Facteurs limitant l'étude expérimentale des phénomènes de séchage

tous les pores de rayon r, il est possible de les relier à l'extérieur par un chemin ne comprenant que des pores de rayon supérieur. Cette méthode est donc liée à une erreur d'interprétation systématique que l'on ne peut pas prendre en compte. Cette hypothèse est très forte ; en effet, si par exemple une bulle d'air se trouve prisonnière au sein du béton et débouche seulement sur des capillaires très fins, la totalité du volume de la bulle sera comptabilisée dans les petits capillaires.

Remarque sur la signification d'une porosité totale

L'essai de porosité au mercure est censé fournir la porosité totale du matériau étudié par le quotient du volume de mercure qui a pénétré dans l'échantillon au volume total de l'échantillon.

Il existe cependant de nombreuses limites à relever concernant la mesure de la porosité totale : 1. Pour obtenir une porosité totale, il faudrait pouvoir sécher le matériau d'une façon complète

—10

(sans l'abîmer) et pouvoir atteindre les plus petits pores de l'ordre de 10 m alors que le

—10

porosimètre ne donne plus d'informations fiables en dessous de 300.10 m.

2. La mesure est d'autant plus critiquable que le matériau présente de fortes hétérogénéités. En effet, l'échantillon étudié se présentant habituellement sous la forme de quelques morceaux de plusieurs mm de rayon, si par hasard, notre échantillon comprend un granulat (resp. une bulle d'air), on obtiendra une porosité totale plus faible (resp. plus forte).

On préférera donc prendre comme mesure de la porosité une valeur donnée par la quantité d'eau introduite dans le malaxeur à laquelle on aura retranché la quantité nécessaire à l'hydratation, plutôt que de se référer à une mesure expérimentale de la porosité.

Dans les paragraphes qui vont suivre, il nous faudra donc considérer avec prudence les données relatives au réseau poral.

avec p : pression de vapeur ;

pv s : pression de vapeur saturante (fonction de la température).

Or on sait que l'hydratation des grains de ciment est très faible dès que h < 0,7 ; le matériau ne vieillit donc plus au sens de l'hydratation. En terme de maturité : u (Bazant, 1982, 1986b), on peut traduire ce fait en faisant intervenir explicitement h par une fonction ß(h) (figure 2) dans le temps équivalent :

t

H= JßCh^exp^^-^jds

s=t0

Bazant propose par exemple de prendre :

ß(h) = [l + (5-5h)

(in-7)

Figure 2 : Fonction ß(h) proposée par Bazant.

05 u

«

a

0,9 4 0,8 { 0,7 | 0,6 | 0.5 j

| 0 , 4 j

I °'

|

1 0,2 j

e I

£ 0,1 T 0

0,2 0,4 0,6

Humidité h

0,8

Q. : énergie d'activation de la réaction d'hydratation ; R = 8,314 J/mol.K (constante des gaz parfaits) ; T0 = 20°C (température de référence) ;

Qh/R = 4700 K.

Lorsqu'on regarde des courbes de séchage, on constate que la teneur en eau à la surface de l'éprouvette diminue très rapidement. Si le décoffrage a lieu très tôt, ou bien si le séchage commence au jeune âge, il en résulte donc un ralentissement local de l'hydratation qui se traduira,

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en peau, par :

1. Une valeur plus faible de la microporosité (la formation du gel, qui correspond aux plus petits pores, est interrompue) ;

2. Une valeur plus élevée de la porosité totale et donc de la macroporosité, du fait d'une moindre hydratation des grains de ciment ;

3. Une augmentation de la diffusion au voisinage de la surface de l'éprouvette (porosité plus importante) ;

4. Une baisse relative des performances mécaniques E, fc et ft qui résulte de la plus faible compacité qui découle d'une hydratation moins complète.

Dans nos essais en laboratoire, il est possible de se prémunir face à un éventuel couplage du séchage avec l'hydratation, en empêchant systématiquement toute dessiccation du béton au jeune âge. Ainsi, pour notre étude, le séchage ne commence qu'à 28 jours, lorsque le béton a déjà réalisé une très grosse part de son hydratation. Dans le calcul de la diffusion de l'humidité, on peut donc considérer que l'eau evaporable est une constante qui ne dépend plus du temps, l'hydratation ayant déjà consommée toute l'eau dont elle avait besoin.

