Chapitre 4 – Résultats
4.1. Production du matériel réactif de référence
4.1.3. Conclusions sommaires
Les examens pétrographiques réalisés sur les plaques polies et les lames minces de béton du barrage ont permis de caractériser en détails le gros granulat et le granulat fin. Pour le gros granulat présent dans le béton du barrage, six faciès ont été différenciés et ont été caractérisés par rapport à leur minéralogie respective et à la présence d’indices de réactivité alcaline. Les faciès 1 à 4 ont montré des indices de réactivité alcaline tandis que les faciès 5 et 6 n’en n’ont pas démontré.
En ce qui concerne le granulat fin présent dans le béton du barrage, il est composé de particules très fines de quartz, de feldspaths et de granite. Il est à noter que des particules de même nature que le gros granulat sont retrouvées dans la fraction < 5mm du granulat du béton du barrage. Aucun indice de réactivité alcaline n'a été observé dans le granulat fin.
L’étude statistique réalisée pour évaluer la distribution des différents faciès du gros granulat a permis de déterminer que 94,1 % et 93,1 % des particules du gros granulat des échantillons provenant de la centrale et de la prise d’eau, respectivement, appartiennent aux différentes variations du métagrauwacke (faciès 1 à 4). Sans regard à la provenance des échantillons, il est observé que les faciès 3 et 4 sont présents de façon plus importante que les faciès 1 et 2. Quant aux faciès 5 et 6, ils sont des faciès secondaires, constituant seulement 1,9 % et 4,4 % du total des particules observées.
L’étude statistique a aussi permis de déterminer l’importance relative d’indices de réactivité alcaline affectant les particules de gros granulats. Ces examens ont démontré une absence d’indices de réactivité alcaline pour les faciès 5 et 6, et ce, indépendamment de la provenance des échantillons (centrale ou prise d’eau). Il en est tout autrement pour les particules de gros granulats appartenant aux faciès 1 à 4, pour lesquels 94,8 % des particules présentent des auréoles de réactions, 79,8 % contiennent des fissures ouvertes remplies ou non par des produits de la RAS et 55,8 % ont généré des fissures pénétrantes dans la pâte de ciment.
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L’importance de la présence des indices de réactivité alcaline est semblable pour les faciès 1 à 4.
Les examens macroscopiques et microscopiques réalisés sur les échantillons provenant de la campagne de terrain ont permis de caractériser la nature de la roche, qui est similaire pour les huit localisations considérées. Le principal constituant des échantillons est un métagrauwacke avec une matrice siliceuse de quartz micro à cryptocristallin présentant des variations mineures de minéralogie (proportions de biotite et de chlorite), de taille des grains et du degré d’altération (à proximité des veines de quartz/épidote). Des fragments de gabbro ont aussi été observés dans une moindre mesure à quelques localisations.
Finalement, l’essai d’expansion accéléré réalisé conformément à la norme CSA A23.2-25A à partir d’échantillons de granulats prélevés à la localisation 3 a permis de mesurer une expansion de 0,24 % à 14 jours. Les analyses chimiques effectuées sur deux échantillons de granulats provenant de la localisation 3 ont permis de déterminer que ce granulat est très riche en SiO2, et qu’il contient une
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4.2. Évaluation de la cinétique de consommation de la silice
réactive
Les pages qui suivent présentent les résultats obtenus pour évaluer la cinétique de consommation de la silice réactive, plus précisément les résultats de l’optimisation des conditions des essais d’expansion (phase préliminaire), de l’extraction des granulats du béton et des essais d’expansion optimisés (phase principale).
4.2.1. Optimisation des conditions des essais d’expansion (Phase préliminaire)
Dans cette section, les résultats concernant l’optimisation du calibre granulaire mis à l’essai, de la dimension des éprouvettes de mortier, de la composition de la solution de trempage des éprouvettes de mortier, de la proportion de matériel réactif ainsi que de la forme des particules issues du concassage sont abordés. L’ensemble de ces résultats sont présentés sur la base des résultats des essais d’expansion des éprouvettes de mortier en fonction du temps. Au moment d’écrire ces lignes (temps depuis le début des essais = 546 jours), l’ensemble de ces essais d’expansion étaient toujours en cours puisque l’asymptote d’expansion n’était pas encore atteinte. Un tableau sommaire présentant les valeurs d’expansions mesurées dans le temps est disponible à l’annexe C2.1.
