3.3.1 Essai de migration accéléré ASTM C1202
Les résultats de l'essai de migration accélérée selon la norme ASTM C1202 sont présentés à la Figure 3.3. La charge moyenne en Coulombs des deux échantillons testés par matériau est présentée. Les résultats, tous inférieurs à 250 Coulombs se divisent en deux catégories. Selon le barème proposé par la norme, une cote de perméabilité aux ions chlorures négligeable est attribuée aux matériau A, B et C tandis que le matériau D se trouve dans la catégorie de perméabilité très faible. Les résultats obtenus sont similaires au résultats de Graybeal et Tanesi (2007) et Ahlborn et al. (2008) pour le même essai.
Figure 3.3 Résultats de l'essai de migration accélérée selon la norme ASTM C1202
3.3.2 Essai modi é de migration accélérée
L'essai modi é de migration accélérée est mené pour deux séries d'échantillons. Pour tous les matériaux, deux échantillons avec et sans bre sont testés, respectivement identi és BFUP et BUP. Pour le BUP, un échantillon de chaque matériau sur les deux testés est analysé par broyage du matériau, extraction des ions chlorure et titrage, tandis que le second est analysé par la vaporisation au nitrate d'argent. Les mêmes analyses ont été considérées pour les échantillons de BFUP, mais le fendage du matériau pour la vaporisation au nitrate d'argent s'est révélé impossible par la présence des bres. En eet, la présence des bres ne permettait pas une rupture nette de l'échantillon lors du fendage. Tous les échantillons de BFUP sont donc analysés par broyage du matériau, extraction des ions chlorure et titrage.
migration accéléré a été arrêté avant la n des 28 jours d'essai puisque le courant a augmenté au-delà de 80 mA, limite maximale acceptée pour la tenue de l'essai. Aucune perturbation du courant n'est notée pour les échantillons de BUP et aucun échantillon n'est arrêté avant la n de l'essai. La durée de l'essai pour chaque échantillon est présentée au Tableau 3.1.
Table 3.1 Durée de l'essai modi é de migration accélérée pour chaque échantillon Matériaux Échantillon Durée en jour de l'essai
BUP-A 1 28 2 28 BUP-B 1 28 2 28 BUP-C 1 28 2 28 BUP-D 1 28 2 28 BFUP-A 1 11 2 10 BFUP-B 1 13 2 6 BFUP-C 1 22 2 9 BFUP-D 1 2 2 3
Les pro ls de chlore obtenus après le broyage du matériau, l'extraction des ions chlorure et le titrage sont présentés à la Figure 3.4. Les concentrations en ions chlorure obtenus sont présentées en fonction du point milieu de chaque couche. Diérentes tendances pour chaque matériau de BUP peuvent être observées en ce qui a trait à la concentration en ions chlorure de la première couche et la profondeur de pénétration. Une concentration théorique maximal (Cmax), prenant en considération la porosité du matériau et la concentration en chlore de la solution amont est calculée. Cette concentration a également été utilisée lors de précédents travaux par Provete Vincler et al. (2019) et représente la limite maximale de chlore pouvant pénétrer dans le matériau sain. La concentration maximale calculée est de 0,105%. La concen- tration la plus élevée en ions chlorure est de 0,08% ce qui est bien inférieur à la concentration Cmax calculée. Cette observation con rme la grande perméabilité du matériau aux ions chlo- rures. Il est également possible de remarquer que la concentration initiale dans le matériau n'est pas représentative de la profondeur de chlore obtenu. Pour le BUP-C par exemple, la concentration en ions chlorure de la première couche est la plus élevée des 4 matériaux alors que la profondeur de chlore est la plus faible.
