3.2.2 Propriétés de transfert

La dégradation, entrainant une modification de la structure des hydrates et une augmentation de la porosité, va modifier certaines des propriétés de transfert.

Perméabilité

Concernant la perméabilité au gaz, Perlot [Perlot 2005] a étudié les effets de la décalcification sur des mortiers contenant des granulats calcaires et des granulats siliceux avec un CEM I et un CEM V (les mêmes ciments qui seront utilisés dans notre étude).

Ces essais ont été effectués sur des matériaux partiellement dégradés sur des éprouvettes cylindriques. Les résultats sont analysés à l’aide d’un modèle parallèle à partir des résultats sur mortier sain et sur mortier mixte. La couronne dégradée étant plus poreuse, la perméation s’effectue principalement dans cette zone.

Dans le cas des granulats calcaires, la perméabilité des mortiers de CEM I est multipliée par 20. La perméabilité du matériau sain de 5,4.10-17 m² passe à 104.10-17 m². Pour le CEM V, la perméabilité est 30 à 40 fois plus forte sur les mortiers dégradés.

Dans le cas des granulats siliceux, l’augmentation de la perméabilité est beaucoup plus forte. Pour les mortiers de CEM V les perméabilités sont multipliées par 230, et pour les CEM I, les valeurs étaient tellement importantes qu’elles n’ont pu être mesurées avec l’appareillage disponible.

Les mortiers à base de CEM I sont plus perméables que ceux à base de CEM V. Ceci est une conséquence des réactions de décalcification qui dissolvent la portlandite créant ainsi un macroréseau poreux. Selon Perlot, les mortiers à base de granulats siliceux sont plus perméables car leur dégradation est plus importante que celle des mortiers à base de granulats calcaires. Il est en effet possible que les granulats calcaires soient soumis à la dégradation au nitrate d’ammonium et donc se dissolve avec la pâte. La pénétration de l’attaque au cœur du matériau serait plus lente pour ces mortiers comparés aux mortiers à base de granulats siliceux. Néanmoins les taux de dégradation seraient plus importants à cause de la dégradation de la pâte et des granulats.

Diffusion

La diffusion dans un matériau est liée à sa microstructure. Le volume des pores, leur taille, la tortuosité et la connectivité sont les paramètres qui gèrent la diffusivité. La modification de la porosité due à la décalcification va conduire à une augmentation des coefficients de diffusion. De nombreux auteurs ont travaillé sur l’influence de la décalcification sur le coefficient de diffusion des matériaux cimentaires, notamment pour les pâtes de ciment et les mortiers. On trouve moins d’informations concernant les bétons.

Perlot [Perlot 2005] a aussi déterminé la diffusivité de ses mortiers à l’état sain et chimiquement dégradé. Pour les mortiers de CEM I, le coefficient de diffusion de 18.10-13 m².s-1 à l’état sain passe à 162.10-13 m².s-1 une fois dégradé. Pour ceux à base de CEM V, il passe de 3,8.10-13 m².s-1 à environ 85.10-13 m².s-1. La diffusivité est plus importante dans les mortiers à base de CEM I.

Le coefficient de diffusion des mortiers de CEM I à l’état sain est cinq fois plus fort que celui des mortiers de CEM V. Une fois dégradé, le rapport diminue pour passer à deux. L’augmentation des coefficients est due à la dissolution de la portlandite et à la décalcification des C-S-H en zone dégradée. La modification de la microstructure du CEM I est moins marquée que celle du CEM V ce qui explique l’obtention de coefficients de diffusion 8 fois plus forts pour les mortiers de CEM I comparé au CEM V dont les valeurs sont environ 20 fois plus fortes. Les ordres de grandeurs présentés dépendent des taux de décalcification des zones dégradées.

Des essais de diffusion à l’eau tritiée ont été effectués par Matte [Matte et al. 1999] sur des pâtes de CEM I, de rapport E/C de 0,2 contenant 30% de fumée de silice, après une dégradation à l’eau pure. Les épaisseurs dégradées se sont révélées plus faibles pour les bétons contenant de la fumée de silice par rapport aux bétons de CEM I. A l’état sain, les coefficients de diffusion valent respectivement 2,0.10-12 et 1,0.10-14 m².s-1 pour les bétons ordinaires et ceux contenant de la fumée de silice. A l’état dégradé, les coefficients obtenus valent 2,5.10-12 et 92.10-14 m².s-1. Les valeurs des coefficients sont plus faibles pour les pâtes contenant de la fumée de silice. Les épaisseurs dégradées sont plus petites (0,4 mm contre 1,0 mm) mais on remarque que la dégradation est plus forte que pour la pâte de CEM I seule. Le faible rapport E/C utilisé ici n’a pas permis l’hydratation de l’ensemble du ciment. Les anhydres ont donc été soumis à la décalcification modifiant ainsi de manière plus importante la microstructure.

L’effet des fibres sur les propriétés de transfert ne semble pas avoir été étudié en profondeur. Comme dit précédemment, l’ajout de fibres entrainerait la création d’auréoles de transition supplémentaires où la porosité notamment est différente. Les propriétés de transfert étant contrôlées par la porosité du matériau, les fibres devraient conduire à une augmentation des coefficients de diffusion et des perméabilités. Néanmoins, les fibres modifiant la compacité du béton, des additions sont ajoutées à la composition afin que le béton renforcé ait les mêmes caractéristiques mécaniques qu’un béton sans fibres du point de vue de la porosité notamment. Ces additions, souvent des fumées de silice, de part leur caractère pouzzolanique entrainent une diminution de la porosité et de la taille des pores ce qui conduit bien souvent à des propriétés de transfert plus faibles que pour un béton sans fibres. Il devient donc difficile de faire la part des choses et l’influence des fibres est difficile à quantifier. Nous ne pouvons donc pas répondre précisément à cette question. De plus, si les fibres devaient être orientées préférentiellement, les propriétés de transfert pourraient être aussi dépendantes de la direction considérée.

Si le coefficient de diffusion augmente à cause de la présence des fibres, la dégradation par lixiviation (qui est un phénomène diffusif) sera donc vraisemblablement plus importante.