5. E TUDE DE LA DURABILITE D ’ ARMATURES EN PRFV ET DE LEUR INTERFACE
5.3.1. Microstructure
5.3.1.1. Images MEB en mode « électrons secondaires »
La Figure 5.7 présente plusieurs images MEB à grossissement « modéré » de sections transverses d’armatures en PRFV vieillies pendant 240 jours à 60 °C dans les milieux AKS et AKC, et à titre de comparaison des armatures non vieillies. Des images à plus fort grossissement, focalisées sur la périphérie des armatures sont représentées sur la Figure 5.8, alors que des photos prises plus à cœur sont représentées sur la Figure 5.9. Des images supplémentaires sont fournies en Annexe F.
Sur les photos de la Figure 5.7 et de la Figure 5.8, il est possible de constater la formation de fissures en périphérie des armatures 60-AKC-240J (ces fissures étaient déjà présentes après 120 jours de vieillissement). Ces fissures sont également présentes de manière beaucoup plus marquée sur les armatures 60-AKS-240J. Les armatures n’ayant pas été sollicitées mécaniquement après vieillissement, ces fissures sont donc soit directement liées aux dégradations subies lors du vieillissement, soit consécutives au polissage des échantillons vieillis lors de leur préparation en amont des observations. Quoi qu’il en soit, ces fissures révèlent une fragilisation des fibres et de l’interface fibre/matrice induite par le vieillissement puisqu’une préparation de surface identique n’a pas endommagé les armatures non vieillies. Les images révèlent de plus, que cette fragilisation est bien plus marquée dans le cas des armatures immergées directement en solution alcaline que pour les armatures ayant subi un vieillissement indirect. L’observation de la Figure 5.9 permet de révéler, que l’endommagent est également légèrement plus marqué à cœur pour les armatures 60-AKS-240J. Peu de changements sont visibles en revanche à cœur pour les armatures 60-AKC-240J.
Figure 5.7 : Images MEB à grossissement « modéré » de la section transversale de barres en PRFV de référence ou vieillies
Figure 5.8 : Images MEB à fort grossissement réalisées en périphérie de la section transversale de barres en PRFV de référence et vieillies, à proximité de la couche sablée
Figure 5.9 : Images MEB à fort grossissement réalisées à cœur de la section transversale de barres en PRFV de référence et vieillies
Globalement, les images MEB permettent de conclure au caractère plus sévère du vieillissement réalisé en plongeant directement les armatures en solution alcaline par rapport au vieillissement indirect réalisé en solution alcaline mais en revêtant les armatures d’un enrobage de béton. A noter que ce constat avait déjà été établi par différents auteurs [BEN 02, CHEN 07, ROB 09].
5.3.1.2. Cartographie par EDX
Des analyses EDX ont été réalisées dans le but, d’une part, d’observer l’agencement des principaux constituants des armatures en PRFV, mais également de suivre l’éventuelle pénétration des alcalins provenant de la solution de vieillissement à l’intérieur des armatures, ou encore d’identifier l’apparition d’éventuels produits de dégradation.
La Figure 5.10 présente une cartographie d’une armature non vieillie, en considérant la répartition spatiale des éléments carbone (C) et silicium (Si), ainsi que du sodium (Na) et du potassium (K) car la solution alcaline est constituée essentiellement d’hydroxydes de sodium (NaOH) et de potassium (KOH). La présence du produit est cartographiée par un gradient de couleur. Les zones noires correspondent aux zones où l’élément est présent de manière négligeable. Concernant le carbone et le silicium : les images révèlent la présence de carbone essentiellement dans la matrice polymère, constituée d’un réseau chaînes macromoléculaires carbonées, et la présence de silice dans les fibres (principal constituant du verre) ainsi que dans le sablage, qui apparait être composé principalement de granulats siliceux.
de l’armature, en particulier dans les fibres de verre et les particules de sable. Soulignons néanmoins que les images sont fortement bruitées.
Les images allant de la Figure 5.11 à la Figure 5.13 montrent uniquement des cartographies obtenues pour l’élément potassium. En effet, notre solution alcaline étant majoritairement composée de KOH, c’est à travers l’analyse de ces cartographies spécifiques que nous proposons d’identifier des éventuels indices de diffusion des alcalins sur les échantillons vieillis. Des cartographies pour l’élément sodium sont représentées en Annexe G.
Figure 5.10 : Cartographie EDX sur une section transversale polie d’armature non vieillie : répartition des éléments carbone (C), silicium (Si), sodium (Na) et potassium (K)
La Figure 5.11 présente des cartographies EDX à grossissement « modéré » focalisées sur l’élément potassium (K), pour les sections polies des armatures REF, 60-AKC-240J et 60-AKS-240J. La Figure 5.12 ainsi que la Figure 5.13 représentent des cartographies similaires à plus fort grossissement, montrant respectivement les régions situées en périphérie et à cœur des sections transverses d’armatures. Globalement, dans le cas des armatures 60-AKS-240J, nous notons des concentrations de potassium principalement dans le sablage (autour des grains de sable) et à certaines interfaces fibre de verre/matrice situées en zone périphérique des barres à proximité de la couche de sablage. Dans le cas des armatures 60-AKC-240J, nous relevons des traces significatives de potassium uniquement en périphérie du sablage. Comme attendu, la diffusion de l’élément potassium (K) est plus importante lorsque l’armature n’est pas recouverte de béton. Notons que pour l’ensemble des armatures observées, aucune trace significative de potassium n’a été relevée à cœur.
Figure 5.11 : Cartographies EDX de l’élément potassium (K) réalisées à grossissement modéré sur des sections transversales polies de barres en PRFV de référence ou vieillies.
Figure 5.12 : Cartographies EDX de l’élément potassium (K) réalisées à fort grossissement sur la périphérie des sections transversales polies de barres en PRFV de référence ou vieillies.
Figure 5.13 : Cartographies EDX de l’élément potassium (K) réalisées à fort grossissement sur les régions centrales des sections transversales polies des barres en PRFV