Calibres granulaires mis à l’essai
Les résultats des essais d’expansion réalisés pour l’optimisation des calibres granulaires sont présentés à la Figure 4.11. À la Figure 4.11a, il est représenté que les éprouvettes de mortier de dimension 25x25x285 mm ont subi les expansions moyennes suivantes à 546 jours : 0,32 % (GRO 2360-4760 µm), 0,42 % (1180- 2360 µm), 0,48 % (300-600 µm) et 0,79 % (600-1180 µm). À la Figure 4.11b, il est représenté que les éprouvettes de mortier de dimension 40x40x285 mm ont subi les expansions moyennes suivantes à 546 jours : 0,49 % (GRO 2360-4760 µm), 0,60 % (1180-2360 µm), 0,63 % (300-600 µm) et 0,79 % (600-1180 µm). À la Figure 4.11c, il est représenté que les éprouvettes de mortier de dimension 75x75x300 mm ont subi les expansions moyennes suivantes à 546 jours : 0,50 % (GRO 2360-4760 µm), 0,66 % (1180-2360 µm), 0,77 % (300-600 µm) et 1,01 % (600-1180 µm).
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Figure 4.11 : Expansion en fonction du temps pour différents calibres granulaires du GRO, et ce pour des éprouvettes de mortier de dimension (a) 25x25x285 mm, (b) 40x40x285 mm et (c) 75x75x300 mm. Il est à noter que les courbes représentent la moyenne obtenue sur 4 barres, sauf pour le calibre granulaire 2360-4760 µm pour lequel la moyenne est celle obtenue sur 3 barres; de plus, les barres d’erreur indiquent un écart-type obtenu sur les mesures par rapport au résultat moyen.
(a) (b) (c)
25x25x285mm
40x40x285mm
75x75x300mm
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Dimension des éprouvettes de mortier
Les résultats des essais d’expansion pour l’optimisation de la dimension des éprouvettes de mortier sont présentés à la Figure 4.12 et à la Figure 4.13. Sur la Figure 4.12a (calibre granulaire du GRO : 300-600 µm), il est illustré que les éprouvettes de plus grande taille (75x75x300 mm) sont celles qui génèrent l’expansion la plus élevée dans le temps (0,77 % à 546 jours), suivies des éprouvettes de dimension moyenne (40x40x285 mm – 0,63 % à 546 jours) et de petite dimension (25x25x285 mm - 0,48 % à 546 jours).
Sur la Figure 4.12b (calibre granulaire du GRO : 600-1180 µm), il est illustré que les grosses éprouvettes (75x75x300 mm) génèrent l’expansion la plus forte à 546 jours (1,01 %). Les moyennes (40x40x285 mm) et les petites (25x25x285 mm) éprouvettes présentent un comportement expansif similaire, les deux courbes se chevauchant sur toute la période d’essai considérée. L’expansion générée par les moyennes barres à 546 jours est la même que celle générée par les petites barres, soit de 0,79 %.
Sur la Figure 4.13a (calibre granulaire du GRO : 1180-2360 µm), les courbes d’expansion dans le temps mesurées sur les grosses éprouvettes (75x75x300 mm) et les moyennes éprouvettes (40x40x285 mm) sont non significativement différentes (les barres d’erreur produites à partir des écart-types des mesures se chevauchent pour ces deux séries d’éprouvettes). L’expansion générée à 546 jours est de 0,66 % pour les grosses éprouvettes et de 0,60 % pour les éprouvettes de dimension moyenne. Les petites éprouvettes (25x25x285 mm) ont généré l’expansion la plus faible, soit 0,42 % à 546 jours.
Puis, sur la Figure 4.13b (calibre granulaire du GRO: 2360-4760 µm), le comportement représenté par les courbes d’expansion dans le temps est similaire à celui observé sur la Figure 4.13a. Ainsi, les courbes d’expansion des éprouvettes de dimension grosse et moyenne se chevauchent dans le temps. Elles ont généré des expansions respectives à 546 jours de 0,50 % et de 0,49 %. Les petites éprouvettes
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contenant le calibre granulaire 2360-4760 µm ont quant à elles généré une expansion de 0,32 % à 546 jours.
