[PDF] Chapitre 3 : La structure poreuse des bétons et les propriétés de

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Chapitre 3

Jean

Résumé

Les pores capillaires, les plus gr

le rapport E/C et soigner la cure. La peau du béton est en outre particulièr porosi 1

à pénétrer dans le rése

agents agressifs concentratio concernent le choix des composants, la formulation et les conditions le liquide interstitiel contenu dans les pores alors que le dioxyde de carbone diffuse beaucoup plus béton. approprié. 2

Dans le chapitre 4 il est montré que les agressions chimiques résultent du déséquilibre entre

condition nécessaire pour

la structuration de la phase liante. Concevoir un béton durable consistera donc à o

2.1 2.1.1

Figure 3.1

a s, le volume de la partie solide du m o, le volume des pores " o,i, le volume des pores ouverts interconnectés à travers lesquels un fluide peut o,ni, le volume des pores ouverts non interconnectés, f, le niv a V a V ni p a V fp entre 7 et 9%. L s m e s

Le degré de saturation,

o v e e 2 L e mais 3 constrictivité

į<1).

facteur de formation F [DUL 79] défini selon la relatio e=ı 1 T ĵp 2.1.2

Dans la théorie de la percolation, le milieu est modélisé par un réseau géométrique régulier,

occupés de façon aléatoire avec une p c seuil de percolation, un amas continu de liens se forme dans le réseau. La proporȖp

ȕ-Ȗ)c

exemple) Figure 3.2 : illustration de la percolation de liens et de sites, variation de la fraction des pores

Le seuil de percolation dépend de la géométrie du réseau considéré. Il est égal à 0,25 avec le réseau bidimensionnel de la

figure. Si on considère un réseau tridimensionnel de sphères tangentes de deux types (conductrices et isolantes par

exemple), le seuil de percolation à travers un des deux types de sphères (conductrices par exemple) dépend de la

ne de 15% [SCH 70] zeuse, sa concentration température fixée, le nombre de ertaine lrRT 1%

ȡl ı

superficielle, R

Figure 3.3

nm sont saturés en eau. fréquemment expliquée par la forme géomét

Figure 3.4 : isotherme de sorption-

se trouve. Le capillaires variables avec la taille des méni figure 9.5). e du

les pores du béton joue un rôle important dans les possibilités de transfert car elle favorise la

2.1.4

La structure poreuse des bétons est complexe et les méthodes de caractérisation sont

on

porosité avec la porosité ouverte et la porosité ouverte interconnectée. La méthode de mesure

géométriques simples. En pratique, les méthodes de mesure font appel à sont principalement utilisées pour caractériser la structure poreuse des bétons. exploitation des isot

La distribution de la taille des pores est obtenue à partir de courbe de désorption en faisant

relation de Kelvin . Des images numériques de sections polies

rétrodiffusés comme à la figure 3.10 par exemple) sont analysées. Grâce à des traitements

coupe traversant un matériau granulaire une coupe [UND 68]. Depuis les travaux de Scrivener [SCR 88], cette méthode es peut toutefois fournir des informations utile porosimétrie au mercure. Un échantillon r

Hgș1

ıHg ș

(environ 140 degrés). microstructure. La comparaison de données issues de protocoles différents est donc délicate échantillon dont la taille est suffisante pour être représentativ

porosimètres disponibles dans le commerce car les cellules de mesure sont très petites et ne

3. En plus de ces réserves il faut mentionner

e depuis la périphérie du matériau. Il est évident que tous les pl les plus gros est donc sous

été développées pour mieux rendre compte de la réalité de la structure poreuse. Elles consistent à

ession décroissante. grandissements maximum utilisables en microscopie à balayage mais on remarque montrero

Figure 3.5 28 jours). Comparaison

ouverts étant calculé par le volume total de mercure inje

01]). Ce résultat est généralement expliqué par le fait que le porosimètre à mercure ne comptabilise

2.2 2.2.1 décrite en distinguant deux familles de pores (dis pores capillaires pores des hydrates

Figure 3.6 : mise en évidence, par porosimétrie mercure, des pores capillaires et des pores des

Les pores de plus grande taille (ici environ 0,5 µm) sont les vestiges des espaces granulaires et les pores les plus petits (ici

environ 10 nm) constituent la microporosité des hydrates. Les courbes de fréquence porosimétrique permettent de visualiser la

O du maté-tendue

-tendue par la courbe entre les deux diamètres limites de la famille considérée. un volume de ciment vc h plus important : cv C c(0) la masse de ciment initiale et mc(t) ction se produit avant la prise, le volume des capillaires o

hydraté. A partir de ces hypothèses, il est possible de calculer les fractions volumiques en présence

