Essais de pré-endommagement au gel-dégel

Tel que détaillé dans la méthodologie présentée à la section 3.2.3, les tirants de la condition 3, n’ayant subi aucun pré-endommagement mécanique, ont été soumis à 300 cycles de gel-dégel. Les tirants de la condition 4, suite à leur pré-endommagement mécanique, ont également été soumis au même nombre de cycles de gel-dégel.

Les cycles de gel-dégel ont été réalisés dans un appareil calibré pour des spécimens respectant les dimensions standards de la norme ASTM C666 (ASTM, 2015), soit des prismes de 75 x 100 x 400 mm. Les tirants à l’étude ayant des dimensions différentes (90 x 90 x 630 mm) et comprenant du scellement sur l’ensemble de ses faces excepté sur les deux faces opposées dédiées à la mesure de l’écoulement unidirectionnel d’eau durant l’essai de perméabilité, la température effective au cœur du tirant a été étudiée afin de s’assurer que celui-ci subisse bien des phases de gel et de dégel. Deux thermocouples ont été placés au cœur d’un tirant supplémentaire uniquement dédié à cet objectif. À titre de référence, un autre thermocouple a été placé au cœur d’un spécimen de dimension standard. Les températures enregistrées par ces thermocouples sont présentées à la Figure 4-3. Les deux thermocouples dans le tirant ayant mesurés essentiellement les mêmes températures, la courbe présentant la température au cœur du tirant présente la moyenne des valeurs données par les deux thermocouples. Au lieu d’atteindre les températures de 4 ± 2 °C lors du dégel et de -18 ± 2 °C lors du gel, telles que recommandées dans la norme ASTM C666 et telles que ressenties par le spécimen standard de référence, le tirant atteint des températures de 1°C lors du dégel et de -13.5 °C lors du gel. Bien que ces températures ne respectent pas les recommandations de la norme ASTM C666, celles-ci permettent d’obtenir un dégel complet du spécimen et une température de gel assez faible pour geler pratiquement la même quantité de la solution des pores qu’à -18 °C tel que mis en lumière par les travaux de Cai et Liu (1998) sur des bétons de rapports E/C entre 0.3 et 0.6 qui ont établi que les dommages causés par le gel à des températures inférieures à -10 °C étaient négligeables par rapport à ceux causés au-dessus de -10 °C pour les bétons ordinaires. Le fait d’atteindre des températures moins extrêmes lors des cycles de gel-dégel entraine une vitesse de gel plus lente. Ainsi, le gel dans les tirants se produit plus lentement que dans les spécimens de référence, ce qui laisse plus de temps pour dissiper la pression causée par gel et peut potentiellement mener à moins d’endommagement.

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 Tirant Référence 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Temps depuis le début des cycles (h)

T em pé ra tu re ( °C )

Figure 4-3: Températures atteintes lors des cycles de gel-dégel

Afin de suivre l’endommagement des spécimens durant les cycles de gel-dégel, un prisme standard de 75 x 100 x 400 mm sans acier d’armature a été exposé aux mêmes cycles de gel-dégel que les tirants et le module d’élasticité dynamique relatif a été mesuré à tous les 50 cycles. Les mesures ont été réalisées sur des spécimens standards et non sur les tirants pour permettre la caractérisation des bétons au gel-dégel, sans tenir compte d’un historique d’endommagement variable. De plus, la présence d’une barre d’armature, du scellement et, dans certains cas, de fissures rend les mesures du module d’élasticité dynamique relatif impossible. Pour les deux bétons utilisés (BO et BRF), le comportement est assez similaire. Le module d’élasticité dynamique reste relativement constant et toujours supérieur à 96 % de sa valeur initiale durant les 300 cycles, signe que l’endommagement est très négligeable à la fin de ces cycles (Figure 4-4). La norme exige que module dynamique demeure au-dessus de 60% pour présenter un comportement adéquat (ASTM, 2015), les deux bétons utilisés ont donc une excellente performance au gel-dégel. Cet endommagement négligeable est un signe que les bétons ont été réalisés avec un réseau d’air adéquat et ont subi une cure adéquate (ASTM, 2015). Comme les spécimens de taille standard n’ont pas montré d’endommagement significatif, il faut s’attendre à un endommagement négligeable sur les tirants aussi puisque les cycles de gel-dégel sont moins extrêmes sur ces derniers (écart de température plus faible et vitesse de gel plus faible).

90 0 20 40 60 80 100 BO BRF 40 80 120 160 200 240 280 320

Nombre de cycles de gel-dégel

M od ul e d' él as tic it é dy na m iq ue r el at if ( % )

Figure 4-4: Évolution du module d'élasticité dynamique relatif durant les cycles de gel-dégel

Bien que certains auteurs aient noté de l’endommagement au gel-dégel même sur des bétons avec air entrainé (Kessler et al., 2016; Shang et al., 2009; Shang & Yi, 2013; Yang, Z. et al., 2006), les bétons utilisés dans ce projet de recherche présentent une excellente résistance aux cycles de gel- dégel. Le meilleur comportement au gel-dégel des bétons de cette étude pourrait s’expliquer par un dosage en ciment plus élevé (d’environ 20 %) par rapports aux études mentionnées plus haut, et ce malgré des rapports E/L similaires (entre 0.32 et 0.45). Ce dosage plus élevé permet d’obtenir une matrice avec un volume de pâte supérieur, ce qui n’est pas nécessairement avantageux pour la résistance au gel-dégel. Il est possible que la qualité du réseau de bulles d’air présents dans les bétons de ce projet (qui tient compte non seulement de la teneur en air, mais aussi du facteur d’espacement des bulles, de la surface volumique des bulles et du diamètre moyen des bulles) ait été supérieure dans ce projet. Malheureusement ces caractéristiques du réseau de bulles d’air n’ont pas été mesurées dans le projet.