Essais de vieillissement accélérés

Les bétons de sol sont potentiellement exposés à des conditions d’exposition de classe XC4, XS2 et

XA3 selon la norme EN 206. Dans le cadre de l’étude de durabilité, les bétons de sol confectionnés au

laboratoire sont donc soumis à des conditions de conservation sévères pouvant affecter leurs

propriétés mécaniques. L’objectif est de mieux cerner le potentiel de durabilité du matériau via des

essais de vieillissement accéléré tels que les cycles humidification/séchage ou les attaques

chimiques. Les essais de durabilité sont lancés après 180 jours de cure endogène afin de pallier les

réactions d'hydratation particulièrement lentes des laitiers de hauts fourneaux et éviter leur

interaction avec l'influence des essais de vieillissement accéléré sur l'endommagement du matériau.

II.9.1 Les cycles humidification/séchage

Les cycles humidification/séchage (H/S) modélisent les variations du niveau de la nappe phréatique

que l’on peut rencontrer in situ en fonction des saisons ou des épisodes de crues/décrues. Un temps

de maturation trop court provoque un phénomène d’autoréparation qui correspond à une fermeture

des fissures et à une reprise de l’hydratation pendant les périodes d’humidification. Cela se traduit

mécaniquement par une augmentation de résistance et visuellement par l’apparition de traces

vertes au niveau des fissures des cycles antérieurs (CEM III/C).

Les cycles sont donc lancés après 180 jours de conservation endogène. Une partie des éprouvettes

(Ø = 50 mm et h = 100 mm) est successivement immergée dans l’eau puis partiellement séchée, afin

d'engendrer un vieillissement accéléré par fatigue mécanique. Dans la littérature, plusieurs

protocoles ont déjà été proposés, mais la plupart des chercheurs étudient l'influence des cycles H/S

comme un type de cure plutôt que comme un essai de durabilité (Tableau II-8).

En s'appuyant sur ces différents travaux, une phase de 2 jours d’immersion dans l’eau a été adoptée

et correspond pour les bétons de sol testés à un degré de saturation optimal (masse stabilisée).

La phase de séchage est cependant plus délicate à établir, car la vitesse de séchage dépend à la fois

de la formulation, de la taille de l’éprouvette, de la température et de l’hygrométrie. Dans ce travail

de recherche, deux types de séchage ont été testés afin d’observer l’influence de la vitesse de

séchage sur le niveau de dégradation des bétons de sol (Figure II-22). Les échantillons cylindriques

87

(cycles "accélérés"), soit dans une enceinte climatique à 20 °C et 50 % d’humidité relative pendant

2 semaines (cycles "longs").

Référence ^Temps

de cure

1 cycle H/S

(immersion/séchage)

Nombre

de cycle

Taille des

éprouvettes ^Matériau

(ASTM D559 - 96, 2005) 7j ^{5 h dans l’eau / 42 h dans}

une étuve à 71°C. ¹²

Ø=101,6mm

h=116,4mm

Sol-ciment

compacté

(Aldaood, Bouasker, &

Al-Mukhtar, 2014) ^28j

48 h dans l’eau à 20°C / 48 h

dans une étuve à 60°C. ⁶

Ø=50mm

h=100mm

Sol gypseux +

chaux

(Li, 2014) 28j ^{24 heures dans l’eau / 48 h}

dans une étuve à 40°C. ¹⁰

Ø=40mm

h=80mm

Limon

argileux +

CEMI

(Guimond-Barrett 2013) 7j _{dans une enceinte à 20°C et} ^{1 à 4 jours dans l’eau / 24 h}

65% HR.

6 Ø=50mm

h=100mm

sable/limons

+ CEMIII/C

Tableau II-8 Cycles H/S proposés dans la littérature pour les mélanges sol-liant.

Dans le cas des cycles "accélérés", la température de séchage est inférieure à 60 °C afin de limiter les

contraintes d’origine thermique et l'altération de l'argile. La durée de séchage en étuve est choisie de

façon à optimiser le nombre de cycles H/S dans une semaine et s'adapter aux contraintes pratiques

(week-end). L'évolution de la masse et de la vitesse des ondes P de 3 éprouvettes ont été suivi tout

au long des cycles, suite à la phase d'immersion et à la phase de séchage. Lors de ces relevés,

un palier de mesure intermédiaire a été rajouté pour les cycles "longs" après 7 jours de séchage.

