Comportement aux cycles de gel-dégel

Le tableau 4.27 présente les résultats des mesures du module élastique dynamique, de la déformation axiale et de la masse des éprouvettes de béton, suite aux 300 cycles de gel-dégel effectués sur une période moyenne de 60 jours.

Tableau 4.27 - Résistance aux cycles de gel-dégel

Mélanges : BO - BO-FS - BRC-K - BRC-K-FS - BRC-C Type de

béton Facteur de durabilité (%)

Déformation axiale (%) Variation de masse (%) BO 100,0 100,0 100,0 0,0369 0,035 0,0327 1,31 1,30 1,28 BO-FS 75,4 83,0 90,6 0,1253 0,104 0,0819 1,35 1,34 1,33 BRC-K 100,0 100,0 100,0 0,0834 0,087 0,0885 1,55 1,51 1,47 BRC-K-FS 58,6 56,7 54,8 0,2107 0,207 0,2034 1,42 1,45 1,47 BRC-C 100,0 100,0 100,0 0,0282 0,030 0,0323 1,29 1,42 1,55 Limites 60,0 0,060 -

Le comportement du béton face aux cycles de gel et de dégel est analysé selon deux paramètres, soit la variation du module d'élasticité dynamique et la variation de la longueur de l'éprouvette. La variation du module d'élasticité dynamique permet de quantifier l'endommagement interne par microfissuration selon la vitesse de déplacement d'une onde dans l'éprouvette : plus la vitesse est faible, plus le nombre de microfissures est élevé. La

variation de la longueur permet, quant à elle, une évaluation qualitative de la microfissuration : plus la variation de longueur est grande, plus les microfissures sont ouvertes et longues.

Facteur de durabilité

La mesure du facteur de durabilité montre que généralement, ces mélanges de béton de réparation utilisés satisfont à la limite minimale de 60 % qui est exigée par la norme ASTM C666. En effet, seul le BRC-K-FS a un facteur inférieur à la limite, avec 57 %. Le BO, le BRC-K et le BRC-C montrent un excellent comportement, avec un facteur de 100 % à la fin de l'essai. Le BO-FS a également un bon comportement, avec un facteur de 83 %.

Il semble donc que les produits expansifs n'entraînent pas de sensibilité du béton au gel-dégel puisque le BRC-K et le BRC-C ont obtenu le même résultat que le BO, soit 100 %.

Par contre, il apparaît que la fumée de silice a un effet négatif sur la résistance au gel-dégel. Le BO-FS et le BRC-K-FS ont tous deux des modules plus faibles que leur homologue sans fumée de silice. Ceci peut s'expliquer en faisant le lien avec le facteur d'espacement de bulles d'air de ces mélanges. Le BO-FS montre un facteur d'espacement de 317 pm et un facteur de durabihté de 83 %. Le BRC-K-FS est à 414 pm de facteur d'espacement avec facteur de durabihté de 57 %. Il semble aisé d'observer que le module d'élasticité dynamique est plus faible lorsque le facteur d'espacement augmente. En effet, la distance entre les bulles d'air étant plus grande, l'eau dans les pores de la pâte de ciment n'a pas nécessairement la possibilité de migrer vers une bulle avant de geler.

Déformation axiale

En ce qui a trait à la variation de longueur des éprouvettes, seuls le BO et le BRC-C présentent des déformations axiales inférieures à la Umite maximale de 0,060 % prescrite par la norme, soit 0,035 et 0,030 % respectivement. Le BO-FS et le BRC-K, qui présentent de bons résultats selon le facteur de durabilité, montrent des déformations axiales de 0,104 % et de 0,087 %, ce qui excède la limite maximale. Le BRC-K-FS montre la plus grande variation de longueur, soit 0,207 %.

Contrairement au comportement normal du béton durant cet essai, la grande déformation axiale du BRC-K n'est pas due à de la microfissuration interne, puisque son facteur de durabihté final est de 100 %, comme quoi la microfissuration est nulle ou très faible.

L'allongement mesuré est en fait le résultat de la poursuite de la réaction d'expansion et de production d'ettringite en raison de l'immersion des éprouvettes dans l'eau durant l'essai. Un essai supplémentaire où, parallèlement à l'essai de gel-dégel, une éprouvette témoin du même mélange a été conservée en conditions de saturation continue montre d'ailleurs que la déformation de cette dernière suit exactement la même tendance que celle des éprouvettes soumises au gel-dégel (Bissonnette et coll. 2008). En considérant l'allongement de 0,035 % des éprouvettes de BO comme normal en raison de la saturation en eau d'un béton initialement sec, le BRC-K présenterait une expansion tardive de l'ordre de 0,05 %, soit 500 pm/m. Une telle expansion tardive représente environ 70 % de l'expansion initiale de 715 pm/m. En condition de déformations restreintes dans une réparation superficielle, ce genre d'expansion tardive pourrait générer des contraintes internes néfastes pour la durabilité de la réparation. Dans le cas du BRC-K-FS, la déformation axiale élevée (0,207 %) concorde relativement bien avec le facteur de durabihté de 57 %, démontrant une micro fissuration étendue. Il est cependant envisageable qu'une partie de cette déformation soit également due à une reprise de la réaction d'expansion.

L'allongement mesuré sur le BO-FS est plus élevé que la Umite maximale. Par conséquent, même si les microfissures sont peu nombreuses, elles sont toutefois trop importantes pour que ce mélange de béton puisse offrir un bon comportement aux cycles de gel et de dégel.

