Chapitre VI-Faciès d’altération et répartition des alcalins dans les bétons
particulièrement pour les bétons « nC » et « cN ». En ce qui concerne le béton « cC » les alcalins semblent se diluer dans un grand nombre de grains réactifs favorisant l’observation de faibles concentrations locales en sodium puis en potassium d’où un faible endommagement et une expansion peu marquée de cette éprouvette.
VI.2. Caractérisation de l’altération des bétons à base de
granulats du calcaire siliceux du Tournaisis
Comme pour les bétons à base de granulats de Conchil le Temple, une description au niveau microstructurale de l’altération des éprouvettes de bétons « tN » et « tT » a été réalisée. L’étude s’est focalisée sur les éprouvettes suivies à 60 et 38° C à propos desquelles des différences de comportement expansif ont été observées. La proportion moyenne de chaque critère de dégradation est présentée dans le tableau VI.2.
Expansion (%) Gf sf Pf « stotal » (0,025/4 mm) « Gtotal » (4/14 mm) tN-60° C 0,14 - 80 34 744 0 tN-38° C 0,165 - 112 86 800 0 tT-60° C 0,077 14 24 17 480 42 tT-38° C 0,18 17 31 28 536 38
Tableau VI.2 : Comparaison de défauts apparaissant au sein des éprouvettes de bétons à base du calcaire siliceux du Tournaisis à 60 et 38°C
Gf : nombre de gravillons fissurés. sf: nombre de grains fissurés du sable. Pf : nombre de fissures dans la pâte de ciment entre deux grains consécutifs. stotal : nombre total de grains du sable « t » par lame mince. Gtotal : nombre total de grains des gravillons « T » par lame mince.
VI.2.1. Importance de la microfissuration
La microfissuration est le critère d’altération qui permet de mieux comparer l’altération microstructurale des éprouvettes de bétons « tN » et « tT » à 60 et 38° C (tableau VI.2). En effet, concernant l’amorphisation, seules quelques rares plages de quartz microcristallin de taille comprise entre 0,25 et 1 mm, isolées dans la pâte de ciment, présentent des zones amorphisées surtout après le suivi à 38° C. Leur proportion, très faible par rapport à l’ensemble du volume de sable « t » ne permet pas de dégager de tendance en fonction de la formulation analysée. C’est la raison pour laquelle ce défaut n’a pas été pris en compte dans le tableau VI.2.
Les trois critères de fissuration permettent de distinguer les bétons qui sont plus expansives de ceux qui le sont moins. En effet, la fissuration du sable et de la pâte de ciment
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de la formulation « tN » est plus importante à 38° C qu’à 60° C. De même pour la formulation « tT », le sable et les gravillons ainsi que la pâte de ciment sont plus endommagés à 38° C qu’à 60° C. Le critère de dégradation « pf » rend mieux compte de l’endommagement marqué à 38° C.
VI.2.2. Faciès d’altération et répartition des alcalins et du calcium dans la
silice des bétons « tN » et « tT »
Contrairement aux granulats de Conchil le Temple constitués entièrement de silice libre, les différentes formes de silice dans le calcaire siliceux du Tournaisis sont aléatoirement dispersées dans la matrice carbonatée. Au total cinq formes siliceuses ont été identifiées préalablement dans le calcaire siliceux brut (§ III.5.4). Il s’agit de quartz sub automorphe, xénomorphe, de calcédonite, de quartz microcristallins et de la silice diffuse. Nous allons décrire, pour chaque forme siliceuse, l’importance de l’altération observée et surtout la capacité de ces dernières à fixer les alcalins et le calcium de la pâte de ciment dans chaque formulation après le suivi à 60 et à 38° C.
VI.2.2.1. Les formes de silice les moins dégradées
Les formes de silice de type quartz sub automorphe, quartz xénomorphe et calcédonite ne présentent pas des signes de l’altération tels que l’amorphisation, la microfissuration ou l’augmentation de la porosité que ce soit dans la formulation « tN » ou « tT » à 60 comme à 38° C comme l’illustre les planches VI.23 à 25. Ces phases siliceuses se retrouvent donc au stade 0 voir rarement au stade 1 de la dégradation. Les tableaux VI.3 à 5 contiennent les valeurs moyennes des teneurs en alcalins, calcium et silicium (traduites sous forme d’oxyde) respectivement mesurées à partir des plages de quartz sub automorphe, xénomorphe et de calcédonite. Le détail des analyses est présenté en annexe F. Ces analyses montrent que les taux d’alcalin et de calcium sont très proches des valeurs obtenues dans le calcaire siliceux brut (entre 0,2 et 0,4% pour le sodium et une absence de potassium). Les proportions de calcium, variant entre 0,1 et 3%, semblent surtout lier à l’influence de matrice carbonatée environnante sur l’analyse. Comme le montre la planche VI.24, dans certains cas, la bordure de quartz xénomorphe peut laisser apparaitre un taux de sodium de 0,4% légèrement supérieur à la moyenne rencontrée dans cette forme de silice au sein du granulat brut (0,3%).
