Comportement au gel interne de bétons sous contraintes mécaniques

Résumé

Les études actuelles sur le gel interne du béton se fondent sur des essais de cycles gel-dégel effectués sur des éprouvettes non soumises à des sollicitations mécaniques. Dans la présente étude, l'existence de contraintes initiales de traction dans les ouvrages est prise en compte.

Les essais ont été conduits sur des mortiers de référence, sous dosés en liant, représentatifs des bétons utilisés pour les ouvrages exposés au gel. Deux liants ont été testés avec ou sans entraîneur d'air dans les mortiers: ciment Portland artificiel et un mélange avec métakaolin dans la proportion: 80% ciment Portland artificiel-20% métakaolin.

Des éprouvettes de mortier (40×40×160 mm³) sont soumises, de manière originale, à la fois à des cycles de gel-dégel et à des taux variables de traction par flexion: 0 à 85% de la charge de rupture. Afin d'isoler l'effet du gel de celui de la charge, des mesures ont été effectuées sur des éprouvettes placées dans une enceinte climatique et dans une chambre de conservation à 20°C. L'évolution de la résistance mécanique a été analysée ainsi que celle des caractéristiques physico-chimiques (porosité, hydrates).

Les résultats obtenus montrent que la méthode d'essais sous sollicitations mécaniques permet d'accélérer les phénomènes d'endommagement à partir d'un taux de l'ordre de 60% de la charge de rupture. Le mortier avec métakaolin a une tenue comparable aux compositions ciment Portland artificiel-entraîneur d'air et métakaolin-entraîneur d'air. Les analyses effectuées sur la microstructure expliquent le comportement observé.

Abstract

The literature relative to the freezing of concrete is based on freezing-thawing cycle data obtained from specimens which are not subjected to mechanical stresses. In the present study, the initial tensile stresses of concrete are taken into account.

Data were developed on control mortars, containing a smaller amount of cement than standard ones in order to represent the actual content of cement in concrete. Two binders, both with and without an air-entraining agent, were utilized: ordinary Portland cement and metakaolin-blended cement, in which the ordinary Portland ciment/metakaolin ratio was 80/20.

Prismatic specimens of mortars (40×40×160 mm³) were subjected, in a novel manner, to freezing-thawing cycles in the presence of variable flexural stress rates: 0 to 85% of the rupture load. In order to separate the freezing effect from the load effect, measurements were conducted both in a cold-heat chamber and in a room where the temperature was maintained at 20°C. The strength evolution was analysed and some microstructural properties were assessed (porosity, hydrates).

The results obtained show that this new method of testing allows the acceleration of damage when the rate of flexural stress reaches about 60% of the rupture load. The mortar containing metakaolin performs as well as mortars containing air-entraining agents (ordinary Portland ciment-air-entraining agent; metakaolin-air entraining agent). The microstructural analyses explain the behaviour of the different mortars.