Etude de l'hydratation et du couplage carbonatation-échanges hydriques dans les mortiers et les bétons

La carbonatation est une pathologie qui affecte les matériaux à base de ciment tels que les mortiers et les bétons. Les zones carbonatées du matériau deviennent fragiles et le pH de la solution interstitielle chute d'une valeur de 13 (pH du béton sain) à une valeur avoisinant 9 (pH du béton carbonaté). Ces zones perdent ainsi leur pouvoir de protection des aciers contre la corrosion. Les produits de corrosion engendrent alors un gonflement, donc une dégradation du béton aboutissant à la ruine de la structure. L'objectif de ce travail de thèse est l'étude du couplage de la carbonatation et des échanges hydriques entre les matériaux cimentaires et leurs ambiances d'exposition. Au préalable, nous avons proposé une modélisation de l'interaction entre l'hydratation et l'évolution de la porosité des matériaux cimentaires. Les cinétiques d'hydratation prédites par le modèle ont été validées sur des mortiers par l'analyse d'images acquises par microscope électronique à balayage (MEB). Les porosités calculées ont été confrontées à celles mesurées par porosimétrie à mercure. Les résultats obtenus par ce modèle, principalement les quantités des produits carbonatables et la porosité du matériau, ont été exploités pour l'étude du couplage de la carbonatation avec les échanges hydriques dans un matériau hydraté. En fonction du préconditionnement des matériaux avant leur carbonatation, trois configurations ont été simulées : carbonatation accélérée et humidification du matériau, carbonatation accélérée sans échanges hydriques, carbonatation accélérée et séchage du matériau. Les résultats des simulations numériques concernent les évolutions de la porosité, du carbonate de calcium (produit de carbonatation) et de la teneur en eau volumique durant le couplage carbonatation et échanges hydriques. D'autres sorties du modèle ont été exploitées pour le calcul du pH théorique dans la solution interstitielle du matériau cimentaire. Les profondeurs de carbonatation prédites sont déduites à partir des valeurs de pH calculées. Ces profondeurs ont été comparées à celles mesurées par un indicateur coloré (phénolphtaleine) après une carbonatation artificielle. Les résultats expérimentaux et les simulations montrent que les matériaux préconditionnés à de faibles humidités relatives (HR=25%) sont ceux qui se carbonatent plus rapidement. Ces résultats traduisent l'importance du rôle du transport hydrique dans les cinétiques de carbonatation.LA ROCHELLE-BU (173002101) / SudocSudocFranceF