Phase 3 Durabilité des géopolymères face à l'alcali-réaction

L'évaluation de la durabilité des géopolymères face à la RAS a été effectuée par l'entremise de deux essais de laboratoire, i.e. l'essai d'expansion accéléré sur barres de mortier (CSA A23.2-25A-2014) et l'essai d'expansion sur éprouvettes de béton (CSA A23.2-14A-2014).

Essai d'expansion accéléré sur barres de mortier (CSA A23.2-25A-2014 modifié)

Cet essai a été effectué seulement sur des mortiers de géopolymères à base de laitiers de haut fourneau. Selon les résultats obtenus sur cubes de mortier et sur éprouvettes de béton, il a été déterminé que l'activation des laitiers de haut fourneau à 23oC pendant 24 heures était suffisante pour développer une bonne résistance en compression et qu'il était possible de démouler les échantillons après 24 heures sans les abîmer, ce qui n'est pas le cas pour les géopolymères à base de cendres volantes. Ainsi, dans le cadre de cette recherche, il a été décidé que seuls les laitiers seraient soumis à l'essai accéléré sur barres de mortier (CSA A23.2-25A-2014 modifié); les laitiers L1 et L2 ont ainsi été sélectionnés pour cette partie de l’étude.

La procédure utilisée pour évaluer l'expansion longitudinale de barres de mortier de géopolymères est sensiblement la même que celle décrite dans le volet 1 - Ajouts cimentaires alternatifs, mise à part quelques modifications (i.e. méthode modifiée). Les mélanges utilisés lors de cet essai sont présentés au Tableau 3.18. Pour tous les mélanges fabriqués dans le cadre de cette étude, trois barres de mortier (250 mm x 25 mm x 25 mm) ont été fabriquées; les proportions de base des mélanges étaient 440 g de liants et 990 g de granulats. Les granulats ont tous été préalablement concassés et tamisés pour obtenir la granulométrie d'un sable. Les différentes fractions granulométriques ont été recombinées selon les exigences de la norme CSA A23.2-25A-2014 (Tableau 3.6). Les mêmes opérations de préparation des granulats ont donc été utilisées pour les mélanges

portland) ont été utilisés avec un rapport eau : liant de 0,50; ces mélanges serviront à des fins de comparaison entre l'expansion d'un mortier de ciment et d'un mortier de géopolymères. De l'eau du robinet a été utilisée comme solution pour les mélanges de référence.

Dans le cas des mortiers de géopolymères (méthode modifiée), un rapport solution : liant de 0,57 a été utilisé pour permettre un moulage adéquat, alors qu’une solution de NaOH 8M a été retenue comme activateur.

La séquence de malaxage utilisée à la fois pour les mélanges de référence et les mélanges de géopolymères est résumée à l'Annexe B.

Tableau 3.18: Dosage des mélanges sur barres de mortier (CSA A23.2-25A modifié).

Une fois moulées, toutes les barres de mortier (référence et géopolymères) ont été recouvertes d'une jute humide et d’une feuille de plastique et laissées au repos pendant 24 heures à 23o_{C. Suivant cette cure initiale, les barres ont été}

retirées des moules, placées dans un plat hermétique contenant de l'eau à 23o_C

et entreposées dans une étuve à 80oC pour 24 heures. Une mesure de longueur

E/C Ciment (g) Eau (g) Granulats (g) Su 100%&ciment1 _{0,50 440 220 990} Sp 100%&ciment1 _{0,50 440 220 990} Nm 100%&ciment1 _{0,50 440 220 990} Solution/liant Liant (g) NaOH88M (g) Granulats (g) L1 0,57 440 250,8 990 L2 0,57 440 250,8 990 L1 0,57 440 250,8 990 L2 0,57 440 250,8 990 L1 0,57 440 250,8 990 L2 0,57 440 250,8 990 1_{&Composition&chimique&du&ciment&présentée&au&tableau&3.1} Références Géopolymères Su Sp Nm Échantillons Échantillons

initiale a été effectuée suivant ce 24 heures, après quoi les barres ont été transférées dans un plat hermétique contenant une solution d'hydroxyde de sodium (NaOH) 1N à 80oC, puis entreposées à nouveau dans une étuve à 80oC pour 150 jours.

Des mesures ont été effectuées périodiquement afin d’assurer le suivi de l'expansion longitudinale de toutes les barres de mortier. Selon la norme CSA A23.2-27A-2014, dans le cas d’essais conventionnels, le suivi de l'expansion est réalisé sur une période de 14 jours. Dans le cadre de ce projet, cet essai a été prolongé à 150 jours pour évaluer le comportement à long terme de ces nouveaux liants, mais aussi pour vérifier si cet essai doit être considéré comme un outil d'évaluation représentatif de la performance des géopolymères face à la RAS.