Pour les échantillons de BFUP, certains pro ls de chlore présentent une augmentation de la concentration en ions chlorure en fonction de la profondeur plutôt que le contraire. Les échantillons concernés sont les suivants : BFUP-B1, BFUP-C1, BFUP-C2 et BFUP-D2. Une
inspection visuelle de ces échantillons a permis d'identi er que la ssuration serait une cause possible de ce résultat. Ces résultats corroborent les résultats d'essai d'un travail connexe (Pro- vete Vincler et al.,2019). La surface amont de ces échantillons est présentée après broyage. De plus, la surface aval de l'échantillon BFUP-B1 est présentée avec une structure de ssuration sur la même gure. Tout d'abord, une ssure traversante est observée sur les surfaces amont et aval de l'échantillon BFUP-B1. La présence de cette ssure accélère le transit des ions chlo- rure au travers du matériau, relevé par des pro ls de concentration d'ions chlorure constants dans l'épaisseur de l'éprouvette. Pour les autres échantillons, aucune ssure dominante n'est observée, mais plutôt plusieurs petites ssures réparties sur toute la surface. Les pro ls d'ions chlorure pour ces échantillons ne présentent pas une augmentation de la concentration en chlorure aussi marquée que pour l'échantillon BFUP-B1, ce qui peut être attribué à la nature des ssures plus nes observées à la surface. En n, tous les échantillons de BFUP présentent des signes de corrosion des bres métalliques, également observée avec les plaques de l'essai de résistance à l'écaillage (Figure 3.2). Contrairement aux plaques de l'essai de résistance à l'écaillage, l'application d'une tension électrique pour les essais de migration semble accélérer la réaction entre les ions chlorure et les bres et donc la corrosion. Ainsi, l'expansion de la corrosion des bres au travers de l'échantillon crée de multiples ssures permettant aux ions chlorure de pénétrer dans le matériau en plus grande quantité.
Figure 3.4 Pro ls de chlore des échantillons (a) de BUP et (b) de BFUP
En excluant les pro ls d'ions chlorure des échantillons présentant des ssures visibles, les pro ls d'ion chlorure des échantillons de BFUP et de BUP ainsi que les coe cients de diusion associés sont comparés à la Figure 3.6. Les pro ls d'ions chlorure des échantillons de BFUP présentent majoritairement une concentration en ions chlorure de la première couche plus élevée que les échantillons de BUP, alors que la profondeur de pénétration est plus élevée pour les échantillons de BUP. Les coe cients de diusion des échantillons de BUP sont similaires d'un matériau à l'autre, avec la plus faible valeur pour le BUP-C et la plus élevée pour le BUP-D, soit 7,34 × 10−15 m2/s et 2,50 × 10−14 m2/s respectivement, alors que la moyenne
Figure 3.5 Surface après broyage des échantillons ayant ssurés lors de l'essai modi é de migration accélérée
pour tous les BUP est de 1,26 × 10−14 m2/s. Ces coe cient de diusion sont du même ordre
de grandeur que les résultats trouvés dans la littérature (Thomas et al.,2012;Piérard et al.,
2012). Cependant, une plus grande variabilité est observée pour les échantillons de BFUP. En eet, le coe cient de diusion du BFUP-A est du même ordre de grandeur que les échantillons de BUP, mais les résultats pour les BFUP B et D sont beaucoup plus élevés. Une hypothèse pour ces coe cients élevés serait que les éprouvettes aient subies une micro- ssuration, non visible à l'oeil, due à la corrosion des bres. A n de mettre en évidence cette micro- ssuration, la concentration maximale de ions chlorure possible est calculée en fonction de la porosité dans un BFUP sain, valant 0.105% (Cmax). En comparant la concentration maximale aux pro ls des ions chlorure obtenus, seule la concentration de la première couche du BFUP-B2 et du BFUP-D1 se trouve au-dessus de cette limite, ce qui permet de con rmer l'hypothèse des micro- ssures dans les échantillons de BFUP. Un tel comportement est également observé lors des essais de migrations des ions chlorures avec des poutres de BFUP micro- ssurées lors de la phase 2. Des explications sur ce comportement sont avancées au chapitre5de ce document. Tel que mentionné précédemment, le deuxième échantillon de BUP de chaque matériau a été fendu en deux, puis la surface rompue a été vaporisée au nitrate d'argent. Une photo de la
Figure 3.6 Résultats de l'essai modi é de migration accélérée des échantillons de BUP et de BFUP (a) Comparaison des pro ls de chlore (b) Coe cients de diusion apparent
surface rompue de chaque échantillon vaporisé est présentée à la Figure3.7. Le nitrate d'argent, au contact des ions chlorure, forme un précipité blanc ce qui permet d'identi er la profondeur de pénétration du front de chlore. Cependant, aucune zone blanche n'est visible. La norme
NT Build 492 correspondant à cet essai précise que la limite de détection du nitrate d'argent, où la solution change de couleur, est de 0,07 M. Or, de tous les essais modi és de migration accélérée, la concentration maximale obtenue est de 0,005 M ce qui est plus de 10x inférieur à la limite de détection du nitrate d'argent. Ainsi, pour des matériaux tel que le BFUP où très peu d'ions chlorure pénètrent dans le matériau, l'analyse par vaporisation au nitrate d'argent n'est pas adaptée selon la méthode proposée par la norme. L'utilisation d'une solution diluée de nitrate d'argent pourrait permettre d'obtenir de meilleurs résultats par cette méthode.