Figure 4.12 : Expansion en fonction du temps pour différentes dimensions d'éprouvettes contenant des particules du GRO de dimension (a) 300-600 µm et (b) 600-1180 µm. Il est à noter que les courbes représentent la moyenne obtenue sur 4 barres; de plus, les barres d’erreur indiquent un écart-type obtenu sur les mesures par rapport au résultat moyen.
(a)
(b)
300-600µm
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Figure 4.13 : Expansion en fonction du temps pour différentes dimensions d'éprouvettes contenant des particules du GRO de dimension (a) 1180-2360 µm et (b) 2360-4760 µm. Il est à noter que les courbes représentent la moyenne obtenue sur 4 barres pour le calibre granulaire 1180-2360 µm et la moyenne obtenue sur 3 barres pour le calibre granulaire 2360-4760 µm; de plus, les barres d’erreur indiquent un écart-type obtenu sur les mesures par rapport au résultat moyen.
(a)
(b)
2360-4760µm
1180-2360µm
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Composition de la solution de trempage des éprouvettes de mortier
La Figure 4.14 présente les résultats de la validation de l’effet de la composition de la solution de trempage sur l’expansion des éprouvettes de mortier. Sur ce graphique de l’expansion en fonction du temps, l’expansion générée par les éprouvettes de mortier immergées dans une solution de NaOH 1N est de 0,79 % à 546 jours. Celle générée par les éprouvettes de mortier immergées dans une solution composée à 16 % de NaOH 1N et 84 % de KOH 1N est pour sa part de 0,70 % à 546 jours.
Figure 4.14 : Expansion en fonction du temps pour deux séries d’éprouvettes de mortier de dimension 25x25x285 mm, contenant 50 % de granulats réactifs de calibre granulaire 600-1180 µm et étant dans des solutions de trempage de différente composition. Il est à noter que la courbe des éprouvettes immergées dans une solution de 16 % NaOH et 84 % KOH représente la moyenne obtenue sur 3 barres, tandis que celle des éprouvettes immergées dans une solution à 100 % NaOH représente une moyenne obtenue sur 4 barres; de plus, les barres d’erreur indiquent un écart-type obtenu sur les mesures par rapport au résultat moyen.
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Proportion de matériel réactif et de matériel non réactif
La Figure 4.15 présente les résultats de l’optimisation des proportions de matériel réactif et de matériel non réactif dans les éprouvettes de mortier. Sur ce graphique de l’expansion en fonction du temps, on observe que les éprouvettes ayant un ratio de 50 % de matériel réactif (calibre granulaire 600-1180 µm) pour 50 % de matériel non réactif (calibre granulaire étalé de 0 à 2500 µm) ont subi une expansion de 0,79 % à 546 jours. Les éprouvettes ayant un ratio de 70 % de matériel réactif pour 30 % de matériel non réactif ont quant à elle généré une expansion de 0,55 % à 546 jours tandis que celles contenant 30 % de matériel réactif et 70 % de matériel non réactif ont généré une expansion de 0,43 % à 546 jours.
Figure 4.15 : Expansion en fonction du temps pour trois séries d’éprouvettes de mortier de dimension 25x25x285 mm, contenant différentes proportions de granulat réactif (GRO) de calibre granulaire 600-1180 µm et de granulat non réactif (HP) de calibre granulaire étalé de 0 à 2,5 mm. Il est à noter que la courbe des éprouvettes contenant 50G-50HP représente la moyenne obtenue sur 4 barres, tandis que celles des éprouvettes contenant 70G-30HP et 30G-70HP représentent une moyenne obtenue sur 3 barres; de plus, les barres d’erreur indiquent un écart-type obtenu sur les mesures par rapport au résultat moyen.
