Ciments et béton (Durabilité)

Question 1

Quels sont les facteurs importants qu’il faut considérer pour obtenir un béton durable ?

Question 2

Quels sont les deux principales manifestations des effets du gel-dégel dans un béton non ou mal protégé contre ce phénomène ?

Answer 2

Expansion de la pâte ou des granulats ou des deux à la fois (quoique plus rarement des granulats) → fissuration, écaillage (pâte) et «pop-outs» (granulats)
-Volume de la porosité capillaire ↑ avec ↑ e/c
-Plus de gros pores capillaires → plus de glace →
dommage ↑
-Environnement favorable pour l’écaillage:
Liquide présent à la surface lors du gel
-ituation pire lorsque sel présent

Question 3

Expliquer sommairement, mais scientifiquement, le/les mécanismes par lequel(s) le béton peut se dégrader par l’effet du gel-dégel.

Answer 3

-Pression hydraulique : Glace se forme d’abord dans gros pores capillaires remplis d’eau, contraintes de tension, Eau se déplace sous pression (Si contraintes de tension > résistance en tension : fissuration interne)
-Pression osmotique : L’eau se déplace des petits pores vers les pores avec la glace afin d’égaliser la différence entre les concentrations ioniques, créant ainsi une pression (Concentration des
ions ↑ près de la surface de la glace)

Question 4

Comment peut-on atténuer le problème de gel-dégel dans des nouveaux bétons ?

Answer 4

-Faible rapport e/c (perméabilité plus faible et
risque plus faible de saturation)
-Air entraîné (l’eau va geler dans les bulles)
-Agent entraineur d’air recommander de 4 à 8%

Question 5

Quels sont les principaux essais permettant d’évaluer les effets néfastes du gel-dégel sur
le béton ? Expliquez sommairement leur déroulement et les critères utilisés.

Answer 5

-Calcul du facteur d’espacement

Question 6

Expliquez le principe de la pile électrochimque dans le cas du phénomène de la corrosion de l’acier d’armature dans béton

Answer 6

Le processus actif de corrosion implique un pile électrochimique → constituée de deux électrodes (métal en contact avec une solution)
-Anode → lieu où se produit la corrosion, oxydation Fer
-Cathode → lieu où se déroule la réaction de
réduction

Question 7

Expliquez sommairement le processus et les facteurs affectant le développement de la corrosion de l’acier d’armature (suggestion de mots clés : pH, passivation de l’armature/dépassivation).

Answer 7

-L’acier du béton, en présence d’O2 et d’eau s’oxyde : produit de cette réaction occupe 6x le volume de l’acier original → gonflement → fissuration → éclatement du béton
-Béton → milieu de pH élevé dans porosité capillaire
* Acier naturellement protégé par un film de passivation
(couche d’oxyde de fer → ralentit la corrosion) autour des barre de fer protège contre corrosion

Question 8

Expliquez comment la présence des ions chlorures et le phénomène de carbonation viennent affecter le processus de corrosion de l’acier d’armature dans le béton.

Answer 8

-Corrosion souvent associée à la pénétration des ions chlorures
-Corrosion commence quand les chlorures atteignent la
barre d’armature en teneur critique (fonction du PH)
-pH diminue (carbonatation) → film de passivation (peut être brisé et la corrosion est ainsi accélérée)
-Condition de propagation

Question 9

Comment peut-on contrôler la corrosion dans le béton ?

Answer 9

Garder l’O2, l’eau et les chlorures loin
de l’acier d’armature:
-Imperméabilité du béton de surface (faible
rapport e/c, ajouts cimentaires)
-Adjuvants inhibiteurs de corrosion
-Bonne épaisseur de béton
recouvrant les barres
d’armature (normes)

Question 10

Quels sont les différentes formes d’attaque sulfatique du béton; expliquez sommairement les principaux paramètres/mécanismes qui les caractérisent (quels sont les éléments du béton durci qui sont sensibles à l’attaque par les sulfates).

Answer 10

-Détérioration du béton
associable à la formation de : Gypse,
Ettringite, Thaumasite

Question 11

Quel est l’impact potentiel de l’attaque sulfatique sur un élément de béton (parler des propriétés affectées) ?

Answer 11

Attaque sulfatique interne : Ciment, Granulats (e.g. Gypse, sulfures), Ajouts cimentaires (e.g. CV), Adjuvants chimiques, Eau de gâchage (eau souterraine dans certaines régions)
Attaque sulfatique externe : Sols, Eau souterraine, Résidus industriels exposés aux précipitations et eau souterraine, Eaux résiduelles provenant de processus industriels ou de l’agriculture (fertilisants)

Question 12

Comment peut-on contrôler le phénomène d’attaque sulfatique du béton ?

Answer 12

-Bonne cure: pour que béton soit plus imperméable possible
-Rapport au ciment faible
-Ciment à haute résistance aux sulfates

Question 13

Quels sont les principaux éléments que l’on retrouve dans la norme CSA A23.1 qui
permettent de s’assurer qu’un béton soit résistant face à l’attaque sulfatique ?

Answer 13

-Baisser la teneur en C3A
car c’est cet élément du ciment qui est le plus susceptible de réaction dans le cas d’une
attaque sulfatique.
-Baisse de perméabilité (bon pour réaction sulfatique externe

Question 14

Quelle caractéristique de la composition du béton est à la base du phénomène de la
réaction alcalis-granulats (RAG) ?

