Suivi de masse

A chaque échéance de prélèvement dans l’enceinte de carbonatation accélérée, tous les échantillons sont pesés de manière à évaluer la quantité de CO2 fixée dans la matrice cimentaire. La Figure 5.14 montre que la masse des échantillons augmente significativement du fait que le volume molaire de la calcite (37 cm³.mol^-1) est plus important que celui de la portlandite (33 cm³.mol^-1).

Ces résultats mettent en évidence les points essentiels suivants :

Le béton C1 E35 à base de CEM I, qui apparaît macroscopiquement non carbonaté, présente un gain de masse régulier dû à la transformation d’une partie de Ca(OH)2 en CaCO3. Ainsi, même si cette carbonatation est globalement trop faible pour abaisser le pH en dessous de 9, elle ne peut être totalement négligée.

La masse du béton C2 E67 s’équilibre pratiquement à 14 jours, nous pouvons donc considérer que la carbonatation est stabilisée et que toute la portlandite accessible au CO2 est

probablement carbonatée. De la même manière, la masse du béton C1 E63 s’équilibre à 28 jours, ce qui doit correspondre aussi à la fin de la carbonatation.

0 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Racine carrée du tem ps (tem ps^1/2)

Gain de masse (%)

C 1 E 35 C 1 E 50 C 1 E 63 C 2 E 35 C 2 E 50 C 2 E 67

Figure 5.14: Gain de masse des différents bétons d’étude

La Figure 5.15 est obtenue en traçant le gain de masse en fonction de la profondeur de carbonatation pour tous les bétons. Pour chaque béton pris séparément, nous observons généralement une bonne corrélation linéaire entre ces deux paramètres. Cela signifie qu’une simple mesure de poids représente déjà un bon estimateur de l’état de la carbonatation. En effet, ces deux paramètres s’équilibrent en même temps. Par contre, le fait que la pente des droites soit variable (comprise entre 1,3 et 1,9) démontre qu’il n’est pas possible de quantifier précisément la profondeur de carbonatation avec la simple mesure de masse, seule une estimation est envisageable.

y = 1,8909x + 0,268

Figure 5.15: Corrélation entre la profondeur de carbonatation et le gain de masse des bétons d’étude

La Figure 5.16 trace l’évolution du gain de masse en fonction de la porosité à l’eau des différents bétons à l’état initial. Plus la porosité initiale augmente, plus le gain de masse augmente. Ceci est vrai pour tous les cas, sauf à partir de 28 jours où nous remarquons que malgré la plus forte porosité initiale du béton C2 E67 par rapport au béton C1 E63, le gain de masse évolue inversement. Ceci peut s’expliquer par le fait que le béton C1 E63 à base de CEM I possède une plus grande réserve de portlandite que le C2 E67 à base de CEM II, donc potentiellement plus de carbonates formés à partir du CEM I que du CEM II. Ceci contribue donc à conclure que la porosité totale est probablement le facteur majeur régissant les cinétiques de carbonatation des différents bétons étudiés.

0

Figure 5.16 : Evolution du gain de masse en fonction de la porosité à l’eau initiale

Concernant les pâtes de ciment CEM II et CEM I qui ont une consistance normalisée et qui ne se sont pas carbonatées ni au bout de 14 jours ni au bout de 2 mois, leur gain de masse est négligeable (cf. Tableau 5.5).

Réf ciment CEM II (CPJ) CEM I (CRS)

Temps (j) 14 60 14 60

Gain de masse (%) 0,03 0,04 0,27 0,27

Tableau 5.5: Gain de masse des pâtes de ciment carbonatées

5.3 Mesure du pH

À l’aide d’un pH mètre, nous avons mesuré le pH des bétons broyés à l’état sain et à l’état carbonaté pour toutes les échéances (t0, 7j, 28j et 3 mois). Pour ce faire, nous avons formé une solution par mélange de poudre avec une eau déionisée qui a un pH égal à 7, à raison de 3 g en béton broyé et 6 g d’eau déionisée (cf. Figure 5.17). La poudre de béton a été préparée de la même manière que pour les essais de la DRX et de l’ATG (cf. Chapitre 5 – ATG, DRX). Il est important de préciser ici que ces mesures de pH ne peuvent pas correspondre à une mesure du pH de la solution interstitielle des bétons [13], il s’agit d’une mesure du pH d’une solution issue de la solubilisation à court terme de poudre de béton. Ces deux mesures sont assurément liées mais ne peuvent être identiques.

Enfin, nous avons cherché à caractériser principalement la partie carbonatée des échantillons, du moins lorsqu’elle existe. C’est le cas pour les bétons de E/C ≥ 0,5, mais cette opération s’avère difficile voire impossible sur les bétons de E/C = 0,35 du fait de la faible épaisseur carbonatée.

Figure 5.17: Mesure du pH

8 9 10 11 12 13

0 20 40 60 80

temps de carbonatation (j)

pH

C1E35 C2E35 C1E50 C2E50 C1E63 C2E67

Figure 5.18: Evolution du pH en fonction du temps de carbonatation des bétons d’étude

De la Figure 5.18, nous pouvons déduire qu’à l’état initial, le pH mesuré des bétons étudiés est voisin de 12,2, ce qui est cohérent avec le pH d’équilibre du béton sain (environ 12,5). Le pH diminue systématiquement avec le temps d’exposition, cette chute est plus rapide pour un E/C élevé et elle peut atteindre environ 8, pH d’un béton dont la portlandite est totalement carbonatée. Le pH des bétons à base de CEM I est plus élevé que celui des bétons à base de CEM II.

La très faible baisse du pH enregistrée pour le béton C1 E35 confirme les conclusions des mesures de masse suivant lesquelles le béton est insuffisamment carbonaté pour une mesure du pH à la phénolphtaléine, mais tout de même au moins partiellement carbonaté.

Les valeurs du pH mesurées sur poudre de béton sont tracées en fonction de l’épaisseur du front de carbonatation pour tester une éventuelle corrélation (Figure 5.19). Il résulte de cette confrontation qu’une relation linéaire peut être établie, sous réserve d’éloigner une fraction des résultats. Il est intéressant de noter que le front de carbonatation, qui mesure une épaisseur jusqu’à un seuil de pH, est corrélé avec le pH de la zone carbonatée. Ainsi, cette mesure de pH peut être utilisée pour estimer l’ampleur de la carbonatation en profondeur.

Malheureusement, le prélèvement de la partie exclusivement carbonatée n’est pas chose aisée, du fait de l’estimation de l’épaisseur carbonatée de son hétérogénéité, ce qui explique la dispersion importante de certains résultats.

8 9 10 11 12 13

0 1 2 3 4

front de carbonatation (cm )

pH

C1E35 C2E35 C1E50 C2E50 C1E63 C2E67

Figure 5.19: Evolution du pH en fonction du front de carbonatation

5.4 La porosité accessible à l’eau