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Forme des particules
Les résultats de la validation de l’influence de la forme des particules de granulats sur l’expansion générée par les éprouvettes de mortier sont présentés à la Figure 4.16 et à la Figure 4.17. À la Figure 4.16a (calibre granulaire du GRO: 300-600 µm), il est illustré que les éprouvettes contenant des particules de forme cubique ont généré une expansion de 0,48 % à 546 jours tandis que celles contenant des particules de granulats de forme plate et allongée ont généré une expansion de 0,36 % à 546 jours.
À la Figure 4.16b (calibre granulaire du GRO: 600-1180 µm), les éprouvettes contenant des particules de forme cubique ont généré une expansion de 0,79 % à 546 jours, tandis que celles contenant des particules de forme plate et allongée ont généré une expansion de 0,44 % à 546 jours.
À la Figure 4.17a (calibre granulaire du GRO: 1180-2360 µm), les courbes d’expansion générées par les particules de granulats de forme cubique et de forme plate et allongée ne sont pas significativement différentes, c’est-à-dire que les barres d’erreur produites à partir des écart-types des mesures se chevauchent pour ces deux séries d’éprouvettes. L’expansion générée à 546 jours atteint 0,42 % pour les particules de forme cubique et 0,38 % pour les particules de forme plate et allongée.
La Figure 4.17b (calibre granulaire du GRO : 2360-4760 µm) met en évidence que pour ce calibre granulaire, les courbes d’expansion sont non significativement différentes pour les éprouvettes de mortier contenant des particules de granulats de forme cubique (0,32 % à 546 jours) et celles contenant des particules de forme plate et allongée (0,36 % à 546 jours), et ce tout au long de la durée de l’essai.
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Figure 4.16 : Expansion en fonction du temps pour des séries d’éprouvettes de mortier de dimension 25x25x285 mm, contenant 50 % de GRO constitué soit de particules plates et allongées (PPA) ou de particules cubiques. Le calibre granulaire est (a) 300-600 µm et (b) 600-1180 µm. L’autre 50 % de matériel granulaire est un granulat non réactif (HP) de calibre granulaire étalé de 0 à 2,5 mm. Il est à noter que les courbes des éprouvettes contenant des PPA représentent la moyenne obtenue sur 3 barres, tandis que celles des particules cubiques représentent une moyenne obtenue sur 4 barres; de plus, les barres d’erreur indiquent un écart-type obtenu sur les mesures par rapport au résultat moyen.
300-600µm
600-1180µm
(a)
126
Figure 4.17: Expansion en fonction du temps pour des séries d’éprouvettes de mortier de dimension 25x25x285 mm, contenant 50 % de GRO constitué soit de particules plates et allongées (PPA) ou de particules cubiques. Le calibre granulaire est (a) 1180-2360 µm et (b) 2360-4760 µm. L’autre 50 % de matériel granulaire est un granulat non réactif (HP) de calibre granulaire étalé de 0 à 2,5 mm. Il est à noter que les courbes des éprouvettes contenant des PPA et des particules cubiques de dimension 2360-4760 µm représentent la moyenne obtenue sur 3 barres, tandis que celle des particules cubiques de calibre 1180-2360 µm représente une moyenne obtenue sur 4 barres; de plus, les barres d’erreur indiquent un écart-type obtenu sur les mesures par rapport au résultat moyen.
(a)
(b)
1180-2360µm
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Observations pétrographiques et analyses chimiques
Les pages qui suivent présentent les résultats des observations pétrographiques réalisées sur les éprouvettes de mortier soumises aux essais d’expansion, et ce à différentes échéances dans le temps (voir section 3.2.1 pour la méthodologie; photographies supplémentaires disponibles à l’annexe C2.2).
La Figure 4.18 indique que des produits blanchâtres sont progressivement apparus sur la surface des barres de mortier de la phase préliminaire. En effet, après 140 jours d’essai, les éprouvettes de mortier de dimension 25x25x285 mm contenant le calibre granulaire 1180-2360 µm présentent quelques exsudations de produits blanchâtres à leur surface; l’intensité des exsudations s’intensifie fortement à 280 jours alors que les barres en sont totalement couvertes après 364 jours d’essai. Le moment exact de l’apparition des produits blanchâtres n’a pas été déterminé.
