LES CHLORURES DANS LES MATERIAUX CIMENTAIRES

LES CHLORURES DANS LES MATERIAUX CIMENTAIRES

CHAPITRE I. ETAT DE L’ART SUR LES PROPRIETES DE TRANSFERT DANS LES
MILIEUX POREUX

Le béton est le matériau le plus utilisé au monde. Il a démontré sa conformité en matière de développement durable par sa position compétitive en matière de bâtiments BBC (bâtiment à basse consommation énergétique) et par son cout faible. En plus de ses propriétés mécaniques et sa facilité de mise en œuvre, vient la notion de durabilité du béton dont le but est de préserver l’intégralité de ces performances mécaniques pendant sa durée de vie. Ce matériau se comporte comme un être vivant, qui réagit avec son environnement et qui vieillit au cours du temps. Plusieurs mécanismes de dégradation résultent de ces réactions, parmi les quels, la corrosion induite par les chlorures qui affecte considérablement les propriétés mécaniques de la structure. Actuellement, dans de nombreux pays, des travaux importants de recherches sont consacrés au développement de nouvelles approches de durabilité, afin d’accroître la durée de vie des ouvrages en béton armé au coût le plus bas. Ces nouvelles approches sont basées sur la sélection des indicateurs de durabilité qui sont devenus les bases essentielles pour qualifier une formulation de béton et assurer une durée de vie maximale pour ce matériau. Cette notion de durabilité est prise en compte par de nouveaux textes normatifs en s’appuyant sur la notion de classe d’exposition imposée au prescripteur afin de définir les actions dues à l’environnement auxquelles le béton de l’ouvrage ou de chaque partie d’ouvrage va être exposé pendant la durée d’utilisation de la structure. Ces actions dues à l’environnement sont regroupées en classes d’exposition prescrites par la norme EN 206-1. Parmi les causes principales qui influent sur la durée de vie d’une structure en béton armé exposée au milieu marin, les ions chlores. Si le béton n’a pas la capacité d’empêcher la pénétration de ces ions dans sa structure poreuse, ils seront à l’origine de la destruction de la couche protectrice des aciers et provoquent ainsi leur corrosion. L’aptitude des bétons à résister à ces dégradations est caractérisée par deux grandeurs physiques. La perméabilité et la diffusivité. Considérés comme des indicateurs de durabilité, ces deux mécanismes son responsables du transport de matière à travers le matériau béton. La perméabilité décrit un écoulement de fluide (eau ou gaz) qui se produit sous gradient de pression, elle dépend de la taille des espaces poreux dans lesquels s’écoule le fluide ainsi que de leur interconnexion. La diffusivité est relative au déplacement d’une espèce chimique à  l’échelle moléculaire sous l’effet d’un gradient de concentration. Elle ne dépend pas de la taille des pores mais de leur interconnexion [BUI, 92 cité par DEB, 08]. La résistance du béton contre ces agents agressifs ne peut être importante que s’il y a un transport de matière par ces deux phénomènes. Donc, il est très important de comprendre ces mécanismes et de les maîtriser en vue de réaliser un béton durable.

CARACTERISTIQUES DES MILIEUX POREUX

Le béton durci est un matériau poreux composé de pâte de ciment hydratée et de granulats. Les trois phases constituant la structure du béton sont (Figure I.1.) :La phase solide (matrice) qui comprend la pâte de ciment, les granulats et l’interface pâtegranulats. La pâte de ciment est formée par des grains de ciment hydratés et se compose de50% de gel C-S-H, 20% de portlandite Ca(OH)2, 10% d’aluminates et de sulfoaluminates decalcium hydratés et 20% d’autres composants (CA2SH8, CA3, etc.).L’interface pâte-granulats existe autour des granulats et dépend de la forme et la composition chimique des granulats. Pour les granulats calcaires qui sont assez poreux, cette interface est moins perméable et plus résistante que celle des granulats siliceux [CAM, 08]. La phase liquide (pores) comprenant les différents types d’eau existant dans le béton :L’eau capillaire remplit le volume poreux au-delà de la couche adsorbée et est séparée de la phase gazeuse par des ménisques. L’eau adsorbée est présente sur la surface solide des pores, notamment sur le gel C-S-H et soumise à des champs de forces superficielles par l’intermédiaire des forces intermoléculaires de Van der Waals et des forces électrostatiques.L’eau chimiquement liée représente l’eau consommée au cours des réactions d’hydratation du ciment ou combinée avec d’autres composants dans les hydrates.La phase gazeuse (pores) comprend de l’air et de la vapeur d’eau coexistant dans les pores du béton. Ces derniers se composent de pores capillaires et de pores internes aux hydrates. Les pores capillaires se trouvent dans les espaces inter-granulaires et sont directement liés au rapport eau/ciment. Les pores internes aux hydrates sont indépendants du rapport eau/ciment et se forment en cours d’hydratation de la pâte de ciment [TRA, 09].

