Essais d’expansion optimisés avec les granulats extraits du béton

fin et validation de l’effet du traitement thermique aux sulfates de sodium sur l’expansion générée par les granulats récupérés

La dernière étape du processus d’évaluation de la cinétique de consommation de la silice réactive consiste à réaliser des essais d’expansion selon les conditions optimisées lors de la phase préliminaire (section 3.2.1) et ce, en utilisant les différents calibres granulaires (5-20, 20-40 et 40-80 mm) récupérés des carottes de béton du barrage (section 3.2.2).

Ainsi, l’ensemble des paramètres étudiés lors de la phase préliminaire ont été analysés pour déterminer les conditions d’essais optimales et les méthodes préparatoires à privilégier. Plus précisément, les paramètres suivants ont été sélectionnés sur la base des résultats de la phase préliminaire :

- Calibres granulaires;

- Dimension des éprouvettes;

- Composition de la solution de trempage; - Proportion de matériel réactif et non réactif; - Méthode préparatoire (forme des particules).

Les méthodes préparatoires (concassage et broyage du gros granulat récupéré jusqu’à la dimension/forme optimale) et les paramètres de base des essais (température, concentration de la solution de trempage, type de ciment, formulation des mélanges, nature du sable non réactif, adjuvants) ont été les mêmes que ceux employés lors de la phase préliminaire. Il en va de même pour les procédures de fabrication et de mûrissement des éprouvettes de mortier. Les variations de longueur (expansion longitudinale) ont été suivies de façon hebdomadaire pour les deux

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premières semaines et à toutes les deux semaines pour le reste de la période d’essai en utilisant le même appareillage que lors de la phase préliminaire.

En guise de validation des résultats obtenus lors de la phase préliminaire, puisque du matériel était disponible pour les calibres granulaires 5-20 et 20-40 mm, plus d’un calibre granulaire a été utilisé pour la fabrication des éprouvettes de mortier de la phase principale. La cinétique de consommation de la silice réactive du gros granulat récupéré a ainsi été comparée à celle d’éprouvettes de mortier fabriquées avec des fractions identiques du GRO et soumises aux mêmes conditions d’essai. Pour chaque série, six éprouvettes de mortier ont été fabriquées. De cette façon, il est possible de retirer des éprouvettes des conditions d’essais à des moments jugés opportuns pour réaliser des examens pétrographiques et ainsi identifier les mécanismes impliqués dans le processus d’expansion des éprouvettes. Le Tableau 3.13 présente la majorité des éprouvettes fabriquées dans la phase principale. Un tableau présentant davantage de détails sur les formulations employées pour la phase principale est présenté à l’annexe B2.5.

Tableau 3.13 : Présentation partielle des éprouvettes de mortier fabriquées dans la phase principale.

Calibre granulaire du matériel broyé Calibre granulaire du matériel récupéré

Provenance des granulats utilisés pour la fabrication des éprouvettes et nombre d’éprouvettes (25x25x285 mm) 660 734 Référence 600 - 1180 µm 5-20 mm 6 6 18 20-40 mm 6 6 40-80 mm 6 6 1180 - 2360 µm 5-20 mm 6 6 18 20-40 mm 6 6

Tel que présenté dans le Tableau 3.13, chaque série d’éprouvettes de mortier est constituée de six éprouvettes de mortier. Parmi celles-ci, pour assurer la fiabilité des résultats, trois éprouvettes au minimum sont conservées jusqu’à la fin de la période d’essai, qui correspond à l’atteinte d’une asymptote d’expansion dans le temps. De plus, une des six éprouvettes est utilisée comme référence de l’état initial des mortiers avant leur mise à l’essai et n’est donc jamais exposée aux conditions

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d’essai. Au cours de la période d’essai, selon l’avancement de la réaction, deux éprouvettes pourront être retirées des conditions d’essai pour permettre des observations pétrographiques plus poussées sur les éprouvettes. Une suggestion de la gestion des éprouvettes de mortier est proposée au Tableau 3.14.

Tableau 3.14: Exemple de répartition des barres de mortier pour les essais d'expansion et les examens pétrographiques de la phase principale.

