Présentation du programme expérimental

Dans le but d’atteindre les différents objectifs énoncés dans le chapitre précédent, un important programme d’essais accélérés d’expansion sur éprouvettes de mortier basé sur l’approche du LMDC (dans certains cas, avec des modifications) a été réalisé. Ce programme fait intervenir l’étude de paramètres de fabrication et d’exposition dans le cadre de cinq séries d’essais. Une première série identifiée série 0 est composée d’un mélange incorporant un granulat non réactif et d’un autre mélange incorporant un granulat réactif souvent utilisé pour calibrer les essais d’alcali-réaction. Les séries 1 et 2 sont composées de mélanges incorporant des granulats réactifs échantillonnés près du barrage (non encore altérés par la RAS). La série 3 est composée quant à elle de mélanges incorporant les granulats extraits des carottes prélevées du barrage. Ces séries doivent permettre, par comparaison des courbes d’expansion respectives, de quantifier la silice résiduelle des granulats du béton du barrage. La série 4 est composée de mortiers incorporant différents granulats caractérisés par différents degrés de réactivité aux alcalins (RAS).

3.2.1.1 Série zéro : Mortiers incorporant le calcaire réactif Spratt (calibre LMDC) et mortier préparé avec du sable non réactif HP

Cette série témoin comprend des mélanges de mortier incorporant des granulats dont le comportement est parfaitement connu au regard de la RAS : le calcaire Spratt et le calcaire HP. Un contenant avec uniquement une solution de NaOH de concentration 1N a été aussi conservé à la température de 60 °C afin d’évaluer l’effet de la température sur la concentration de la solution de NaOH dans le temps et sur le plastique qui le compose. D’une part, la grande réactivité du calcaire Spratt est bien connue et ce granulat est souvent utilisé comme étalon pour déterminer le niveau de réactivité d’autres granulats ou calibrer de nouvelles méthodes d’essai (Fournier & Rogers, 2008). En outre la réactivité du calcaire Spratt s’apparente à celle du calcaire belge utilisé par Gao (2010) dans le cadre de ses essais au LMDC. Comme déjà souligné, les travaux de Gao (2010) constituent une base importante pour le présent travail. D’autre part, le calcaire HP, composé presque entièrement de calcite, est un granulat non réactif.

Les barres fabriquées sont divisées en deux groupes selon deux conditions de contrôle de la solution de trempage. La première condition consiste à contrôler les possibles variations de concentration de la solution de trempage au fil du temps en rajustant le volume de la solution, i.e. en réponse aux pertes par évaporation ou associables à la manipulation des éprouvettes lors des mesures. Une certaine quantité de la solution de NaOH de même concentration que la solution initiale est ajoutée jusqu’au niveau d’origine défini par le rapport « volume solution : volume barres » à 1:4. La deuxième condition consiste à renouveler complètement la solution de trempage aux 3 mois (100 jours) ou dès que la concentration varie de ±0,10 N. Dans les deux cas, la concentration effective des solutions de trempage est mesurée chaque deux semaines durant le premier mois, puis chaque mois, puis sur des durées ne dépassant pas 3 mois. Le Tableau 3-1 indique la quantité de barres de mortier fabriquées pour chaque combinaison considérée.

Le squelette granulaire des mélanges de mortier pour cette série se compose de 50 % de particules de granulat réactif de la tranche granulométrique 600-1180 µm et 50 % de sable calcaire HP de la tranche granulométrique 0-2,5 mm. Cette dernière tranche granulométrique a aussi été utilisée pour la fabrication des mélanges n’incorporant que des granulats calcaires HP.

Tableau 3-1 Paramètres expérimentaux des essais d’expansion sur éprouvettes de mortier – Série 0 (60 °C)

Nombre d’éprouvettes pour chaque combinaison (Squelette granulaire LMDC 600-1180 µm)

Granulats constitutifs Contrôle de la solution Ajustement régulier du volume de la solution (A) Remplacement de la solution aux 3 mois†

(B) [Solution] (N)

0,55 0,70 0,85 1,00 1,25 1,50 1,75 1,00

Sable HP 4 4

Calcaire Spratt 4 4

†_{Changement de la solution aux trois mois ou dès que la concentration varie de ±0,10 N}

3.2.1.2 Série 1 : Influence des concentrations en alcalis dans le matériau et dans la solution de trempage : mortiers préparés avec le granulat réactif échantillonné près du barrage (GRO 5-80 mm / squelette granulaire LMDC)

Cette série a pour objectif d’étudier l’effet de la concentration de la solution de trempage et de la teneur initiale en alcalis du mortier sur l’expansion des barres de mortier incorporant des particules du granulat réactif échantillonné près du barrage (GRO : granulat réactif d’origine). Les éprouvettes de mortier (25 x 25 x 285 mm)

