Essais sur pâtes

4.1.1 Comparaison entre ciment au laitier et ciment portland ordinaire

Bajza (1989) a réalisé des essais d’immersion de pâtes de ciment Portland substitué ou non de cendres volantes ou laitier de haut fourneau. Les liants (100 % de ciment portland ordinaire, 60 % ciment portland ordinaire et 40 % ciment au laitier, 70 % ou 60 % ciment portland ordinaire et 30 ou 40 % de cendres volantes) ont été coulés avec des rapports E/C de 0,1 ou 0,4. Après une cure de 28 jours dans l’eau, les échantillons ont été immergés dans la solution agressive (3 et 5 % d’acide acétique) pendant 13 mois. Les conditions de renouvellement de la solution ne sont pas précisées.

Les résultats indiquent qu’à court terme (t < 3 ou 4 mois), les pâtes de ciment au laitier présentent les meilleures performances (15 % de perte totale de masse en moins par rapport au CEM I). A long terme, les dégradations du CEM I et du CEM III sont équivalentes (pertes relatives de masse de 35,90 % et 34,56 % respectivement). Le liant avec cendres volantes présente des performances légèrement supérieures (32,86 %).

De la même façon, au cours d’une étude comparative de la durabilité de différents liants ordinaires immergés dans des solutions acides (0,28 M, pH 4) régulièrement renouvelées, Bertron (2004, 2006) a obtenu que les pâtes de ciments CEM III/B (65 % de laitier) présentaient les meilleures performances comparativement aux liants CEM I, CEM V/A et CEM I substitué de 10 % de fumées de silice.

Les essais d’immersion réalisés par Oueslati et Duchesne (2011) ont concerné des pâtes de ciment substituées par différentes additions (fumées de silice, cendre volante, métakaolin, laitier de haut fourneau) à différents taux de substitution. Oueslati a notamment analysé l’influence du temps de cure sur les performances des liants. Elle a constaté que les pâtes de ciment substituées par 80 % de laitier présentaient les meilleures performances en termes de vitesses d’altération pour des durées de cure initiales supérieures à 90 jours.

Figure I-17 : Pertes de masse de pâtes de ciment à la fin de 3 mois d’immersion dans une solution d’acide acétique (0,5 M, pH 4) en fonction du temps de cure. Pâte de ciment Portland (GU : 100 %) ou substitué de FS (fumée de silice), CV (cendre volante), MK (métakaolin), LHF laitier de haut fourneau (Oueslati 2011)

4.1.2 Effet de l’addition de fumée de silice.

Pavlik a réalisé des pâtes de ciment Portland seul et avec différents taux de substitution de 5, 10 ou 30 % de fumée de silice (Pavlik 1997). Les rapports E/C étaient de 0,5, 0,4 et 0,3 pour les pâtes sans fumée de silice et 0,5 pour les pâtes avec fumée de silice. Les échantillons sans addition subissaient une cure de 24 h à 20°C et 100 % HR, puis étaient conservés 27 jours en eau de chaux. Après la cure de 24 heures, les échantillons avec fumée de silice étaient conservés 60 j en eau de chaux. Les échantillons étaient ensuite immergés dans une solution d’acide acétique (0,2 M) à pH 2,8. La concentration de chaque solution était maintenue constante (c = 0,2 mol/l) sans que le mode de maintien soit précisé. La durabilité des formulations a été évaluée par la mesure des profondeurs dégradées et des pertes de masse des échantillons.

Les résultats montrent que l’ajout de fumée de silice améliore légèrement les performances des pâtes de ciments. Le gain est très léger pour les additions de 5 ou 10 %, mais est plus marqué pour 30 % de fumée de silice.

Néanmoins, l’étude de Bertron (2004) montre que l’addition de fumée de silice n’apporte pas d’amélioration notable de la résistance des matrices cimentaires aux attaques acides. De la même façon, Oueslati (2011) a montré que les performances de pâtes de ciments substituées de 5 et 15 % de fumée de silice et immergées dans l’acide acétique (0,5 M, pH 4) étaient équivalentes aux pâtes témoin non substituées (figure I-17) et que ces performances étaient bien inférieures aux pâtes substituées par d’autres additions (cendres volantes, métakaolin, laitier).

4.1.3 Effet de l’addition de métakaolin

San Nicolas (2011) a étudié l’effet de l’addition de métakaolin sur l’agressivité des acides acétique et citrique (0,28M, pH = 4 maintenu par renouvellement de la solution) reproduisant ainsi les conditions de Bertron (2004). Le rapport E/C était de 0,27 et le taux de substitution en métakaolin de 25 %.

Après 3 mois d’attaque par ces acides, les éprouvettes de CEM I et de CEM I + 25% de métakaolin avaient le même aspect. Néanmoins, dans le cas de l’acide acétique, les échantillons substitués au métakaolin présentaient une moins grande perte de masse (13 % contre 19 %).

Dans le cas de l’acide citrique, l’échantillon de pâte de ciment avec métakaolin présentait une dégradation par perte de masse supérieure à celle de l’échantillon de CEM I (80 % contre 60 % après 2 mois).

Les travaux de Oueslati (2011) sur la résistance des liants contenant du métakaolin face à l’acide acétique dans les mêmes conditions que Bertron (2004) (i.e. 0,28 M, sans agitation) a montré une amélioration des propriétés chimiques en milieu acide (figure I-16). Celle-ci est liée, selon cet auteur :

- à la réduction de porosité totale et à l’affinement du réseau poreux de la pâte induits par l’ajout de métakaolin (mesures par porosimétrie mercure réalisées par Oueslati), - à la composition chimique des grains de métakaolin, essentiellement riches en silicium

et en aluminium, et à la forte réactivité du métakaolin à court terme, induisant une meilleure stabilité chimique de la matrice cimentaire en solution acide.

4.1.4 Comportement des ciments alumineux vs ciments ordinaires

Selon les travaux de Bertron (2004), le ciment alumineux est celui qui offre les meilleures performances vis-à-vis des acides organiques aux sels de calcium solubles (acides acétique, propionique, etc.) en termes de profondeurs dégradées comparativement à tous les liants ordinaires testés (CEM I, CEM I PM/ES, CEM III/B, CEM V/A, CEM I + cendres volantes).

4.1.5 Autres résultats

Toujours selon les travaux de Bertron et al. (2004), tous les liants ordinaires testés ont eu des performances insuffisantes dans la solution agressive d’acide acétique 0,28 M à pH 4. En particulier, le ciment CEM I PM/ES à teneur réduite en C3A, prescrit par le fascicule de

documentation complémentaire FD P 18-011 pour les classes d’expositions XA1 et XA2 (voir tableau I-10), présentait des performances les plus faibles de tous les liants.