Ces résultats montrent finalement que le BRC-C offre le même excellent comportement que le BO. Ainsi, la présence massive de Portlandite dans le béton ne semble pas affecter la résistance du béton aux cycles de gel et de dégel. De plus, contrairement au BRC-K, le BRC-C atteint son expansion maximale lors du mûrissement humide initial et il n'est donc pas sujet à une reprise tardive de la réaction d'expansion.

4.3.3 Résistance à l'écaillage

Une surface de béton exposée au chlorure de sodium, utilisé pour le déglaçage en hiver, peut se détériorer au fil des cycles de gel et de dégel. Cette détérioration fait ainsi l'objet d'un second critère de durabilité du béton, soit la mesure de sa résistance à l'écaillage. Ce critère est mesuré par la quantité de béton qui se dégrade à la surface : plus la perte de débris est grande, plus la résistance à l'écaillage est faible. L'objectif de performance est donc d'avoir une

surface de béton qui ne se dégrade pas ou très peu. Le tableau 4.28 présente les résultats des essais d'écaillage en présence de sels de déglaçage après 50 cycles de gel-dégel. À ce sujet, il existe plusieurs normes de référence, dont la méthodologie est semblable à la norme ASTM C672 et utilisant une solution de 3 % de NaCl, qui incluent une limite quantitative de la perte de débris d'écaiUage acceptable lors de l'essai d'écaillage ; les normes SS 137244 (Suède), OPSS LS-412 (Ontario) et NQ 2621-900 (Québec) en sont des exemples. La norme SS 137244 spécifie que la limite maximale acceptable est de 1,0 kg/m2, qu'une perte de débris

inférieure à 0,5 kg/m2 démontre une « bonne performance » et qu'une perte plus petite que 0,1

kg/m2 indique une « excellente performance », après 56 cycles de gel-dégel. La norme OPSS

LS-412 indique plutôt une limite maximale de débris d'écaillage de 0,8 kg/m2 après 50 cycles.

La norme NQ 2621-900 exige que la perte de débris d'écaillage soit inférieure à 0,50 kg/m2

après 56 cycles de gel-dégel. Dans la mesure où les conditions d'essai sont toutes sensiblement les mêmes, ces références peuvent toutes servir à comparer les résultats des essais effectués.

Tableau 4.28 - Résistance à l'écaillage après 50 cycles Mélanges : BO - BO-FS - BRC-K - BRC-K-FS - BRC-C ~ , Perte de débris _ „ Type de Cote béton .. . 2x visueUe(1) ^ (kg/m ) 0,27 1 BO 0,30 _{0,33 1} 1,10 2 BO-FS 1,22 1,34 2 0,46 2 BRC-K 0,66 0,85 3 0,22 1 BRC-K-FS 0,22 0,22 1 0,03 1 BRC-C 0,03 0,02 1 Limites Variable(2)

1 : Ecaillage léger, aucun gros granulat visible 2 : Ecaillage léger à modéré

3 : Ecaillage modéré, quelques gros granulats visibles

(2) 1,00 :SS 137244 à 56 cycles

0,80 : OPSS LS-412 à 50 cycles 0,50 : NQ 2621-900 à 56 cycles

Le mélange de BO, qui sert de référence, montre une perte de débris d'écaillage de 0,30 kg/m . Visuellement, la surface de béton présente un ecaillage léger sans gros granulat visible. Ce mélange a donc une bonne résistance à l'écaillage.

La perte de débris d'écaillage du mélange de béton ordinaire avec fumée de silice, BO-FS, est de 1,22 kg/m2, ce qui est supérieur à la limite maximale de 1,00. De plus, la surface présente

un ecaillage plus sévère et plus étendu que le BO, sans pour autant que les gros granulats ne soient visibles. Ce résultat était en partie prévisible, dans la mesure où le facteur d'espacement des bulles d'air était plus élevé (317 pm) que l'exigence maximale de la norme CSA A23.1. Les mélanges de béton à retrait compensé ont tous montré une résistance à l'écaillage variant

■y

d'excellente à acceptable, soit des pertes de débris respectives de 0,66, 0,22 et 0,03 kg/m pour le BRC-K, le BRC-K-FS et le BRC-C.

Dans le cas du BRC-K, la surface présente une détérioration allant de légère à modérée, avec quelques gros granulats visibles à la surface. Par contre, la détérioration n'est pas uniforme, ce qui explique que la quantité de débris recueillis soit plus faible que le BO-FS, malgré une détérioration plus sévère par endroits. En comparaison avec le béton ordinaire, la présence de l'ettringite dans la pâte de ciment semble augmenter la sensibilité du béton aux sels de déglaçage. En effet, la teneur en air dans le BRC-K est plus élevée que dans le BO et le facteur d'espacement est plus faible. Ces paramètres devraient théoriquement permettre un meilleur comportement au gel-dégel.

Pour ce qui est du BRC-K-FS, l'ajout de la fumée de silice semble avoir un effet positif sur la résistance à l'écaillage, comme le montrent la quantité de débris plus faible et la détérioration de la surface plus légère que ceUes observés sur le BRC-K. La résistance à l'écaillage de ce mélange est supérieure à celle du béton ordinaire malgré que le BRC-K-FS montrait le pire facteur d'espacement parmi les mélanges à l'essai, avec 414 pm. Ceci est peut-être représentatif de l'effet stabilisateur de la fumée de silice sur le ciment type K.

Finalement, le BRC-C montre un excellent comportement face aux chlorures de sodium. La perte de débris est pratiquement négligeable, 0,03 kg/m et une surface très légèrement affectée. La présence massive de Portlandite dans le béton ne semble donc pas affecter sa résistance à l'écaillage, pas plus que sa résistance au gel-dégel.