1.1 Analyse microscopique des composants du béton atteint de l’AAR
1.2 Identification du type de l’AAR
Au moyen de l’essai de florescence par rayon-X (FRX) après un étalonnage par rapport au roche calcaire autant qu’essai complémentaire selon les exigences de la méthode pétrographique. On a testé des échantillons de graviers pris des poutres 120 x 20 x 15 cm de 6 mois d’âge de conservation de la surface de moulage du béton armé (A et B).
Pour ces analyses chimiques, on a élaboré ce test au niveau du laboratoire de la cimenterie d’Hadjar-Essoud (Skikda). Les résultats sont présentés graphiquement par les figures IV.9 et IV.10, les composants chimiques obtenus de ces granulats décrivent l’évolution des graviers. Ces graviers avant et après leurs expositions à de divers milieux : à partir de l’état initial pur d’un gravier de la carrière en roche pure, à la réaction d’hydratation de ciment représenté par le béton (A). Le conglomérat adhéré ‘Gravier-Ciment’ est attaqué chimiquement par les alcalins en béton (B), le gel de l’AAR résultant en peau du béton (B) est également testé.
On a donc testé chimiquement différents granulats et d’autres matériaux, tels que :
- La roche-mère de la carrière qui est l’origine des granulats utilisés. - Le ciment sec.
- Granulats du béton armé (A).
- Granulats du béton armé (B) attaqué par les alcalins.
- Le gel en exsudation à la surface des poutres en béton armé (B).
Dans la partie de la recherche bibliographique, plusieurs auteurs ont identifié la composition chimique du gel résultant de l’AAR. On a pu analyser quelques résultats de ce gel, et en les résumant à partir du (tableau I.1) de la partie recherches bibliographiques pour les faire ensuite classer au tableau IV.1 [Bérubé et al, 1986] [Habita, 1992]. On a donc pu extraire deux sortes de classe pour ces composants en respectant les quantités des éléments chimiques :
- les éléments chimiques principaux sont CaCO3, CaO, MgO et SiO2, ces
éléments sont souvent présents au gel Alcali réactif en important taux.
- Les éléments chimiques secondaires sont Al2O3, SO3, NaO2, K2O et Fe2O3,
ces éléments sont moins présents dans la composition chimique du gel de l’AAR contrairement au cas précédent. Ce type de composants est récemment mesuré grâce à la nouvelle technologie et au ordinateurs puissants comme pour le MEB; DRX ...etc.
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CaO (A) CaO (B)
CaO (Pure Aggregate) Cao (Cement) CaO (Gel B- 6 months) CaCO3 (A) CaCO3 (B) CaCO3 (Pure Aggregate) CaCO3 (Cement) CaCO3 (Gel B- 6 Months) SiO2 (Pure Aggregate) SiO2 (Cement) SiO2 (Gel B- 6 Months) SiO2 (A)
SiO2 (B) MgO (A)
MgO (B) MgO (Pure Aggregate)
(1): Éléments chimiques principaux
1 10 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 T a u x d e co m p o sa n t ch im iq u e % Longeur de la poutre (m) Al2O3 (A) Al2O3 (B) Al2O3 (Pure Aggregate) Al2O3 (Cement) Al2O3 (Gel B- 6 months) Fe2O3 (A) Fe2O3 (B) Fe2O3 (Pure Aggregate) Fe2O3 (Cement) Fe2O3 (Gel B- 6 Months) Na2O (Pure Aggregate) Na2O (Cement) Na2O (Gel B- 6 Months) Na2O (A) Na2O (B) K2O (A) K2O (B) K2O (Pure Aggregate) K2O (Cement) K2O (Gel B- 6 months) SO3 (A) SO3 (B)
(2): Éléments chimiques secondaires
Tableau IV.1 Composition chimique des gels de l‘AAR en (%) selon les auteurs.
Composant SiO2 CaO Na2O K2O MgO Al2O3 H2O S Auteurs
Taux 56-86 1-28 0,4- 20 2-8 - - 10-30 - Berube & al
Taux (1) 17-84 18-78 0,1-2,6 0,1- 13
0,1-5 0,2-3,3 - 0,1-1,7 Habita
(1) Condition de conservation (100 % HR; T 40 °C) durant un an.