Table des matières

Introduction générale
I. Contexte de l’étude 
II. Problématique générale et objectifs du travail 
III. Organisation générale du mémoire
CHAPITRE I : ETAT DE L’ART SUR LES PROPRIETES DE TRANSFERT DE MASSE
DANS UN MILIEU POREUX
I. 1. INTRODUCTION
I.2. CARACTERISTIQUES DES MILIEUX POREUX 
I.2.1. Définition
I.2.2. Caractérisation d’un milieu poreux
I. 3. LA DIFFUSION 
I.3.1 Diffusion en régime stationnaire
I.3.2 Diffusion en régime transitoire 
I.4. LA MIGRATION 
I.4.1. Migration en régime stationnaire 
I.4.2. Migration en régime transitoire 
I.5. LES CHLORURES DANS LES MATERIAUX CIMENTAIRES
I.5.1. Chlorures libres 
I.5.2. Chlorures fixés 
I.5.3. Détermination de la quantité de chlorures fixés 
I.6. EFFET DE LA TEMPERATURE SUR LE TRANSPORT DANS UN MATERIAU CIMENTAIRE
I.6.1. Effet de la température sur la porosité du béton 
I.6.2. Effet de la température sur la résistance mécanique du béton
I.6.3. Influence de la température d’essai sur la pénétration des ions chlorures dans le béton
I.6.4. Influence de la température d’essai sur la fixation des chlorures dans un matériau cimentaire
I.6.5.Influence de la température sur la corrosion des aciers
I.7. CONCLUSION
CHAPITRE II : MOYENS DE MESURE
II.1. INTRODUCTION
II.2. ESSAIS AU LABORATOIRE 
II. 2.1. Préparation du corps d’épreuve 
II.2.2. La structure poreuse des bétons durcis 
II.2.3. La porosité accessible a l’eau par pesée hydrostatique
II.2.4. Porosimètrie des bétons durcis par intrusion de mercure 
II.2.5. Porosimétrie par isothermes de désorption
II.3. METHODE DE DETERMINATION, EN CONDITION, SATUREE DES DIFFERENTS COEFFICIENTS DE DIFFUSION DES CHLORURES DANS LE BETON
II.3.1. Essai de diffusion en régime stationnaire Dediff 
II.3.2. Essai de diffusion en régime transitoire Dapp 
II.3.2.1 ESSAI D’IMMERSION 
II.3.2.2. ASTM C1556 (sur la base de NT BUILD 443
II.3.2.3 ASTM C1543 (sur la base d’AASHTO T 259
II.3.3. ESSAI DE MIGRATION EN REGIME STATIONNAIRE Dediff
II.3.3.1. ESSAI DE MIGRATION (AFREM
II.3.3.2. Norme NT BUILD 355 
II.3.4. ESSAI DE MIGRATIONEN REGIME NON STATIONNAIRE (TRANSITOIRE) 
II.3.4.1 LA NORME AASHTO T 277 (2005) 
II.3.4.2. AASHTO TP64 (basée sur NT BUILD 492 [BUI. 99]) 
II.4. ESSAIS IN SITU
II.4.1 Essais destructifs
II.4.1.1 les profils de chlorure 
II.4.1.2. Méthodes de prélèvements des carottes de béton 
II.4.2 Essais non destructifs
II.4.2.1 Mesures de la résistivité 
II.4.2.2. Méthode électromagnétique 
II.4.2.3. La technique capacitive 
II.4.2.4.Ondes mécaniques ultrasonores
II.5. AVANTAGES ET INCONVENIENTS 
II.5.1. Les essais de diffusion en régime permanent
II.5.2. Les essais de diffusion en régime transitoire 
II.5.3. Les essais d’immersion 
II.5.4. Les essais de migration en régime permanent 
II.5.5. Les essais de migration en régime transitoire 
II.5.6. Les essais destructifs (ED) 
II.5.7. Les essais non destructifs (END) 
II.6. CONCLUSION
CHAPITRE III : ETUDE EXPERIMENTALE
III.1. INTRODUCTION
III.2. MATERIAUX 
III.2.1. Agrégats 
III.2.2. Ciment 
III.2.3. L’eau 
III.2.4. Confection des éprouvettes
III.2.5. Cure 
III.2.6. Préparation des solutions et des réactifs
III.3. MATERIEL
III.3.1.Appareillages
III.3.2. Préparation des corps d’épreuve
III.4. POROSITE ACCESSIBLE A L’EAU 
III.4.1. Pesée hydrostatique 
III.4.2. Pesée à l’air 
III.4.3. Pesée à sec 
III.5. DISPOSITIF EXPERIMENTAL POUR EFFECTUER DES ESSAIS A DIFFERENTES TEMPERATURES
III.5.1. Essais aux températures 20 + 2 °C 
III.5.2. Essais aux températures 0 + 2 °C 
III.5.3. Essais aux températures 40 +2 °C 
III.6. PROTOCOLE DE DIFFUSION DES IONS CHLORES 
III.7. RESULTATS ET DISCUSSION 
III.7.1 Intensité du courant 
III.7.2 Evaluation de la profondeur Xd 
III.7.3. Calcul du coefficient de diffusion apparent 
III.8. RESULTATS
III.8.1. Effet de la température sur la profondeur de pénétration 
III.8.2. Effet de la température sur le coefficient de diffusion. 
III.8.3. Effet de la température sur l’intensité du courant et la résistivité 
III.8.4. Corrélation approximative entre essai AASHTO 277 et NT BUILD 492 pour des différentes températures
III.9. CONCLUSION 
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES 
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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