Contribution à la connaissance de la réaction sulfatique interne

The delayed formation of ettringite (DEF) is a chemical reaction that can cause the deterioration of concrete. The swelling mechanism of this reaction is complex and involves many parameters (temperature, composition of concrete, humidity ...). However, despite the studies on the subject over the past decade, many questions remain unanswered. The aim of our research is to provide as much as possible new elements to a better understanding of the internal sulfate attack and thus meet three objectives are "Understanding", "Prevention" and "Healing". For that, we developed a series of tests to enable us to achieve a specific experimental approach to meet these objectives. To meet the goal "Understanding", a Macro-Micro study of DEF was done. The results have been exploited macroscopically (by measuring changes in length) and microscopic (SEMobservations on direct samples or replicas). The effect of different parameters on the development of this pathology has been studied. The results showed that the levels of alkalis and C3A are of great importance for the development of DEF while the E/C ratio and the pre-microcracking of the materials are important for the kinetics of DEF. It also appears that a high E/C ratio, a temperature of water conservation maintained at 40-50°C and frequently renewed water conservation causes rapid swelling due to DEF. The nature of the material (mortar or concrete) also determines the expansions. The evolution of the main indicators (pH, OH-, Ca2 +, K+, Na+, conductivity) is well correlated with expansions. The results showthat the start of the DEF is not directly related to the mineralogical composition of cement, but rather to physical and chemical environment (temperature cure, alkali content, etc.). The interfacial transition zone to predominantly siliceous aggregates, is a favorable site to start theDEF. To meet the "Prevention" and "Healing", original tests have been developed to rule soon on a risk of DEF. The principle is based on the acceleration of alkalis leaching by applying a low electrical current. The experiments carried out on mortars show some acceleration, whilethose on concrete (from E/C lower) are less conclusive. Finally, exploratory tests of stabilizing the DEF, by immersion in alkaline solutions or interruption of exchanges with the outside, have been made. In the first case, the influence of the nature of the solution on the chemical balance is crucial. In the second case, insulating material prevents or stops the DEF.La formation différée de l’ettringite (DEF) est une réaction chimique qui peut être à l’origine de la dégradation des bétons. Le mécanisme de gonflement de cette réaction est complexe et fait intervenir de nombreux paramètres (température, composition du béton, humidité...).Cependant, malgré les études menées sur le sujet depuis une dizaine d'années, de nombreuses questions restent encore sans réponse. L'objectif de notre travail de recherche est d’apporter autant que possible des éléments nouveaux permettant une meilleure connaissance de laréaction sulfatique interne et permettant ainsi de répondre à trois objectifs qui sont « Comprendre », « Prévenir » et « Guérir ». Pour cela, nous avons mis en place toute une série d’essais pour nous permettre d’arriver, par une approche expérimentale spécifique, à satisfaireà ces objectifs. Pour répondre à l’objectif « Comprendre », une étude Macro-Micro de la DEF a été effectuée.Les résultats ont été exploités macroscopiquement (par mesure des variations de longueurs) et microscopiquement (par observation au MEB sur échantillons ou sur répliques). L’effet des différents paramètres sur le développement de cette pathologie a été étudié. Les résultats ontmontré que les teneurs en alcalins et C3A sont d’une grande importance pour le développement de la DEF alors que le rapport E/C et l’état de préfissuration des matériaux sont importants pour la cinétique de la DEF. Il apparait aussi qu’un fort rapport E/C, une température d’eau de conservation maintenue à 40-50°C et un renouvellement fréquent de l’eau de conservation entraîne une apparition rapide des gonflements dus à la DEF. La nature du matériau (mortier ou béton) détermine aussi les expansions. L’évolution des principaux indicateurs (pH, ions OH-, Ca2+, K+, Na+, conductivité) est bien corrélée aux expansions. Les résultats montrent que le déclenchement de la DEF n’est pas directement lié à la composition minéralogique du ciment, mais plutôt aux conditions physiques et chimiques environnantes (température de cure, teneur en alcalins, etc.). L’auréole de transition, prédominante pour les granulats siliceux, constitue un site favorable au démarrage de la DEF. Afin de répondre aux objectifs « Prévenir » et « Guérir », des essais originaux permettant de statuer plus rapidement sur un risque de DEF ont été mis en place. Le principe est basé sur un lessivage accéléré des alcalins par application d’un courant électrique faible. Les expériences réalisées sur mortiers montrent une accélération certaine alors que celles sur bétons (de rapport E/C plus faible) sont moins probantes. Enfin, des essais exploratoires de stabilisation de la DEF, par immersion dans des solutions alcalines ou par interruption des échanges avec l’extérieur, ont été réalisés. Dans le premier cas, l’influence de la nature de la solution sur les équilibres chimiques est déterminante. Dans le second cas, l’isolement du matériau évite ou arrête la DEF