Profils hydriques en mouillage permanent

Comme il a été relevé dans la synthèse bibliographique, plusieurs théories essayent d’expliquer le mécanisme de la réaction chimique AAR et son gel expansif. On peut citer l’approche topo-chimique qui fixe l’endroit de l’AAR à la surface des granulats réactifs. Une autre approche trans-solution est celle de Le Chatelier qui décrit un emplacement différent de l’AAR, et cela à n’importe quel endroit dans le béton dans la solution interstitielle [Grimal, 2007]. Dans l’approche topo-chimique, le mécanisme de l’RAS est basé sur l’attaque du granulat et les phénomènes d’expansion. Il se déroule en trois phases, la première phase est l’attaque des liaisons silanols, la deuxième phase est la création d’un gel silico-alcalin, or la dernière phase est le vieillissement du gel par le remplacement des ions Na+ et K+ avec les ions Ca2+. L’approche trans- solution, montre que le mécanisme de l’RAS est basé sur l’attaque des granulats par la solubilité des éléments chimiques (l'ion de potassium K+) en trois phases.

2B : Béton alcali-réactif de 3 mois d’âge [Na2Oéq 1,25 %, T50 °C, 100 % HR]. (1) : Gel sur granulats arrachés.

(2) : Auréoles marron foncé formés autour des granulats.

93

La phase 1 est le mécanisme topochimique, la phase 2 est la dissolution du gel et passage en solution, et la phase 3 est la coagulation de ces produits pour former des gels d'AAR.

Il est à noter qu’après l’écrasement de nos éléments structuraux, lors de l’analyse macroscopique on a observé deux sortes de décoloration dans la surface interne du béton alcali-réactifs. Cela est au niveau de la section transversale plus précisément à la mi-hauteur de l'éprouvette, de même dans le sens longitudinal. Les décolorations relevées ne sont en fait qu’une surface blanchâtre et une autre aire mouillée dite (Profil hydrique). La surface blanchâtre est sèche, pleine de gel qui occupe la périphérie, elle se situe et se distribue d’une manière très proche au parement des éléments de béton affecté de l’AAR. Et elle entoure la deuxième surface mouillée qui est centrique, contenant moins de gel, dont le mouillage est permanent dans le temps en cours et après les essais effectués. En outre, cette zone mouillée prend la forme presque circulaire ou ellipsoïdale dans les éléments en béton (Figure III.3.a et b). Et en cas du béton armé, elle change de forme, et elle se répartit au cœur du béton confiné et sur le long des armatures transversales et longitudinales comme le montre la figure III.3.c.

La surface périphérique blanchâtre est celle que traverse le gel formé vers les extrémités ensuite en peau des éléments en béton, vu la présence intensive de ce gel. Ces décolorations blanchâtre et mouillée sont visibles aux éléments structuraux de section prismatique destinés à l’essai de flexion. Il s’avère impossible de les repérer après l’écrasement des éprouvettes cylindriques (Ø11, H22) cm et cubiques (10 cm de coté) à cause de l’endommagement total des spécimens en béton (B), dont la section de rupture (en plan 3D) n’est pas dans un seul plan (2D) comme dans le cas des éprouvettes prismatiques où la section de rupture est cisaillée.

Figure III.3 Profil hydrique permanent dans les éléments structuraux : cubes 10 x 10 x 10 cm, prismes 7 x 7 x 28 cm et poutres 120 x 20 x 15 cm en béton alcali réactif (B) jusqu’à 6 mois

d’âge.

(a) (b) (c)

2B : Béton alcali-réactif de 3 mois d’âge [Na2Oéq 1,25 %, T 50 °C, HR 100 %]. 1B : Béton alcali-réactif de 6 mois d’âge [Na2Oéq 1,25 %, T 50 °C, HR 100 %].

(1) : Section blanchâtre plaine de gel. (2) : Section avec humidité permanente. (a) : Eprouvette cubique 10 x 10 x 10 cm en béton 2B, (b) : Eprouvette prismatique 7 x 7 x 28 cm en béton 1B. (c) : Poutre 120x20x15 cm en béton 2B.

(1) (1) (1) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (1) (1)

94

Le mesurage des surfaces avec une humidité permanente (mouillée) et les zones blanchâtres, nous ont permis de tracer des courbes de ces surfaces dans les bétons (B) en fonction du temps. La figure III.4 est subdivisée en trois parties, la première partie englobe la croissance de toutes les représentations graphiques des divers éléments structuraux. Le pourcentage maximum a abouti pour les éprouvettes prismatiques 7 x 7 x 28 cm pendant les quatre premières semaines. Par ailleurs ces courbes semblent proches l’une à l’autre pour le reste des éléments comme les poutres 120 x 20 x 15 cm et les cubes 10 x 10 x 10 cm. La phase suivante peut aller jusqu’à la 12ème semaine environ, d’où la continuité la progression n’est que pour les poutres uniquement. À la fin, de ces tracés environ à la 24ème semaine, les graphes tendent à se stabiliser et on note sans doute une légère reprise dans les prismes, autrement les poutres montrent une allure descendante.

On constate également d’après la même figure III.4 que dans le béton (B), plus la section des éléments augmentent, la section hydrique augmente. Elle dépasse les 75 % dans la section longitudinale des éprouvettes prismatiques, à 28 jours d’âge. On repère aussi qu’au-delà des 4 semaines, l’ordre des spécimens est constant mais on déduit que la dominance revient au plus grand volume. Car les petits éléments cubiques ont perdu plus de 44 % de la surface hydrique par rapport à la valeur enregistrée à 28 jours. On peut dire aussi que le pourcentage du profil hydrique est proportionnel avec l’évolution des courbes de dilatation causée par l’AAR. Cela est valable tout au long de 6 mois d’essai pour les éprouvettes prismatiques et cubiques.

Figure III.4 Profil hydrique dans les cubes 10 x 10 x 10 cm, prismes 7 x 7 x 28 cm et aux poutres 120 x 20 x 15 cm en béton et béton armé alcali-réactif (B jusqu’à 6 mois de test.

Alors que pour les courbes des poutres en béton armé (B), les valeurs sont toujours plus faibles que celles des éléments en béton (B). Les chutes au béton

0% 20% 40% 60% 80% 0 4 8 12 16 20 24 Cube 10x10x10 Prisme 7x7x28 (Surf 7x7) Prisme 7x7x28 (surf 7x28) Poutre 120x20x15 (Surf 120x20) Temps (semaine) P ro fil hy driqu e (%)

A: Béton et béton armé de référence Na₂O_éq 0, 3 % [RH 100 %, T~ 20 °C]

95

(B) commencent à partir de la 4ème semaine, mais pour le béton armé (B) ces chutes apparaissent jusqu’à 3 mois. (Figures III.4 et 5)

Figure III.5 Surface blanchâtre dans cubes 10 cm de côté, prismes 7 x 7 x 28 cm et poutres 120 x 20 x 15 cm en béton et béton armé alcali-réactif (B) jusqu’à 6 mois d’âge.

Cela peut être expliqué par le volume important des poutres par rapport aux cubes et prismes, la présence des armatures peut être en plus un facteur ou un réactant supplémentaire pour l’AAR. La surface hydrique et celle des zones blanchâtres évoluent de façon contraire, puisqu’elles sont complémentaires l’une à l’autre. (Figures III.4 et 5)

Avec : P.H : Profil hydrique en (%) S.H : Surface hydrique en (m²)

S.T : Section totale de l’élément structural (m²) S.B : Surface blanchâtre en (%)