Objectif de l’étude

6.1.2 Objectif de l’étude

L’objectif de cette méthode qualitative est de comparer les phases cristallines de nos matériaux, avant et après carbonatation, et aussi de suivre l’évolution de la carbonatation en fonction du temps.

Malheureusement, il est très difficile de distinguer par cette technique les carbonates des granulats de ceux issus de la carbonatation, puisqu’il s’agit dans les deux cas de calcite.

6.1.3 Préparation des échantillons

Protocole de prélèvement de la partie carbonatée pour le béton

Les échantillons de bétons qui ont servi à cette analyse sont sciés en petites tranches sous alcool pour éviter tout risque de réhydratation de la matrice cimentaire et ensuite broyés dans un broyeur à boulets.

Protocole de prélèvement de la partie carbonatée pour la pâte de ciment

Dans le cas de la carbonatation accélérée, l’épaisseur de la partie carbonatée est micrométrique. Un grattage de surface a donc été réalisé systématiquement en vérifiant l’état de carbonatation à l’aide de la phénolphtaléine.

Concernant la carbonatation naturelle, l’épaisseur carbonatée est millimétrique. Un sciage a donc été possible. L’échantillon est ensuite broyé avant d’être analysé.

Travailler avec une poudre permet de générer un diffractogramme homogène car moyenné sur les intensités diffractées par les différentes cristallites. Il est nécessaire d’analyser une poudre de granulométrie fine afin d’obtenir un nombre de cristallites contribuant à chaque réflexion suffisamment important pour obtenir une statistique correcte [2].

6.1.4 Résultats de l’analyse par DRX et discussions 6.1.4.1 Résultats sur les Ciment

- Evolution du ciment CEM II

Sur la Figure 6.2, nous avons présenté l’évolution du ciment CEM II de l’état anhydre à l’état hydraté. L’état hydraté correspond à une maturation de 28 jours dans l’eau suivie d’une année dans l’air. A l’état anhydre, nous observons que le ciment est composé principalement de C2S, C3S, C3A et de C4AF ainsi que de gypse [3], [4], [5]. Ces anhydres se transforment après hydratation en composants hydratés tels que la portlandite et l’ettringite qui présentent des pics bien nets [6], [7]. La structure principalement amorphe des C-S-H ne permet pas de les détecter par diffraction. Nous observons aussi quelques traces d’anhydres résiduelles comme le C2S, du fait que son hydratation est environ 90 fois plus lente que celle du C3S [8]. Les pics de la calcite et du quartz proviennent du filler calcaire utilisé dans ce CEM II.

Après carbonatation naturelle d’une année de l’échantillon, le diffractogramme est marqué par la disparition presque complète des pics de la portlandite et l’augmentation de l’intensité des pics de la calcite. Quelques pics de C2S résiduels sont toujours observés (Figure 6.3).

Après 14 jours de carbonatation accélérée à 20°C et 66 % d’humidité relative, il n’existe plus aucune trace d’éléments anhydres [9]. De plus, l’intensité des pics relatifs à la calcite est encore plus importante que dans le cas de la carbonatation naturelle.

Nous pouvons conclure que, dans le cas de la carbonatation naturelle, l’eau produite par décomposition de la portlandite n’est pas suffisante pour hydrater tous les anhydres résiduels, contrairement à la carbonatation accélérée, qui ne laisse aucun anhydre.

CEM II (CPJ) conservée à l'air pendant 12mois

Figure 6.2: Evolution de la pâte de ciment CEM II - état : anhydre, hydraté, carbonaté (naturel)

CEM II (CPJ) conservé à une humidité de 66%

Figure 6.3: Evolution de la pâte de ciment CEM II - état : anhydre, hydraté, carbonaté (accéléré)

- Evolution du ciment CEM I

L’hydratation du ciment CEM I se traduit par la détection de pics de portlandite et d’ettringite, tout en conservant quelques pics relatifs au C2S (cf. Figure 6.4 ). L’hydratation du CEM I se traduit ainsi par les mêmes modifications que celles du CEM II.

Après 14 jours de carbonatation accélérée, deux pics associés à la calcite sont distingués : celui de la calcite et celui de l’aragonite [10]. Il s’agit dans les deux cas de carbonates, mais l’aragonite se distingue de la calcite sur le plan cristallographique [11]. Cette forme de carbonate n’est observée que très rarement, cet isomorphe pourrait être un intermédiaire réactionnel lors de la transformation de la vatérite en calcite [12]. Il est donc intéressant de

noter que la carbonatation accélérée du ciment CEM I se traduit par l’apparition d’une nouvelle forme de calcite qui est l’aragonite.

CEM I (CRS) conservé à 66% d'humidité relative

0

Figure 6.4: Evolution de la pâte de ciment CEM I - état : anhydre, hydraté, carbonaté (accéléré)

6.1.4.2 Résultats sur les bétons

- Evolution de la carbonatation des bétons avec le temps

L’allure des diffractogrammes suivant le temps est présentée aux Figure 6.5, Figure 6.6, Figure 6.7, Figure 6.8, Figure 6.9 et Figure 6.10 pour les différents bétons d’étude. Les phases minéralogiques principales sont la calcite CaCO3 (pic principal à 29,4°), qui provient des granulats, du filler calcaire du CEM II et de la carbonatation et de la portlandite (pics principaux à 18,01° et à 34,11°).

Nous pouvons observer aussi la présence de quelques phases mineures comme la silice SiO2

sous forme de quartz (pic principal à 26,6°) qui provient du ciment CEM II [13] et aussi de l’ettringite

Comme nos bétons contiennent une grande fraction de granulats (73 %) en masse par rapport à la fraction du ciment qui est égale à 19 %, nous observons principalement les pics de la calcite issue des granulats.

L’observation la plus intéressante concerne la persistance des pics de la portlandite pour les bétons à hautes performances, même à 28 jours de carbonatation accélérée, ce que confirme nos résultats du test à la phénolphtaléine. Par contre, pour les bétons à E/C = 0,50 (C1 E50 et C2 E50), nous observons la disparition des pics de la portlandite dès 7 jours de carbonatation accélérée. Un nouveau pic à 21,18° associé à la vatérite est détecté dans le béton C2 E50 dès 28 jours de carbonatation. L’intensité du pic associé à cette nouvelle forme de calcite augmente après 3 mois de carbonatation.

Concernant les bétons à E/C élevé (C1 E63 et C2 E67), les pics de la portlandite disparaissent dès 7 jours de carbonatation. Nous observons aussi l’apparition du nouveau pic correspondant à la vatérite [14].

Nous pouvons conclure que nous avons observé cette nouvelle forme de calcite (vatérite) uniquement dans les bétons à base de CEM II et que nous n’avons observé le pic de la silice que dans les bétons à base de CEM II, donc provenant à priori des fillers calcaires.

C1E35

Figure 6.5: Evolution des diffractogrammes du C1 E35 selon le temps de carbonatation

C2E35

Figure 6.6: Evolution des diffractogrammes du C2 E35 selon le temps de carbonatation

C1E50

Figure 6.7: Evolution des diffractogrammes du C1 E50 selon le temps de carbonatation

C2E50