Essai d'expansion sur éprouvettes de béton (CSA A23.2-14A-2014 modifié)

Cet essai a été effectué uniquement sur des bétons de géopolymères à base de cendres volantes. La procédure utilisée pour évaluer l'expansion des prismes de béton de géopolymères est sensiblement la même que celle expliquée au volet 1 - Ajouts cimentaires alternatifs, à l'exception de quelques détails au niveau du dosage, de la séquence de malaxage et de la cure additionnelle (conditions d'activation).

La cendre volante CVB, les granulats réactifs Su, Sp et Nm ainsi qu'un sable non réactif, sont les matériaux secs qui ont été utilisés dans la fabrication des échantillons de géopolymères. Dans ce cas-ci, l'activateur alcalin est une solution de NaOH 8M. Des mélanges de référence (i.e. 100% ciment portland) ont aussi été confectionnés pour comparer l'expansion d'un béton de ciment et d'un béton de géopolymères. Le Tableau 3.19 présente les proportions des mélanges qui ont été réalisés lors de cet essai.

Tableau 3.19: Dosage des mélanges sur prismes de béton (CSA A23.2-14A modifié).

Pour chacun des mélanges, trois prismes (300 mm x 75 mm x 75 mm) ont été fabriqués ainsi que deux cylindres (200 mm x 100 mm) pour l'évaluation de la résistance en compression à 28 jours, selon la norme CSA A23.2-9C. La séquence de malaxage des mélanges de référence est résumée à l'Annexe B.

Une fois moulés, les prismes et les cylindres de béton (géopolymères et références) ont été recouverts d'une jute humide et d’une feuille de plastique, puis laissés au repos pendant 24 heures à 23oC. Après ces 24 heures de cure initiale, les prismes et les cylindres ont été retirés des moules. Dans le cas des mélanges de référence, les cylindres ont été entreposés dans une chambre humide jusqu'au moment d'en évaluer la résistance en compression, c'est-à-dire pendant 28 jours. Pour les prismes, une mesure initiale a été effectuée avant de placer les échantillons dans une chaudière de plastique hermétique contenant un géotextile humidifié et de l'eau au fond pour garder un taux d'humidité ≥ 95% (Figure 3.2). Ensuite, les chaudières ont été entreposées dans une chambre à température contrôlée (38oC) pendant 104 semaines.

Dans le cas des bétons de géopolymères, les cylindres et les prismes, une fois démoulés, ont été placés dans un contenant hermétique avec une source d'humidité. Ces contenants ont été par la suite placés pendant 48 heures à

5-10 mm (kg/m3₎ 10-14 mm (kg/m3₎ 14-20 mm (kg/m3₎ Su 100% ciment 0,43 422 181 718 356 356 356 2 Sp 100% ciment 0,43 422 181 720 356 356 367 2 Nm 100% ciment 0,42 420 176 692 339 339 349 2 5-10 mm (kg/m3₎ 10-14 mm_(kg/m3₎ 14-20 mm_(kg/m3₎ Su CVB 0,35 409 143 554 647 370 277 8 50 Sp CVB 0,35 409 143 554 647 370 277 8 50 Nm CVB 0,35 409 143 554 647 370 277 8 50 Références

Échantillons Solution/liant _(kg/mLiant3₎

NaOH 8M (kg/m3₎

Sable (kg/m3₎

Échantillons E/C Ciment

(kg/m3₎ Eau (kg/m3₎ Sable (kg/m3₎ Granulats Superplastifiant (kg/m3₎ Eau supplémentaire (kg/m3₎ Géopolymères *** Masse des granulats et du sable donnée en condition sec Granulats NaOH solide (kg/m3₎

l'étuve à 80oC (correspond à la condition D-48 de la phase 2 Optimisation sur éprouvettes de béton). La Figure 3.9 illustre le montage utilisé lorsque les échantillons étaient placés dans l'étuve. Une fois l'activation terminée, les cylindres ont été entreposés à l’air libre dans le laboratoire à 23oC jusqu'au moment de tester la résistance en compression à 28 jours. Pour les prismes, une mesure initiale a été effectuée et ils ont ensuite été placés dans une chaudière hermétique contenant un géotextile humidifié et de l'eau au fond pour garder un taux d'humidité ≥ 95% (Figure 3.2). Les chaudières ont été entreposées dans une chambre à température contrôlée (38oC) pendant 104 semaines.

Figure 3.9: Montage utilisé lors de l'activation à l'étuve des éprouvettes de béton A) cylindres; B)

prismes.