la péné- tration des agents agressifs plus difficile [56] (figure I.22).
-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Temps (jours) G a in d e m a ss e (% ) BAP50 FC BAP50 PZ BAP50 CV BOV50
Figure I.22: variation de la masse des échantillons immergés dans la solution du sulfate de
sodium (bétons de classe 50 MPa) [56].
Les résultats des BAP et BOV montrent que la comparaison entre ces deux types de béton est en rapport direct avec l’addition minérale utilisée dans les BAP. Les BAP PZ et les BAP CV présentent un gain de masse moins important que celui des BOV de même classe de résis- tance. Le BAP70 FC et le BAP50 FC présentent un gain de masse presque similaire avec celui du BOV70 et du BOV50 en cas de prendre en compte la dispersion des mesures. L’évolution
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de la masse du BAP30 FC est moins importante que celle du BOV30, mais elle est plus sen- sible à la dégradation par l’attaque du sulfate de sodium.L’influence du mode de conservation sur la variation de la masse des bétons a été évaluée en mesurant la différence entre la variation de la masse des éprouvettes conservées dans la solu- tion de sulfate de sodium et celles des éprouvettes conservés dans l’eau douce (figure I.23).
-0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1
Duré e d'imme rsion (jours)
G a in e n m a ss e (%) BOV50 BAP50 FC BAP50 PZ BAP50 CV 90 180 270 360 28
Figure I.23: Différences de variation de masse entre éprouvettes soumis à l’attaque du sulfate
de sodium et éprouvettes témoins (classe 50 MPa) [56].
Il a remarqué par comparaison entre BAP CV et BAP PZ, des résultats presque similaires (< 0,03%) pour les deux classes de résistance 70 et 50MPa. Pour la classe 30 MPa, le BAP30 PZ présente un faible gain de masse, la différence semble augmentée avec le temps d’immersion (0,25 % après 360 jours d’immersion).
Le changement de la longueur des éprouvettes (7x7x28 cm3) des différents bétons conservés dans la solution de 5% de sulfate de sodium, s’effectue selon la norme ASTM C1012 (2004). La référence est la dernière mesure avant immersion.
-50 0 50 100 150 200 0 100 200 300 400
Age du bé ton (jours)
D éfo rm a ti o n (µ m /m ) BOV50 BAP50 FC BAP50 PZ BAP50 CV
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Figure I.24: Evolution des déformations, différence entre le milieu témoin et le milieu sulfa-
tique (bétons de classe 50 MPa) [56].
Le gonflement du BAP50 PZ et du BAP50 CV est enregistré seulement après 220 jours d’immersion. Après 420 jours, la différence entre le milieu témoin et sulfatique est faible (53,72 μm/m pour le BAP50 PZ et de 42,94 μm/m pour le BAP50 CV). Le BAP50 FC pré- sente un gonflement plus élevé par rapport aux autres bétons (161,66 μm/m après 420 jours d’immersion). Pour le BOV50, le gonflement est observé dès la première semaine, mais la différence entre le milieu témoin et le milieu sulfatique reste faible durant les 420 jours d’immersion (89,7 μm/m).
La résistance à la compression des bétons conservés dans la solution sulfatique se développe positivement jusqu’à 28 jours d’âge d’immersion. À partir de cette échéance, la résistance du BOV tend à diminuer progressivement jusqu’à 360 jours pour atteindre une différence (12%) par rapport à la résistance initiale avant immersion dans la solution sulfatique. La chute de résistance est attribuée à la formation du gypse et de l’ettringite expansive causant des micro- fissures dans le béton.
Le BAP-FC présente une résistance maximale à 90 jours d’âge d’immersion pour diminuer légèrement à 360 jours, mais en tenant compte de la dispersion des mesures, nous pouvons dire que la résistance est stable pour ce type de béton.
Pour le BAP-PZ et le BAP-CV, la résistance continue d’augmenter jusqu’à 360 jours d’immersion. La conservation dans la solution sulfatique ne semble pas beaucoup influencer la résistance de ces deux types de BAP.
40 50 60 70 80 90 0 50 100 150 200 250 300 350 400
Durée d'immersion (jours)
R és is tan ce à la com p re ss ion ( M P a) BAP50 FC BAP50 PZ BAP50 CV B0V50
Figure I.25: Evolution de la résistance à la compression des bétons immergés dans la solution
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Les résultats de la résistance à la compression de toutes les classes de résistance montrent une influence positive de la pouzzolane naturelle et de la cendre volante sur la résistance à l’attaque des sulfates de sodium. Cela est dû principalement à la faible diffusivité de ces bé- tons et à la réduction de la teneur en portlandite (CH) par réaction pouzzolanique, ce qui re- tarde et empêche la formation du gypse et de l’ettringite secondaires. Conclusion
Les résultats montrent que pour toutes les classes de résistance, la pouzzolane naturelle influe considérablement et positivement sur la résistance des bétons autoplaçants (BAP) dans les milieux contenant des sulfates de sodium. Les résultats montrent également d’une façon géné- rale des comportements très proches entre la pouzzolane naturelle et la cendre volante. Les formulations du BAP PZ présentent un gain en masse, une expansion et une variation de résis- tance à la compression très comparables avec ceux du BAP CV.