Figure 4.18 : Produits blanchâtres en surface des éprouvettes de mortier de dimension 25x25x285 mm contenant le calibre granulaire du GRO 1180-2360 µm à différentes échéances dans le temps. (a) 140 jours. (b) 280 jours. (c) 364 jours.
Le développement et l’intensification des dépôts de produits blanchâtres dans le temps sont observés sur toutes les dimensions d’éprouvettes pour chacun des calibres granulaires testés (voir photographies annexe C2.2), sauf pour les éprouvettes de dimension 75x75x300 mm contenant le calibre granulaire du GRO 300-600 µm sur lesquelles aucun dépôt blanchâtre en surface n’a été observé et ce, même après 364 jours d’essai.
(a)
(b)
128
La quantité de produits d’exsudations blanchâtres formés à la surface des éprouvettes de mortier varie selon le calibre granulaire considéré (Figure 4.19). En effet, tel que démontré à la Figure 4.19, plus le calibre granulaire du GRO présent dans les éprouvettes de mortier est de petite dimension, plus la production de produits blanchâtres en surface des éprouvettes est faible. Ces observations sont les mêmes sur les moyennes et les grosses éprouvettes, et ce à toutes les échéances où des photographies ont été prises (voir photographies annexe C2.2). Les éprouvettes présentant le plus de produits blanchâtres à leur surface sont également celles pour lesquelles l’apparition de ces produits a été la plus rapide.
Figure 4.19 : Produits blanchâtres en surface des éprouvettes de mortier de dimension 25x25x285 mm contenant différents calibres granulaires, et ce après 364 jours d’essai. (a) 300-600 µm. (b) 600-1180 µm. (c) 1180-2360 µm. (d) 2360-4760 µm.
La quantité de dépôts d’exsudation blanchâtres varie également selon la dimension des éprouvettes. La Figure 4.20 démontre bien que les grosses éprouvettes (75x75x300 mm), pour un calibre granulaire donné, présentent moins de produits d’exsudation que les éprouvettes de plus petites dimensions. Toutefois, la différence dans la quantité de produits d’exsudation formés à la surface des petites éprouvettes (25x25x285 mm) et des moyennes éprouvettes (40x40x285 mm) est moins bien perceptible.
(a)
(b)
(c)
129
Figure 4.20 : Produits blanchâtres en surface des éprouvettes de mortier de différentes dimensions contenant le calibre granulaire du GRO 600-1180 µm, et ce après 364 jours d’essai. (a) Éprouvette de dimension 25x25x285 mm. (b) Éprouvette de dimension 40x40x285 mm. (c) Éprouvette de dimension 75x75x300 mm.
Des produits blanchâtres ont également été observés dans les solutions de trempage des éprouvettes de mortier. Tel que montré à la Figure 4.21, la quantité de produits blanchâtres en suspension dans la solution de trempage augmente significativement avec l’avancement des essais d’expansion. Ces observations ont également été réalisées pour les éprouvettes de mortier contenant les autres calibres granulaires (voir photographies à l’annexe C2.2).
Figure 4.21 : Produits blanchâtres en suspension dans la solution de trempage d’éprouvettes de mortier de dimension 40x40x285 mm contenant le calibre granulaire du GRO 1180-2360 µm. (a) 140 jours après le début de la période d’essai. (b) 364 jours après le début de la période d’essai.
Il s’avère que la formation de produits blanchâtres en suspension dans la solution de trempage des éprouvettes de mortier est variable selon le calibre granulaire du
(a)
(b)
(c)
130
GRO présent dans les éprouvettes de mortier. La Figure 4.22 démontre bien ce phénomène où les solutions de trempage des éprouvettes fabriquées avec les calibres granulaires les plus fins présentent peu de produits blanchâtres. À l’inverse, plus le calibre granulaire du GRO présent dans les éprouvettes de mortier est grossier, plus il y a de produits blanchâtres dans la solution de trempage.
Figure 4.22 : Produits blanchâtres en suspension dans la solution de trempage d’éprouvettes de mortier de dimension 40x40x285 mm après 364 jours d’essai, et ce pour différents calibres granulaires. (a) 300-600 µm. (b) 600-1180 µm. (c) 1180-2360 µm. (d) 2360-4760 µm.
