2.2.7.5 Corrélation entre les pores de petites tailles et la partie irréversible du retrait de dessiccation

Les particules de ciment anhydres, l’hydroxyde de calcium et l’ettringite ne se déforment pas sous l’effet du séchage. Ce sont des phases qui ne se contractent pas (restraining phases) puisqu’elles ne sont pas soumises au départ de l’eau. Ce sont les pores des C-S-H qui se rétrécissent entraînant le retrait de dessiccation (shrinkage phases). C’est pour cela que le retrait total dépend de la proportion de ces deux phases et de leur morphologie.

Selon le modèle de Jennings et Tennis [Tennis et al. 2000], il existe deux types de C-S-H, ceux dits à faible densité (Low Density LD) et ceux à forte densité (High Density HD). La proportion entre les C-S-H à forte densité (HD) et à faible densité (LD) dépendrait de la cure du matériau en température et de l’ajout d’additions. Le retrait de dessiccation serait en partie irréversible sur le long terme [Tennis et al. 2000]. Il est possible que la partie du retrait du C- S-H LD soit irréversible [Maria et al. 2002]. C’est pour cela que plus le rapport LD/HD est grand, plus la surface spécifique est grande et donc la part irréversible du retrait de dessiccation augmente. Le fait que le retrait irréversible de dessiccation soit intimement lié aux pores de petites tailles (1 à 4 nm de rayon) signifie que le volume de ce type de pores est lié à la destruction de C-S-H LD [Bentur et al. 1978, Bentur et al. 1979, Maria et al. 2002]. Ce mécanisme est expliqué dans la Figure II-12.

Figure II-12 : Schéma de principe pendant un séchage de 100% à 50% d’humidité relative suivi d’une ré- humidification sous eau [Maria et al. 2002]

Les pores de la phase LD de C-S-H se contractent lors du séchage, alors que la phase HD, ainsi que les grains de ciment anhydres ne se déforment pas (restraining phase). Pendant la phase de ré-humidification, les pores des C-S-H HD retrouveraient leurs tailles initiales contrairement aux C-S-H de type LD : cela correspondrait à la part irréversible du retrait de dessiccation.

II.2.3 Fluage à 20°C et humidité constante

Conventionnellement, le fluage correspond à l’augmentation des déformations d’un élément de structure sous charge maintenue constante au cours du temps. Le fluage apparaît sous plusieurs types de sollicitations mécaniques : en traction simple, en compression simple, en flexion, en chargement biaxial ou triaxial.

On définit deux types de composantes de fluage distinctes. Le premier, le fluage propre, est défini comme la déformation mesurée sur une éprouvette de béton isolée des échanges hydriques avec le milieu extérieur. Le second est le fluage de dessiccation, qui est la part supplémentaire de fluage d’une éprouvette lorsqu’elle est soumise simultanément à un chargement mécanique constant et à un séchage.

Généralement, on définit trois types de fluage :

 Le fluage primaire ou fluage transitoire : pendant cette phase la vitesse du fluage diminue avec le temps

 Le fluage secondaire, stationnaire ou quasi-visqueux : la vitesse de déformation est constante avec le temps

 Le fluage tertiaire : la vitesse de déformation croît jusqu’à la rupture Les trois types de fluage décrits ci-dessus sont présentés dans la Figure II-13.

Figure II-13 : Représentation qualitative du fluage sous charge et température constantes

Afin d’expliquer ces phénomènes qui engendrent les déformations différées du béton sous contrainte mécanique, plusieurs théories sur le fluage ont été proposées par les chercheurs. Il n’existe pas encore de consensus sur les origines du fluage dans la communauté scientifique. Dans notre recherche, nous nous sommes particulièrement intéressés au fluage en compression puisqu’il est au cœur de notre sujet de recherche. S’il n’est rien mentionné c’est que le fluage étudié est du fluage en compression uniaxiale. Dans tous les autres cas de figure, le type de sollicitation sera détaillé.

II.2.3.1 Le fluage propre

Un essai de fluage propre consiste donc à appliquer une contrainte mécanique à un instant donné et à la maintenir dans le temps. On mesure la déformation différée qui se développe sous charge. Cette déformation comprend une part de retrait endogène. Il est donc nécessaire de relever en parallèle la valeur de retrait endogène sur des éprouvettes d’une même gâchée pour la soustraire à la déformation différée mesurée sous charge. On en déduit ainsi la déformation de fluage propre. Dans l’évolution du fluage propre, on distingue deux phases : le fluage propre à court terme et à long terme, qui semblent mettre en jeu des mécanismes relativement dissociés.

Dans un premier temps, la vitesse de déformation différée est très élevée (fluage à court terme ou primaire). Puis, elle ralentit peu à peu et se stabilise au bout de quelques jours en fonction du béton étudié (fluage à long terme ou secondaire). Le fluage primaire et secondaire se distinguent par des mécanismes d’actions différents [Huet et al. 1982, Bažant et al. 1997, Ulm

et al. 1998].

Le fluage propre est très « vieillissant », c'est-à-dire qu’il diminue fortement avec l’âge de chargement initial des éprouvettes (Figure II-14).

Figure II-14 : Action du vieillissement du béton sur son fluage. La contrainte est appliquée pour diverses valeurs de l’âge du béton. Schéma de principe proposé par [Andra 2012] mécanismes étudiés par [Neville

et al. 2010]

Si le béton est chargé au jeune âge, la valeur finale de fluage est très importante. L’amplitude et la cinétique de fluage propre diminuent de manière significative avec l’âge de chargement. Parrott [Parrott 1973] montre que, même à des âges avancés, le fluage évolue. C’est pour cela qu’au jeune âge, le vieillissement du béton peut être paramétré par rapport à l’avancement de la réaction d’hydratation du béton. Au-delà, d’autres phénomènes entrent en jeu, comme le glissement du squelette solide, la modification dans la structure des feuillets de C-S-H, etc.