Enfin, les essais de caractérisation mécanique (fc et E) et hydrique (k) ont été réalisé après 3, 6, 12 et

24 cycles.

3, 6, 12 et 24 cycles (début des cycles à 180 jours)

humidification 2 protocoles de séchage

2 jours d’immersion

dans de l’eau à 20°C

« accéléré » « long »

1 jour dans une

étuve à 53 °C

à 53°C

2 semaines dans une chambre climatique

à 20°C et 50% HR

Figure II-22Protocole expérimental adopté pour les cycles humidification / séchage.

88

II.9.2 Les attaques sulfatiques

Dans le cas des ouvrages de fondations spéciales, les sulfates peuvent provenir des additifs du

ciment, du sol (présence de gypse) et de la pollution de l'eau (industrie, pollution atmosphérique,

agriculture). Les travaux de recherche sont ici focalisés sur les attaques sulfatiques externes qui font

partie des modes d’altération les plus courants. La particulièrement bonne résistance du CEM III/C

face aux attaques chimiques est garantie pour des rapports E/C ordinaires. Cependant, au vu des

forts dosages en eau rencontrés en soil-mixing, des études complémentaires semblent nécessaires

(Verástegui-Flores 2014). Les principaux phénomènes liés à ce type d’attaque chimique sont la

lixiviation, la précipitation, la fissuration et la perte de matière par effritement. La complexité du suivi

de l’état de dégradation résulte du couplage entre ces différents phénomènes (Massaad et al. 2015).

La stratégie adoptée consiste donc à mesurer différents paramètres (masse, variation de longueur,

vitesse d’ondes, résistance) afin de comprendre l’origine des mécanismes de dégradation.

La campagne d’essais a débuté après 180 jours de cure endogène. La moitié des éprouvettes

cylindriques (Ø = 50 mm et h = 100 mm) ont été immergés dans de l’eau contenant 25 g/l de sulfate

de sodium, et l’autre moitié dans de l’eau sans ajout de sulfate afin d’effectuer la comparaison

pendant 22 mois d'immersion. Dans les deux cas, l’eau est préalablement saturée en chaux.

La solubilité de l’hydroxyde de calcium étant de 1,73 g/l dans l’eau à 20 °C, 2 g/l sont introduits afin

d’assurer la saturation. Les solutions sont préparées dans un bidon de 5 litres d’eau dans lequel les

quantités de sulfates de sodium et de chaux correspondantes sont ajoutées (Figure II-23.a).

La dissolution est ensuite facilitée par agitation et la concentration en sulfates est ainsi bien

homogène. La solution est renouvelée tous les deux mois et les bacs de conservation sont recouverts

afin de garder la même ambiance pendant toute la durée d’exposition (Figure II-23.b).

Attaques "externes"

Immersion dans une solution contenant 25 g/l de sulfates de sodium

(renouvelée tous les 2 mois).

Figure II-23Protocole expérimental adopté dans le cas des attaques sulfatiques.

Les tests d’immersion sont un moyen simple pour évaluer l’effet des attaques chimiques. Cette

méthode est plus défavorable que dans la réalité, car elle favorise l’action des éléments agressifs. Les

variations de volume, tout comme la fissuration, sont effectivement libres (Garvin & Hayles, 1999).

L'objectif de cette partie est de mesurer la résistance en compression simple, les variations

89

massiques et dimensionnelles, et la vitesse des ondes P en fonction de la durée d'exposition au

sulfates de sodium pour une concentration en sulfate très élevée. La concentration élevée est censée

accélérer le processus de dégradation qui est généralement relativement lent. Une étude par

microscopie électronique à balayage est également prévue afin d'observer les changements de

microstructure et évaluer la cinétique de pénétration du sulfate à l'intérieur du matériau.

Dans le document Comportement thermo-hydro-mécanique et durabilité des bétons de sol : influence des paramètres de formulation et conditions d'exposition. (Page 87-90)