II. CHAPITRE II : PROGRAMME EXPERIMENTAL
II.4 PROTOCOLES D’ESSAIS DE CARACTERISATION
II.4.4 Essais physiques
Les essais physiques, présentés ici, font partie des indicateurs de durabilité généraux utilisé pour le béton. Ces derniers sont effectués afin de quantifier l’impact de la dégradation générée par le développement des RGI sur les propriétés de transfert du béton. Quatre essais physiques sont réalisés : la porosité accessible à l’eau, la perméabilité aux gaz, la migration des chlorures en régime non stationnaire et la résistivité électrique.
II.4.4.1 Porosité accessible à l’eau
Cet essai est effectué selon la norme (NF P18-459, 2010) sur trois échantillons cylindriques Φ15xh5 cm obtenus à partir d’une éprouvette Φ15xh20 cm ; les extrémités des éprouvettes ne sont pas utilisées.
Après sciage, les échantillons sont placés dans un dessiccateur pendant 4h puis saturés dans de l’eau pendant 44h. Ils sont ensuite pesés hydrostatiquement dans l’eau (msateau) puis
essuyés en surface et pesés dans l’air (msatair). Les échantillons sont ensuite séchés dans une
enceinte climatique à une température de 40°C et 20%HR. Une fois la masse stabilisée (perte de masse inférieure à 0,01% sur une semaine), ces derniers sont placés dans un dessiccateur pendant 24h à 20 °C puis sont pesés dans l’air (mair). La porosité accessible à l’eau, notée
« p », est calculée selon l’équation II-3.
(II-3)
Avec, respectivement msateau et msatair la masse saturée de l’échantillon dans l’eau et dans l’air
et mair la masse dans l’air de l’échantillon séché.
Le séchage des échantillons est effectué à deux températures. Le séchage à 40°C a été adopté afin de ne pas déstabiliser l’ettringite différée formée lors du développement de la RSI. La température de séchage à 105°C correspond à celle proposée dans la norme. Une fois la
Marteau
Potence
105
porosité à l’eau déterminée par un séchage à 40°C, l’essai de perméabilité au gaz (cf. II.4.4.2) est réalisé. Les échantillons sont ensuite placés dans une étuve à 105°C jusqu’à stabilisation de la masse dans l’air de l’échantillon séché. La porosité à l’eau est une nouvelle fois mesurée et la porosité recalculée.
II.4.4.2 Perméabilité au gaz
L’essai de perméabilité au gaz est effectué selon la norme (XP P18-463, 2011) sur trois échantillons cylindriques Φ15xh5cm, obtenus par sciage d’une éprouvette cylindrique Φ15xh20cm. Cependant, une température de séchage des échantillons de 40°C a été adoptée pour deux raisons : cela permet d’une part, d’éviter la déstabilisation de l’ettringite formée lors du développement de la RSI et d’autre part de limiter la fissuration supplémentaire engendrée par le séchage à 105°C proposé dans la norme.
Les échantillons sont les mêmes que ceux utilisés pour la mesure de la porosité accessible à l’eau : ils sont séchés dans une enceinte climatique contrôlée à 40°C et 20%HR. Les mesures sont effectuées par l’intermédiaire de l’appareillage Cembureau à des pressions de 1, 2, 3 et 4 bars (figure II-15). La perméabilité apparente est obtenu selon l’équation II-4.
(II-4)
Avec, P1 la pression absolue à la sortie (Pa), P0 la pression absolue à l’entrée (Pa), Q le débit
volumique (m3/s), L l’épaisseur de l’échantillon (m), µ la viscosité dynamique de l’air (Pa.s) et A la section de l’échantillon (m). La perméabilité apparente (Ka0,2) est obtenue à partir de la
moyenne effectuée sur trois échantillons, pour une pression relative injectée lors de l’essai de 1 bar (0,2 MPa en pression absolue).
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II.4.4.3 Migration des chlorures en régime non stationnaire
Les essais de migration des chlorures en régime non stationnaire sont effectués selon le protocole (PerfDub, 2017 (1)) qui est inspiré du protocole de la norme (XP P18 462, 2012). L’essai est réalisé sur trois échantillons cylindriques Φ11xh5cm obtenus à partir d’une éprouvette Φ11xh22cm. Les extrémités de l’éprouvette ne sont pas utilisées.