Chapitre 4
Chloride ion permeability of Ultra
High Performance Fiber Reinforced
Concrete (UHPFRC) under loading
Résumé
Le béton bres à ultra-haute performance (BFUP) présente des propriétés mécaniques excep- tionnelles pour la durabilité des structures. De plus, ce matériau est beaucoup plus résistant aux milieux agressifs que le béton ordinaire ou à haute résistance. La présence de bres dans le BFUP, en quantité su sante, assure un comportement ductile en traction. Dans la zone de traction avant la résistance maximale, le BFUP présente de multiples micro- ssures plu- tôt qu'une seule ssure localisée, comme c'est le cas pour le béton ordinaire. La formation de ssures multiples augmente la perméabilité du BFUP et, par conséquent, réduit sa du- rabilité à l'état de service. Sa durabilité à l'état de service doit être étudiée de près a n de faire des conceptions judicieuses et économiques. Le transport des ions chlorure dans le béton d'enrobage augmente le risque de corrosion lorsque l'ouvrage y est exposé. Les ions chlorure proviennent des chlorures de sodium contenu dans les océans et mers, et des produits d'épan- dages utilisés pour la sécurité des usagers dans les régions aux conditions hivernales sévères. L'objectif de cet article est d'étudier le comportement à la ssuration du BFUP est face à sa durabilité par des essais de exion à quatre points sur des échantillons prismatiques et à l'aide de la Corrélation d'Images Numérique (CIN). L'analyse par CIN permet d'observer et de mesurer l'ouverture des ssures en fonction de la charge appliquée, grâce à un algorithme de détection des ssures développé à l'interne. Un montage d'essai et une méthode d'évalua- tion de la perméabilité aux ions chlorure du BFUP en service sont proposés. Les poutres sont maintenues sous charge et des essais de migration accélérée des ions chlorure sont démarrés sur la poutre micro- ssurée et en condition chargée. Des pro ls de chlorure et des coe cients de diusion sont obtenues pour toutes les poutres testées.
Ce chapitre présente les résultats de la phase 2 du projet global de ce mémoire.
Abstract
Owing to its dense micro-structure, the Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) exhibits an outstanding strength and stiness. In addition, it shows a higher re- sistance to aggressive media, that attack and damage the structures, than the normal- or high-strength concrete. The presence of bers in the UHPFRC, with su cient amount, ensure that its post peak tensile behavior remains ductile. In the pre-peak tensile region, the UHP- FRC shows multiple microcracks instead of a single large localized crack, as it is the case for traditional concrete. The formation of multi-cracks impairs greatly the permeability of UHP- FRC and consequently reduces its durability at serviceability state. Its service life must be carefully studied in order to make judicious and economical designs. The transport of chloride ions in the concrete increases the risk of corrosion when the structure is exposed. Chloride ions come from sodium chlorides contained in the oceans and seas, and from de-icing salt in areas with severe winter conditions. The objective of this paper is to study the cracking behaviour of the UHPFRC and its durability using four-point bending tests on prismatic shaped samples and Digital Image Correlation analysis (DIC). DIC allows to observe and measure the crack opening related to the load applied using a crack-detection algorithm developed in-house. A test set-up and a method to evaluation the chloride ions permeability of UHPFRC in service state is proposed. Beams are then loaded and maintained under loading to be tested for ac- celerated chloride ions migration tests. Chloride pro les and diusion coe cient are obtained for all beams.