Il semble aussi que la quantité de produits blanchâtres en suspension dans la solution de trempage des éprouvettes de mortier soit influencée par la dimension des éprouvettes. En effet, tel que démontré à la Figure 4.23, pour le calibre granulaire du GRO 600-1180 µm et après 364 jours d’essai, les solutions de trempage des éprouvettes de tailles petite (25x25x285 mm) et moyenne (40x40x285 mm) contiennent davantage de produits blanchâtres en suspension que celles contenant les grosses éprouvettes (75x75x300 mm). Toutefois, il n’est pas possible de différencier clairement les quantités de produits blanchâtres contenues respectivement dans les solutions de trempage des petites et des moyennes éprouvettes.
(a) (b)
131
Figure 4.23 : Produits blanchâtres en suspension dans la solution de trempage d’éprouvettes de mortier de différentes dimensions contenant le calibre granulaire du GRO 600-1180 µm, et ce après 364 jours d’essai. (a) Solution de trempage d’éprouvettes de dimension 25x25x285 mm. (b) Solution de trempage d’éprouvettes de dimension 40x40x285 mm. (c) Solution de trempage d’éprouvettes de dimension 75x75x300 mm.
Tel que mentionné à la section 3.2.1, des analyses chimiques ont été réalisées afin d’identifier la nature des dépôts d’exsudations en surface des éprouvettes de mortier et des produits blanchâtres en suspension dans la solution de trempage. Les résultats de ces analyses chimiques sont présentés au Tableau 4.7.
(a)
(b)
132
Tableau 4.7 : Résultats des analyses chimiques réalisées sur les produits blanchâtres en surface de trois éprouvettes de mortier de dimensions 75x75x300 mm et en suspension dans la solution de trempage de ces trois mêmes éprouvettes.
Échantillon % Massique Balance massique (%)* - CaO Na2O K2O SiO2 Total
Surface 1 41,5 37,1 0,1 4,6 83,2 16,8 Surface 2 40,1 32,3 0,1 4,7 77,1 22,9 Surface 3 46,0 41,1 0,1 5,4 92,6 7,4 Solution 1 1,5 77,5 0,2 0,2 79,5 20,5 Solution 2 0,4 54,2 0,2 0,2 55,0 45,0 Solution 3 1,1 60,5 0,2 0,7 62,4 37,6
*La balance massique a été déterminée ainsi : 100 % - Total = Balance massique (%). Cette balance massique a été considérée comme de l’eau.
Les résultats bruts des analyses chimiques et les calculs analytiques réalisés sur ces derniers sont présentés en détails dans l’annexe C2.3. Les résultats présentés au Tableau 4.7 démontrent que les produits blanchâtres échantillonnés en surface des échantillons sont des produits constitués essentiellement de CaO, de Na2O, et
dans une moindre mesure de SiO2. Des traces de K2O ont été mesurées, bien qu’il
ne s’agisse visiblement pas d’un constituant majeur des produits échantillonnés. Les produits échantillonnés dans la solution de trempage des éprouvettes de mortier sont quant à eux constitués essentiellement de Na2O, avec quelques traces de CaO,
de SiO2 et de K2O. Il est important de souligner que le contenu en SiO2 des produits
analysés sont faibles comparativement à ce qui serait attendu pour des produits de la RAS selon les compositions communément retrouvées dans la documentation scientifique à ce sujet, autant pour les matériaux échantillonnés à la surface des éprouvettes que dans les solutions de trempage. L’analyse de la composition des produits blanchâtres est développée davantage dans la section 5.2.2.
Les observations qui ont été réalisées sur les éprouvettes de mortier retirées des conditions d’essai à l’âge de 364 jours sont présentées ci-après (une éprouvette de 25x25x285 mm pour les séries contenant les calibres granulaires suivants : 300-600, 600-1180 et 1180-2360 µm). Davantage de photos des observations pétrographiques réalisées sur les surfaces polies et les lames minces produites à
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partir des éprouvettes de mortier retirées des essais d’expansion après 364 jours est disponible à l’annexe C2.4.
Des particules de granulats réactifs en voie de dissolution ont été observées sur