N ; 1,25 N ; 1,50 N et 1,75 N. La série se subdivise en deux sous-groupes: dans le groupe G1, la teneur en alcalis (Na2Oeq) des mélanges de mortier est ajustée pour avoir une solution interstitielle de concentration en alcalis égale à 1 N, alors que dans le groupe G2, elle est équivalente à celle de la solution de trempage. En ce qui concerne les éprouvettes de mortier conservées dans une solution 1N de NaOH, outre celles pour lesquelles le volume de solution est régulièrement rajusté au volume initial (A) tout au long de l’essai, on compte un sous-groupe de 8 éprouvettes additionnelles pour lesquelles la solution de trempage est totalement remplacée à chaque période de 100 jours (B).

Le squelette granulaire des mélanges de mortier pour cette série se compose de 50 % de particules de granulat réactif GRO (particules de calibre 600-1180 µm) et 50 % de sable calcaire HP de tranche granulométrique 0- 2,5 mm.

Le Tableau 3-2 présente le nombre d’éprouvettes fabriquées selon les différentes conditions prévues. Tableau 3-2 Paramètres expérimentaux des essais d’expansion sur les éprouvettes de mortier – Série 1 (60 °C)

Nombre d’éprouvettes pour chaque combinaison (squelette granulaire LMDC 600-1180 µm)

Id Granulats constitutifs Contrôle de la solution Ajustement régulier du volume de la solution (A) Remplacement de la solution aux 3 mois†

(B)

[Solution] (N)

0,55 0,70 0,85 1,00 1,25 1,50 1,75 1,00

G1 GRO 600-1180 μm (I) 4 4 4 8 4 4 4 8

G2 GRO 600-1180 μm (II)* 3 3 3 --- 3 3 3 ---

* Mélanges de mortier dopés d’une quantité de NaOH solide ajustée à la concentration en NaO2 eq de la solution de trempage † _{Changement de la solution aux trois mois ou dès que la concentration varie de ±0,10 N}

3.2.1.3 Série 2 : Influence de la taille des particules de granulats : mortiers préparés avec le granulat réactif échantillonné près du barrage (GRO 5-80 mm / squelette granulaire LMDC)

Cette série a pour objectif d’étudier l’effet de la taille des particules du granulat réactif échantillonné près du barrage (GRO : granulat réactif d’origine) sur l’expansion des barres de mortier. Quatre mélanges de mortier ont été préparés en y incorporant des particules du granulat réactif GRO des tranches granulométriques suivantes : 300-600 µm, 600-1180 µm, 1180-2360 µm, 2360-4760 µm. Les éprouvettes de mortier (25 x 25 x 285 mm) ont été immergées dans des solutions de NaOH de concentration 1 N et sont réparties en deux

groupes, l’un pour lequel le volume de solution est régulièrement rajusté au volume initial (A) tout au long de l’essai et l’autre pour lequel la solution de trempage est totalement remplacée à chaque période de 100 jours (B).

Le squelette granulaire des mélanges de mortier pour cette série se compose de 50 % de particules de granulat réactif GRO des tranches granulométriques spécifiées précédemment et 50 % de sable calcaire HP de tranche granulométrique 0-2,5 mm.

Le Tableau 3-2 rapporte le nombre d’éprouvettes fabriquées selon les différentes conditions prévues. Tableau 3-3 Paramètres expérimentaux des essais d’expansion sur les éprouvettes de mortier – Série 2 (60 °C)

Nombre d’éprouvettes pour chaque combinaison (Squelette granulaire LMDC 600-1180 µm)

Granulats constitutifs Contrôle de la solution Ajustement régulier du volume de la solution (A)

Remplacement de la solution aux 3 mois† (B) [Solution] (N) 1,00 1,00 GRO 600-1180 μm 8 8 GRO 300-600 μm 4 4 GRO 1180-2360 μm 4 4 GRO 2360-4760 μm 4 4

† _{Changement de la solution aux trois mois ou dès que la concentration varie de ±0,10 N}

3.2.1.4 Série 3: Réactivité résiduelle des granulats du béton dans le barrage : mortiers incorporant les granulats extraits des carottes prélevées du barrage (loc. 660 → centrale et loc. 734 → prise d’eau / Squelette granulaire LMDC)

