Etude multi-critères de la dégradation des matériaux cimentaires par l'attaque sulfatique externe

Multi-criteria study on the degradation of cimentitious by external sulphate attack

• Auteur / Autrice : Rana El Hachem Ibrahim
• Direction : Ahmed Loukili
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes ; 2004-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gypse

Béton -- Détérioration

Construction en béton

Mots clés libres

Attaque sulfatique externe

Résumé

La durabilité est devenue un critère important à prendre en compte lors de la conception d’une structure en béton. Tout particulièrement celles construites en milieux aqueux agressifs et soumises aux attaques chimiques tels que les sulfates qui sont connus pour leur pouvoir destructif sur les matériaux cimentaires. L’objectif de ce travail est d’établir un essai représentatif du cas réel et de proposer une étude pertinente afin d’évaluer les paramètres influençant la performance des matériaux cimentaires soumis à une attaque sulfatique externe (ASE). Dans ce cadre, on s’est intéressé aux conditions d’exposition comme la concentration en sulfates de la solution environnante, le temps d’exposition et le pré-conditionnement ainsi qu’aux paramètres liés aux propriétés du matériau comme le type de ciment, les propriétés de la matrice cimentaire, les conditions de cure et les additions minérales. Les différentes mesures originales et analyses (MEB, ATG, Porosimétrie) ont montré que le gypse peut avoir un caractère destructif et expansif au même titre que l’ettringite. Aussi, le degré de saturation a une influence significative sur la cinétique et sur le scénario de la dégradation. Afin de comprendre le mécanisme de dégradation et de suivre le comportement du matériau tout au long du processus de l’attaque, nous avons eu recours à la modélisation numérique du phénomène. On propose une amélioration du modèle Tixier & Mobasher notamment au niveau de la prise en compte de l’endommagement. Ce modèle a été implémenté par la suite dans le code de calcul par éléments finis ‘Comsol Multiphysics afin de suivre la propagation du front de la concentration et de la dégradation. Les résultats numériques sur la diffusion des sulfates et la formation des produits expansifs sont prometteurs.

Durability became an important criterion to take into account when designing concrete structures. Particularly those built in aggressive aqueous media and subjected to chemical attacks such as sulphates, which are known for their destructive ability on cementitious materials. The objective of this work is to establish a representative test for the field conditions and to propose a relevant study to evaluate the effect of these parameters on the performance of cementitious materials subjected to an external sulphate attack (ESA). In this frame, we focused on the exposure’s conditions like the sulphate concentration of the surrounding solution, the exposure time and pre-conditioning, and we will study the parameters related to the material properties such as the type of cement, the properties of the cement matrix, the curing conditions and the mineral additions. The different measures and analyses (SEM, TGA, Porosimetry) show that gypsum has a destructive and expansive character as well as ettringite. The saturation degree has also an important influence on the kinetics and on the degradation scenario. In order to understand the degradation mechanism and analyse the behaviour of the material throughout the attack, we propose the numerical modelling of the phenomenon. We propose an improvement for Tixier & Mobasher model on the damage level. This model is then implemented in Comsol Multiphysics’, finite element software to follow the propagation of the concentration and degradation fronts. These numerical results on sulphate diffusion and expansive product formation are promising.