E/C de gâchage et pour deux types de conditions

figure 3.8, mettent en évidence un seuil critique du rapport E/C. Pour un rapport E/C égal à 0,42

encore des pores capillaires alors que si le rapport E/C est infé légèrement modifié, il est égal à 0,35 (voir la figure 3.9). Figure 3.7 : mise en évidence de la contraction Le Chatel s me apparent de la pâte de ciment ol e beaucoup plus avancé pour expliquer ce phénomène de gonflement

hydrates. Elle est insuffisante pour hydrater le ciment puisque les hydrates sont poreux et que leurs

Eau du "gel"

Pores

Autodes-

E/C = 0,60

Eau du "gel"

Pores

Autodes-

E/C = 0,42

Eau du "gel"

Pores max 1

Dessiccation de la pâte

E/C = 0,30

"Gel" solide 1

Figure3.8

rès [JEN00]) la

2, tout le

Eau du "gel"

0

E/C = 0,35

Source d'eau extérieure

Figure3.9

Pour un rapport E/C de gâchage égal à 0,35, il ne subsiste que des hydrates à hydratation complète. La porosité capillaire est

nulle et la porosité totale est égale à 0,28, valeur de la porosité des hydrates.

Figure 3.10 : microstructure du béton du po

rétrodiffusés), les hydrates sont en gris moyen, les granulats en gris sombre et les microfissures en noir. Malgré un rapport E/C

2.2.2 cumulées de la figure 3.11 nm ne subsistent cours du tempsllaire à long

Figure 3.11

Les valeurs des volumes

en cm3/g. Les masses volumiques apparentes des pâtes varient à 28 jours en fonction du rapport E/C. Elles sont données ci-

après :

Rapport E/C 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Masse volumique

apparente (g/cm3)

1,89 1,65 1,50 1,26 1,18 1,09 0,91

diamètre de pore donné en abscisses, le volume total courbes cumulées mettent en évidence :

9 la diminution de la porosité ouverte avec le rapport E/C

9 la diminution de la taille maximale des pores avec le rapport E/C (aussi appelée diamètre critique et donnée

(conditions des essais la connectivité des pores capillaires. Comme indiqué au titre 2.1.3, les plus mercure à la pression correspon prédits par le modèle de Powers ne sont plus interconnectés et ils sont emplis de me subsistance de pores capillaires au même âge avec

Figure 3.12

La masse volumique apparente de la pâte de ciment gâchée à E/C=0,7 vari3 à 28 jours et 1,24

g/cm3 à 90 jours et 1 an.

Entre 90 jours et 1 an, la taille des pores évolue peu et sa valeur maximale, représentée par le diamètre critique Dc, reste

élevée en raison de la forte valeur du rapport E/C.

possibilités de transfert dans le béton. Selon que les pores capillaires sont ou non interconnectés, la

En transformant ces données en fonction de la porosité capillaire (figure 3.13 b), une courb valeur limite correspond à un seuil de percolation et Figure 3.13 : interconnexion du réseau des pores capillaires [BEN 91]

La figure (a) montre que, pour des pâtes gâchées avec un rapport E/C supérieur au seuil critique de 0,42, les pores capillaires

re. capillaires est élevé.

La figure (b) montre que la segmentation des capillaires est assurée dès que la porosité capillaire est inférieure à 18%. Cette

valeur est voisine de la densité critique, 15%, qui assure la percolation dans le matériau (voir la figure 3.2).

des capillaires. Pour des rapports E/C supérieurs à 0,7, la porosité capillaire est toujours

norme sur les bétons NF EN 206 les environneme 1

Figure 3.14

le réseau des capillaires soit segmenté par les hydrates.

Tableau 3.1

Rapport E/C

0,40 3 jours

0,45 7 jours

0,50 14 jours

0,60 6 mois

0,70 1 an

>0,70 Impossible 1 La structure poreuse du ciment hydraté est constituée

prépondérant dans les transferts et la durabilité des bétons. La porosité capillaire diminue

connectivité des pores capillaires. Pour une porosité capillaire inférieure à 18%, les pores

poros

Figure 3.15 3S et du C2

3urs (courbe 1) et 90 jours

(courbe 2). Les courbes 3 et 4 sont relatives au C2 bloquée est voisine de 65%.

à 20% si, après

TXLUHWDUGHQWODGHVVLFFDWLRQjFquotesdbs_dbs27.pdfusesText_33

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