Cette série a pour objectif de déterminer l’expansion « résiduelle » pouvant être générée par les granulats extraits des carottes prélevées dans le barrage. Le principe de l’approche du LMDC consiste à évaluer la différence entre les courbes d’expansion ainsi obtenues et celles obtenues avec les granulats d’origine (GRO) de même type que ceux du béton du barrage, mais à l’état vierge (c’est-à-dire n’ayant jamais subi la RAS). À titre de rappel, les carottes ont été prélevées à deux emplacements dans la structure du barrage à l’étude, soit au niveau de la centrale, à une élévation de 660 m, et au niveau de la prise d’eau, à une élévation de 734 m par rapport au niveau de la mer. Les particules du gros granulat extraite de ces carottes ont d’abord été classés en trois classes granulométriques : 5-20 mm, 20-40 mm et 40-80 mm. Les particules de chaque classe

granulométrique ont ensuite été broyées et la fraction 600-1180 µm a été récupérée pour la fabrication des barres de mortier pour cette série (Béland, 2020). Le présent travail ne prend pas en compte la classe granulométrique 40-80 mm en raison des quantités insuffisantes récupérées pour le matériau de cette taille. Les éprouvettes ont été immergées dans une solution de 1N NaOH et subdivisées en deux groupes, l’un pour lequel la solution de trempage est totalement remplacée à chaque période de 100 jours (B) et l’autre où la solution est régulièrement rajustée au volume initial (A).

Les mélanges de mortier fabriqués selon le squelette granulaire LMDC se composent de 50 % du granulat réactif de chaque groupe défini de la tranche granulométrique 600-1180 µm et 50 % de sable calcaire HP de tranche granulométrique 0-2,5 mm. Les mélanges fabriqués selon le squelette granulaire ASTM se compose de 50% du granulat réactif des tranches granulométriques 300-600 µm et 600-1180 µm réparties en proportion égale et de 50% de sable calcaire HP des autres tranches granulométriques.

Le Tableau 3-4 rapporte le nombre d’éprouvettes fabriquées selon les différentes conditions prévues. Tableau 3-4 Paramètres expérimentaux des essais d’expansion sur les éprouvettes de mortier – Série 3 (60 °C)

Nombre d’éprouvettes fabriquées

Granulats constitutifs Squelette granulaire LMDC 600-1180 µm _{(300-600 µm + 600-1180 µm)} ASTM 3† Contrôle de la solution Ajustement régulier du volume de la solution (A) Remplacement de la solution aux 3 mois †† (B) Ajustement régulier du volume de la solution (A) [Solution] 1 N 1 N 1 N GRB 660-520 4 4 3 GRB 660-2040 4 4 3 GRB 734-520 4 4 3 GRB 734-2040 4 4 3

† _{Voir Tableau 3-8 pour plus de détails sur les distributions granulométriques et l’identification ASTM 3.} †† _{Changement de la solution aux trois mois ou dès que la concentration varie de ±0,10 N}

3.2.1.5 Série 4 : Influence de la nature du granulat réactif : mortiers incorporant des granulats réactifs de différentes natures (squelette granulaire ASTM)

Cette série a pour objectif d’étudier le comportement le comportement de mortiers préparés avec une variété de granulats réactifs, en misant cette fois sur la distribution granulométrique suggérée dans la norme ASTM C1260.

En conservant globalement des proportions égales de granulats réactifs et non réactifs, les éprouvettes sont réparties en deux groupes : le premier groupe incorpore des particules de granulat réactif de calibre 300-1180 µm et le second groupe incorpore des particules de granulat réactif de calibre 600-2360 µm. Les distributions granulométriques définies pour les deux groupes d’éprouvettes sont présentées ultérieurement au Tableau 3-8. Toutes les éprouvettes sont immergées dans une solution 1N de NaOH.

Les différents granulats réactifs sélectionnés, selon leur degré de réactivité, sont :

- réactivité modérée : métagrauwacke (granulats du béton du barrage à l’étude), gravier de Sudbury; - réactivité élevée : calcaire Spratt, grès de Potsdam;

- réactivité très élevée : argilite/grauwacke Springhill, ; - réactivité extrême : gravier du Nouveau-Mexique ;

Ce classement suivant les différents degrés de réactivité, rapporté en partie par Fournier et coll. (2016), est basé sur les résultats des essais standards les plus couramment utilisés, notamment l’essai sur prismes de béton. La section 3.2.2 sur la description des matériaux fait mention de certains résultats des essais standards pour chacun de ces granulats.

Le Tableau 3-5 présente le nombre d’éprouvettes incorporant les différents types de granulats considérés. Tableau 3-5 Paramètres expérimentaux des essais d’expansion sur mortier – Série 3.

Type Degré de _{réactivité (300-600 µm + 600-1180 µm)}ASTM 3 _{(600-1180 µm + 1180-2360 µm)}ASTM 4

GRO modéré 3 3 Postdam très élevé 3 3 Sudbury modéré 3 3 Spratt élevé 3 3 Springhill très élevé 3 3 Nouveau-Mexique extrême 3 3