Traitements électrochimiques des bétons atteints de réaction sulfatique interne

par Nacim Khelil

Thèse de doctorat en Génil civil

Sous la direction de Jean-Emmanuel Aubert.

Soutenue en 2014

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La Réaction sulfatique Interne (RSI) est une réaction chimique qui se produit dans le béton à l'état durci. Considérée comme pathologie, elle peut être à l'origine de graves dommages sur des structures en bétons. En effet, les structures sujettes à la RSI, présentent des expansions délétères dont les mécanismes sont à la fois complexes et dépendent de nombreux facteurs aussi bien environnementaux (température extérieure, humidité), qu'inhérents aux matériaux (température d'hydratation, composition du ciment/béton). Bien que connue depuis les années 90, plusieurs questionnements demeurent encore et toujours en suspens. Afin d'apporter quelques éléments de réponses novateurs permettant de mieux appréhender la pathologie, nous avons durant ce travail de recherche émis plusieurs objectifs, qui sont dans un premier temps tenter de mieux " comprendre " la pathologie RSI, puis en second lieu de trouver des pistes de traitements électrochimiques, d'une part accélérateurs de RSI, afin d'en faciliter l'étude en laboratoire, et puis d'autre part, des traitements curatifs sur matériaux atteints de RSI, afin d'en arrêter les dommages. Ainsi, afin de répondre à notre objectif premier de compréhension des phénomènes de RSI, un certain nombre de montages expérimentaux on été mis en œuvre en laboratoire ; ils ont essentiellement porté sur l'étude de différents ciments soumis à des traitements thermiques de 24h et 14j, aussi bien à l'échelle microscopique, via observations MEB d'échantillons de béton, analyses DRX d'échantillon de pâtes de ciment, ou encore calorimétrie semi-adiabatique sur mortiers normalisés ; qu'à l'échelle macroscopique, via des mesure d'expansions. Le suivi des expansions post traitement (14j) a montré l'apparition rapide d'expansions avec fortes amplitudes, tandis que les expansions restent plus ou moins faibles et lentes dans le cas de 24h, quels que soit les ciments testés, même enrichis en Na2SO4. La calorimétrie des ciments a montré des différences de réactivité marquées, corrélées aux observations DRX obtenues, mettant en évidence l'effet de la minéralogie et du type de traitement thermique sur le développement de la RSI. Afin de répondre aux prérogatives de prévention et de guérison, des essais novateurs très peu utilisés dans le cas de l'étude de la RSI, ont été mis en place. L'ensemble se base sur le principe de migration d'ions alcalins sous champ électrique de ou vers le matériau à traiter. Les résultats des études réalisées après essais accélérés " prévention " sur bétons ne montrent pas d'accélération significative des expansions liées au traitement électrochimique et ce quelque-soit la nature de la solution de traitement adoptée. Les résultats obtenus après traitements curatifs de réalcalinisation " guérison " montrent eux, un ralentissement avéré des expansions post-traitement quelle que soit l'intensité/durée de traitement électrochimique appliqué, sans toutefois endiguer le phénomène expansif de RSI (subsistance d'expansions résiduelles).

  • Titre traduit

    Electrochemical treatment of conretes prone to internal sulfate attack


  • Résumé

    Sulfate Attack (ISA) is a chemical reaction that occurs in concrete in hardened state. Considered as a pathology, it can be the cause of grave damages on concrete structures. Indeed, ISA-prone structures, exhibit deleterious expansions whose mechanisms are both complex and depending on numerous factors which can be environmental (outside temperature, humidity), or inherent in the materials (hydration temperature, cement/concrete composition). Although, known since the 90s, several questions still remain pending. In order to provide some innovative answers to better understand the pathology, we, in this research have designated ??a number of objectives, which are firstly to attempt to better "understand" the ISA pathology, and secondly to find ways of electrochemical treatments, ISA-accelerating on the one hand, to facilitate study in laboratory, and then the other, and ISA-curative on the other hand in order to stop damages. So in order to meet our primary prerogative of understanding the phenomena of ISA, a number of experimental setups have been implemented in laboratory; they essentially focused on the study of different cements (subjected to heat treatments) at the microscopic level, through SEM observations of concrete samples, XRD analyses of cement paste samples, or semi adiabatic-calorimetry on standardized mortars; as well as at macroscopic scale, through expansions measurements. Post-treatment (14d) expansion monitoring, showed the rapid onset of the expansions and their high amplitudes, while expansions remain roughly low and slow in the case 24h, regardless of the cements tested, even enriched with Na2SO4. Calorimetry showed marked differences in cements reactivity, in correlation with the XRD observations, highlighting the effect of mineralogy and the type of heat treatment on the development of ISA. To meet the prerogatives of prevention and healing, innovative tests, very little used in the case of ISA study were established. The whole set-up is based on the principle of alkalis migration under an electric field to or from the material to be treated. The results of studies conducted after the accelerated tests on the concretes "prevention" show no significant acceleration of the expansions due to the electrochemical treatment and that, whatever the nature of the chosen treatment solution. The results obtained after the curative realkalinisation treatments "healing" show for their part, a definite slowing down of expansions post-treatment whatever the intensity / duration of the applied electrochemical treatment, without however curbing the expansion phenomenon of ISA (subsistence of residual expansions).

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (184 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 173-184

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2014 TOU3 0174
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.