Selon ces deux classifications, la composition chimique obtenue par (FRX) du gel résultant au béton (B) et celles des matériaux cités précédemment sont représentées dans la figure IV.9.
Figure IV.9 Éléments chimiques testé par FRX des granulats purs, gel solide et agrégats des poutres (120 x 20 x 15) cm en béton armé (A et B) après 6 mois de test à (Echelle log 10).
En surface de moulage et le long de neuf points sur 120 cm de longueur d’une poutre les éléments principaux sont (CaCO3, CaO et MgO and SiO2). L’élément
SiO2 diminue et diverge pour le granulat de carrière (Roche pure) puis le ciment
et le couple des granulats des bétons (A et B). Mais pour les autres éléments
chimiques CaCO3, CaO et MgO généralement possèdent une forme semblable,
leurs valeurs progressent et se minimisent simultanément. Ils maintiennent également le même ordonnancement le long des points de prélèvements comme ils sont cités.
Pour les composants secondaires des agrégats qui sont (Al2O3, SO3, NaO2, K2O
et Fe2O3), cet ordre reste constant comme suit : Al2O3, Fe2O3, NaO2, K2O et SO3,
leurs valeurs augmentent et diminuent simultanément sans écarter énormément l’un de l’autre (faible divergence).
Dans la figure IV.10, les histogrammes appropriés au teste FRX dont l’échelle est logarithmique à base de 10, et qui présente les composants chimiques des granulats de carrière, ciment, le gel de 6 mois d’âge et les granulats emportés des bétons armés (A et B). On note deux groupes compatibles : le premier
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groupe contient ‘le ciment, les granulats de la roche pure et le gel du béton alcali réactif, dans le deuxième se regroupent ‘les granulats enlevés des bétons armés (A et B)’.
Les éléments (CaO et CaCO3) sont les plus dominants avec un pourcentage plus
de 80 % ; l’élément SiO2 est juste moins de 17 %, puis les composants qui ne
sont pas négligeables (Al2O3, Fe2O3 et MgO). Donc on peut identifier les
granulats utilisés comme étant Dolomitique due à la présence des composants CaCO3(MgO, FeO3) et avec un faible taux de SiO2, le type de réaction AAR est
de nature ‘Alcali Carbonate réaction ACR’.
La composition chimique de la dolomite se différent, elle pourrait être une combinaison de “Magnesiodolomite CaMg(CO3)2 et Ferrodolomite CaFe(CO3)2”
ou bien une autre forme de dolomite connue par “Ankerite Ca (Mg, Fe)(CO3)2”
qui donne la couleur grise ou marron à la roche originale des agrégats [Teodorovich, 2012]. Les auteurs proposent l’ACR autant qu’une autre forme de l’ASR, à cause des types de détérioration combinée qui peut se manifester comme l’expansion de l’ASR et non plus la dédolomitisation qui n’est pas détruisantes. La dédolomitisation diminue si la microcristalline quartz est présente aux granulats dolomitiques, ce qui est notre cas. D’où, le gel de l’ASR formé dans les agrégats dolomitiques engendre la fissuration du béton [Katayama, 2010].
Figure IV.10 Essai FRX des matériaux testés: agrégat pur, ciment, gel solide de 6 mois et granulats des bétons (A et B) avec la moyenne calculée par l’ACP à (Echelle log 10).
Les granulats étudiés sont riches en (CaO et CaCO3) avec un taux important de
l’élément chimique (Ca). Lorsqu’un élément hydraté dans certaines conditions hygrothermiques (T°, HR), on obtient un gel résultant de l’ACR riche en (Ca) par l’hydratation de Ca (OH)2. Comparant cette composition de gel avec le gel
identifié par d’autres auteurs comme ceux précédemment résumées au tableau IV.1: Berube (56 - 86 % de SiO2), Habita (17 - 84 % et 18 - 78 % de SiO2 et
CaO). [Bérubé et al, 1986] [Habita, 1992] 0,1 1,0 10,0 100,0 C aO A l2 O3 Fe2 O3 SiO2 Mg O Na2 O K2 O SO3 Ciment Granulat Pure Gel 6 mois Gel 28 jours (%) 0,01 0,10 1,00 10,00 100,00 C aO A l2 O3 F e2 O3 SiO2 Mg O Na2 O K2 O SO3 Moyenne A Moyenne B (%)
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