Éprouvettes 1 2 3 4 5 6

Âge de fin des

essais (jours) 0 364 546 ou 728 Fin de l’essai Fin de l’essai Fin de l’essai

Puisque les essais de la phase préliminaire ont été d’une durée nettement supérieure (toujours en cours après 18 mois) à ce qui avait été prévu initialement (trois à six mois), les essais de la série principale en étaient à leur début au moment de rédiger ce mémoire. Pour cette raison, des résultats d’expansion et de pétrographie ne sont pas encore disponibles pour la série principale. Le suivi des changements dimensionnels et les examens pétrographiques seront assurés par d’autres étudiants de l’équipe à la suite de la fin de ce projet de maîtrise. Il sera très important d’assurer un suivi de l’allure générale des échantillons au cours de la période d’essai (présence de produits de réaction en surface des éprouvettes et dans la solution de trempage, apparition de la fissuration, etc.) et de retirer les éprouvettes de mortier dans le temps pour valider ou réviser les conclusions tirées lors de la phase préliminaire.

Réactivité du granulat fin récupéré

Tel que mentionné précédemment, le granulat fin récupéré des carottes n’a pas été soumis au même programme expérimental que le gros granulat en ce qui concerne l’évaluation de la cinétique de consommation de la silice réactive. Sur la base des résultats d’examens pétrographiques réalisés antérieurement par Hydro-Québec, le granulat fin avait été jugé non réactif aux alcalis. Des examens pétrographiques ont tout de même été réalisés dans le cadre de ce projet pour confirmer ce constat. De plus, des essais d’expansion ont été réalisés sur le matériel fin (i.e. < 5 mm) récupéré des carottes du béton du barrage afin de confirmer que le potentiel de réactivité à la RAS de ce matériel est négligeable.

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Le matériel fin récupéré à la suite du traitement dans une solution de sulfate de sodium a donc été soumis à des essais de détection du potentiel de réactivité alcaline par expansion accélérée de barres de mortier conformément à la norme CSA A23.2-25A. Ces essais ont été prolongés sur une durée de 56 jours alors que la norme propose une durée d’essai de 14 jours. Deux séries d’éprouvettes de mortier contenant différentes proportions de matériel réactif et de matériel non réactif ont été mises à l’essai (Tableau 3.15) pour les granulats récupérés des deux localisations du barrage à l’étude (localisations 660 et 734). La première formulation a utilisé des granulats récupérés du barrage pour les calibres compris entre 0 et 1180 µm et le sable non réactif de référence pour les calibres compris entre 1180 et 4760 µm (les proportions de chaque calibre granulaire ont été conformes aux exigences de la norme CSA A23.2-25A). La seconde formulation contient quant à elle du matériel récupéré du béton du barrage pour l’ensemble de la distribution granulométrique du « sable » (0 à 5 mm). La première série devait permettre d’identifier la présence de phases potentiellement réactives aux alcalis dans la fraction fine du matériel récupéré. La deuxième série devait permettre d’évaluer l’impact sur la réactivité aux alcalis de la présence de fragments du gros granulat réactif aux alcalis dans le matériel < 5 mm récupéré du béton. Cinq éprouvettes de mortier ont été fabriquées pour les deux séries. Une éprouvette de mortier a été conservée à l’état initial pour conserver une référence non affectée par la RAS; une éprouvette a été retirée après 14 jours d’essais et les trois autres éprouvettes ont été maintenues jusqu’à l’âge de 56 jours. Des examens pétrographiques ont été réalisés sur les éprouvettes de mortier afin d’identifier la présence et l’intensité des indices d’attaque par la RAS des granulats.

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Tableau 3.15: Provenance et distribution granulométrique des matériaux granulaires mis à l’essai pour évaluer la réactivité du granulat fin récupéré du béton du barrage.

Échantillon Localisation Distribution matériel récupéré (µm)

Distribution sable non réactif

(µm)

660-1 Centrale 0 à 1180 1180 à 4760

734-1 Prise d’eau 0 à 1180 1180 à 4760

660-2 Centrale 0 à 5000 Aucun

734-2 Prise d’eau 0 à 5000 Aucun

Vérification de l’impact du traitement thermique aux sulfates sur l’expansion générée par les granulats

Tel qu’expliqué précédemment, des essais d’expansion supplémentaires ont été réalisés lors de la phase principale pour évaluer l’impact potentiel du traitement thermique aux sulfates sur l’expansion générée par les granulats. Pour ce faire, deux lots de GRO de dimension 5-20 mm ont été prélevés. Un de ces deux lots a été soumis au traitement thermique dans une solution de sulfates de sodium pour une durée de 100 jours. L’autre lot de granulat a été conservé dans son état initial. Puis, chacun de ces échantillons a été concassé et broyé pour la fabrication de six éprouvettes de mortier qui sont soumises aux mêmes conditions d’essai que les éprouvettes de mortier de la phase principale.

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