Le coefficient de migration des ions chlore est un paramètre permettant de donner des indications sur la capacité du matériau à résister à la diffusion d’espèces sous l’effet d’un gradient de concentration. Cette diffusion se faisant très lentement, un protocole accéléré a été mis en place et consiste à faire migrer des ions chlorures à travers l’échantillon en appliquant une différence de potentiel entre deux points de l’échantillon via des électrodes pour accélérer le phénomène (figure II-16).
Figure II-16: Schéma de l’essai de diffusion aux chlorures
La solution anodique contient une concentration de 0,1mol/l de NaOH, la solution cathodique contient 0,1mol/l de NaOH et 0,5mol/l de NaCl afin de permettre ce transfert sous gradient de concentration.
Les échantillons sont dans un premier temps placés sous vide durant 4h dans un dessiccateur équipé d’une pompe à vide et saturés dans une solution de NaOH dosée à 0,1mol/l pendant 72h. Les échantillons sont introduits dans des manchons étanches puis placés sur le banc d’essai (figure II-16). Une fois l’essai terminé, les éprouvettes sont fendues par un essai de fendage.
La détermination de la profondeur de pénétration des ions chlore se fait en aspergeant de nitrate d’argent les faces des éprouvettes préalablement fendues. La réaction entre le chlore et le nitrate d’argent va former du chlorure d’argent facilement reconnaissable par sa teinte argentée.
-
Manchon étanche Solution anodique Echantillon Bac d’essai Solution cathodique+
107
La valeur du coefficient de migration est apparent (Dapp) et est donnée par l’équation II-5.
(II-5)
(II-6)
Avec, R la constante des gaz parfaits (R = 8,314J/(K.mol)), T la température durant l’essai (K), e l’épaisseur de l’échantillon (m), xd : la profondeur de pénétration des chlorures (m),
Z la valence des ions chlore, F la constante de Faraday (F = 96480J/(V.mol)), ΔE la tension appliquée (V) et Δt la durée de l’essai (s).
: a pour valeur 0,764 pour c
0 = 0,5mol/l.
La mesure moyenne de la profondeur de pénétration des ions chlorures xd est déterminée à
partir de la mesure de 8 points pour chaque demi-cylindre soit 16 mesures au total. Le coefficient de migration des ions chlore correspond à la moyenne des trois essais.
II.4.4.4 Résistivité électrique
Les essais de résistivité font référence au protocole Perfdub, conduits sur trois échantillons cylindriques (Φ11xh5 cm) obtenus à partir d’une éprouvette (Φ11xh22cm). Les extrémités de l’éprouvette ne sont pas utilisées (PerfDub, 2017 (2)). Les échantillons sont les mêmes que ceux utilisés pour l’essai de migration des chlorures. Pour rappel, les échantillons sont placés sous vide durant 4h dans un dessiccateur équipé d’une pompe à vide à 20 °C, puis sont saturés dans une solution de NaOH dosée à 0,1mol/l pendant 72h.
Les échantillons sont ensuite disposés entre deux éponges d’environ 2mm d’épaisseur, deux grilles reliées à un générateur sont utilisées pour la mesure. Un poids de 2kg vient serrer le dispositif (figure II-17).
Figure II-17 : Schéma de l’essai de résistivité électrique (PerfDub, 2017 (2))
G V + - 2 kg Échantillon
108
L’essai est répété trois fois pour chaque échantillon, la résistivité est déterminée suivant 10 cycles de mesures, pour une intensité injectée de 50mA, selon l’équation II-7.
(II-7)
Avec : Rbéton, la résistance du béton (Ω), Réponge, la résistance de l’éponge (Ω), la résistivité
du béton (Ω.m), S la surface de l’échantillon (m²) et L l’épaisseur de l’échantillon (m).
Une moyenne des trois mesures est dans un premier temps effectuée par échantillon. La résistivité électrique du béton correspond à la moyenne des trois échantillons.