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Tableau VI.3 : Moyenne des pourcentages massiques exprimés en oxyde des éléments chimiques impliqués dans la R.A.S. (n.d. non détecté) - cas des quartz sub automorphes
Zones Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 K2O CaO Fe2O3
1 0,2 n.d n.d. 98,5 n.d. n.d. n.d. 1,2 0,1 2 n.d n.d n.d. 98,0 0,7 0,3 n.d. 1,0 0,1 3 0,2 n.d n.d. 98,3 0,3 0,1 n.d. 1,0 n.d 4 0,2 n.d n.d. 98,7 0,6 0,1 n.d. 0,4 n.d. Quartz sub automorphe 6 0,1 0,1 n.d. 97,9 0,3 0,2 n.d. 1,2 n.d 5 0,2 0,6 0,2 0,4 0,1 0,2 0,2 98,0 0,1 Matrice carbonatée 7 n.d. 0,5 0,4 0,4 0,5 0,4 0,4 96,9 0,3 Pâte de ciment 8 0,4 n.d. 10,7 18,7 1,1 4,2 1,1 62,1 1,6
Planche VI.23 : Exemple d’analyse locale obtenue sur une plage de quartz sub automorphe non altéré dans le béton « tN » à 38° C (n.d. non détecté) - stade 0
A) Image MEB obtenue en mode EDS d’une plage de quartz sub automorphe, partiellement environnée par la matrice carbonatée ne présentant aucun enrichissement en alcalins. Les analyses obtenues à proximité de la matrice carbonatée (1 à 3 et 6) montrent des teneurs en calcium d’environ 1% consécutif à l’interaction de la poire d’analyse EDS (1 à 2 µm3 de volume) avec cette dernière.
Na2O K2O CaO SiO2 Granulat brut 0,2 n.d. 1,0 98,2 60° C 0,3 n.d. 0,6 98,6 tN 38° C 0,1 n.d. 1,0 98,2 60° C 0,2 0,01 0,7 98,2 tT 38° C 0,1 n.d. 0,6 98,5 A
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Tableau VI.4 : Moyenne des pourcentages massiques exprimés en oxyde des éléments chimiques impliqués dans la R.A.S. (n.d. non détecté) - cas des quartz xénomorphes
Zones Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 K2O CaO Fe2O3
Matrice carbonatée 1 0,1 0,8 0,5 3,8 0,7 0,4 1,5 92,0 0,2 2 0,5 2,0 24,5 56,8 0,3 0,9 10,2 2,8 1,9 Veine d’argile 3 2,7 1,2 12,0 61,7 n.d. 0,8 10,2 10,2 1,1 4 0,3 0,3 0,5 97,7 0,1 0,2 0,3 0,5 0,1 5 0,4 0,2 n.d. 98,7 n.d. 0,1 n.d 0,4 n.d Bordure du quartz xénomorphe 7 0,2 0,1 n.d. 99,1 0,3 0,1 n.d. 0,2 n.d 6 0,3 0,1 n.d. 99,0 0,3 0,2 n.d. 0,2 n.d Zone interne du quartz xénomorphe 8 0,3 0,7 n.d. 99,1 0,1 0,1 n.d. 0,2 0,1
Planche VI.24 : Exemple d’analyse locale obtenue sur une plage de quartz xénomorphe peu altérée dans la matrice carbonatée (image A) du béton « tN » à 60° C (n.d. pour non
détecté) - stade 1
A) Vue d’ensemble d’un grain de calcaire siliceux altéré au MEB en mode électrons rétrodiffusés présentant des quartz xénomorphes exempts d’altération (Qz). B) Plage de quartz xénomorphe analysée au MEB ses mesures en EDS. A noter la présence de fissures partiellement remplies (Fp) de produits de la réaction. Présence de sodium dans les veines d’argiles.
Na2O K2O CaO SiO2