3.5.2 Couplage avec la carbonataron

La carbonatation est un phénomène chimique qui altère la structure de la pâte de ciment en fixant le C 02 de l'air ; la réaction de carbonatation peut s'écrire de la manière suivante :

Ca(OH). + CO„ -> CaCCL + H„0 (III-8) Le dioxyde de carbone de l'air ambiant réagit avec la chaux présente dans le béton pour donner

du carbonate de calcium. Il s'agit d'une réaction dont le facteur limitant est la diffusion du CO2 dans le matériau, c'est donc un phénomène qui va rester, dans la plupart des cas, superficiel.

Classiquement, la profondeur carbonatée peut varier entre 0,05 mm et quelques cm au bout d'un an, dans le meilleur et le pire des cas.

Cette carbonatation provoque une réduction du volume des pores ; en effet, le CaCC» formé obture les pores qui deviennent alors plus imperméables à la vapeur d'eau. La carbonatation semble donc réduire la perméabilité et la diffusivité du béton et aura donc des conséquences sur le séchage. Enfin, pour un échantillon relativement mince, la carbonatation provoque aussi une lente augmentation de son poids au cours du temps, ce qui accentue la difficulté d'obtenir le poids d'équilibre lors de la mesure des pertes en eau par gravimétrie. Ainsi, en ce qui concerne notre étude, toutes les éprouvettes sont conservées dans les mêmes conditions, de manière à pouvoir effectuer des comparaisons fiables mais aucune précaution particulière n'a été prise pour contrôler le taux de CC» du milieu ambiant.

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3.5.3 Effet de bord ou effet de paroi

Dans les bétons courants, les plu,s gros granulats ont un diamètre d'environ 20 à 25 mm. Contre la paroi, on se retrouve donc dans une configuration semblable à celle de la figure 3 (sauf dans les cas ou l'on a prélevé un échantillon par carottage).

Figure 3 : Mise en évidence de l'effet de paroi.

C'est pour cette raison que l'on est obligé de doser plus fortement en fines les configurations qui présentent une importante surface de coffrage ou d'armature. Si l'on appelle \|/(r) la densité de mortier en fonction du rayon, \|/(r) a alors intuitivement la forme de la figure 4 ; la distance D apparaissant sur la figure étant de l'ordre de grandeur du diamètre du plus gros granulat. Or, la plus grosse partie de la porosité étant située dans le mortier, on en déduit donc qu'il existe un gradient de porosité en peau. Intuitivement, il semble logique de penser que la concentration en eau CQ(X,Î) stockée dans le béton est proportionnelle à la teneur en mortier ; on pourra donc écrire :

C o ( x

,

l W o ( x = 0,t)

CQ(0,Î) étant la concentration initiale en eau au centre de l'éprouvette, ou tout du moins loin du bord. De même, la fonction \j/ est directement reliée à la porosité <f» par la relation :

V(x)<Kx = 0,t)

<Kï>0=-

¥(0) (ffl-10)

Ces deux remarques ne sont pas sans conséquences sur le séchage ; en effet des essais de gammadensimétrie sur des éprouvettes qui présentent à la fois une face brute de décoffrage et une face sciée (Aggoun, 1992) ont montré que la face naturelle présentait une perte en poids de beaucoup supérieure à la face sciée (figure 5). Cette face présente, en effet, beaucoup plus d'eau libre que la face sciée.

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Figure 4 : AHure probable de la fonction \|f(r).

<p(r)

A

1

<p(0)

D/2 D ^ r Il serait donc possible, si l'on souhaitait modéliser dans le détail ce phénomène, de faire intervenir une fonction correctrice sur la teneur en eau, sur une distance de l'ordre de la taüle du plus gros granular4.

Figure 5 : Evolution de la perte en poids sur deux faces d'une éprouvette, l'une étant moulée et l'autre sciée. Les mesures sont réalisées par gammadensimétrie.

+ Sjours t ¡4 jours G 28 jours X Séjours O 112 jours O 239 jours

"*~l0 20 30 40 50 60 70 80~ 90 TOO 110 120 130 140 épaisseur en mm

4 Cette remarque est peu justifiée pour un mur de 1 m de largeur mais elle s'applique parfaitement aux essais sur éprouvette de 16 cm de diamètre.

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