Answer 14

• Modérément à fortement réactif: roches contenant du quartz
• Fortement réactif : variétés de roches contenant des minéraux siliceux pauvrement cristallins et des verres volcaniques

Question 15

Quels sont les principaux types RAG et qu’est-ce qui les différencie ?

Answer 15

-Réaction alcalis-silice
-Réaction alcalis-carbonate
(différent types de calcaire)

Question 16

Quels sont les facteurs essentiels au développement et au maintien de la RAG dans le béton ? En quoi ces facteurs sont-ils essentiels lorsqu’on considère les mécanismes impliqués ?

Answer 16

-Phase siliceuse réactive dans le granulat
-Forte teneur en alcalis (pH ↑↑ dans intertitielle))
-Conditions humides
-Teneur en alcalis du ciment:
% Na2O + 0.658 % K2O =
% Na2O equivalent (ex: 0,63% Na2Oe)
-Teneur en alcalis du béton:
contenu en ciment X alcalis du ciment
ex: 400 kg/m3 X 0,63% Na2Oeq = 2,5 kg/m3

Question 17

Quels sont les principaux symptômes qu’un inspecteur recherchera en chantier pour déterminer si une structure est affectée par l’alcali-réaction ? Est-ce que ces indices (ou leur apparence) sont les mêmes pour tous les éléments de béton ? Sont-ils toujours uniquement associés au phénomène de l’alcali-réaction ?

Answer 17

• Expansion différentielle des
  éléments de béton (déformation,
  mouvements, déplacements)
• Macrofissuration de surface
• Décoloration de surface autour
  des fissures
• Exsudations de gel (vs efflorescence)
• Éclatements (pop-outs)

Question 18

Quels sont les symptômes microscopiques de la RAG ?

Answer 18

Même symptômes que visible

Question 19

Quels sont les essais les plus communément utilisés pour déterminer le potentiel de
réactivité alcaline des granulats ? Quels sont les avantages/inconvénients de ces méthodes
? Quels sont les valeurs limites utilisées lors de ces essais qui permettent à l’ingénieur de
prendre une décision quant au potentiel de réactivité alcaline d’un granulat ?

Answer 19

-Symptômes visuels de
détérioration: ne permettent
généralement pas de conclure
sur la cause et la sévérité de la
détérioration
-Examen pétrographique sur carrâtes
-Programme d’essaie de laboratoire : Essai accéléré sur barres de mortier, Essai du
prisme de béton
-Essai sur béton (si on a un potentiel de RAC)
-Essai sur mortier (s’il n’y a pas de potentiel de RAC)

Question 20

Peut-on utiliser quand même un granulat réactif de RAG (p. ex., en prenant compte la
RAS et la RAC) ? Pourquoi ?

Answer 20

Oui si résultats de l’essaie du prisme de béton ou l’essaie accéléré sur barre de mortier sont en bas de l’extension limite

Question 21

Comment peut-on contrôler ou éliminer le risque de l’alcali-réaction dans un béton
incorporant des granulats réactifs ? Expliquez et donnez des exemples.

Answer 21

• Utiliser un granulat non-réactif
• Limiter la teneur en alcalis dans
  le mélange de béton
• Utiliser une quantité suffisante
  d’un ajout cimentaire efficace

Question 22

Est-ce que toutes les cendres volantes sont également efficaces à contrecarrer la RAG ?
Expliquez pourquoi.

Answer 22

Permet de réduire la courbe d’expansion en dessous de la limite
-Efficace pour prévenir RA (Sur 2 ans)
- Environ 30% à ajouter
-Efficacité de la cendre est en fonction de sa composition (plus faible en calcium, plus elle est efficace pour réduire l’extension)

Question 23

Quels sont les mécanismes par lesquels les ajouts cimentaires peuvent contribuer à
contrôler la RAG dans le béton ? Être capable d’expliquer.

Answer 23

• Réduction du pH de la solution interstitielle
  sous la valeur minimum requise pour générer
  de l’expansion avec le granulat utilisé
• Consommation de la portlandite (Ca(OH)2) → source des ions OH- (hydroxyde) pour la solution interstitielle (balance réaction- et ainsi diminution risque)
• Réduction de la perméabilité du système –> réduit l’apport d’humidité nécessaire à la RAS
• Effet bénéfique de l’Al des AC à contrôler
  l’expansion. L’Al irait se loger aux sites en surface des phases siliceuses réactives, réduisant ainsi l’attaque des hydroxydes alcalins

Question 24

Le béton atteint d’attaque sulfatique souffre de

Answer 24

▪ Expansion de la pâte de ciment
▪ Dégradation chimique des phases hydratées avec perte de cohésion
▪ Fissuration du matériau durci
▪ Écaillage de surface
▪ Éclatement
▪ Delamination du matériau durci

Question 25

Produits de l’attaque
sulfatique

Answer 25

-Gypse → premier produit de réaction de l’attaque
sulfatique à forte concentration en sulfates
-Formation tardive d’ettringite peut causer l’expansion et
la destruction du béton par attaque sulfatique
-La formation de thaumasite est une forme très sévère
d’attaque sulfatique