Validation de la contribution en alcalis des granulats à la solution interstitielle du béton et effet possible sur la réaction alcalis-silice

• Main Author: Drolet, Cédric
• Other Authors: Duchesne, Josée
• Format: Dissertation
• Language: French
• Published: Université Laval 2017
• Subjects: QE 3.5 UL 2017; Réactions alcalis-granulats; Alcalis
• Online Access: http://hdl.handle.net/20.500.11794/27776

La réaction alcalis-granulats touche beaucoup de structures très importantes au Québec et aussi à travers le monde. Pour que cette dernière se produise, trois conditions essentielles doivent être remplies : les granulats utilisés doivent contenir des phases réactives, la teneur en alcalis du béton doit être suffisamment élevée et l’humidité relative à laquelle le béton est exposé doit être de plus de 85%. Il a été observé par le passé que lorsqu’un ciment à basse teneur en alcalis est utilisé en combinaison avec certains types de granulats réactifs, le développement de la réaction est grandement limité. Or, cette méthode préventive n’est pas efficace pour tous les types de granulats et une hypothèse expliquant ce phénomène stipule que les alcalis permettant à la réaction de subsister à travers le temps sont libérés dans la solution interstitielle par les granulats eux-mêmes. Beaucoup d’études ont été menées par le passé afin de tenter de confirmer ou d’infirmer cette affirmation. Les expériences, consistant à immerger des granulats dans des solutions d’attaque de composition se rapprochant de celle de la solution interstitielle du béton, ont montrées que les matériaux granulaires sont bien susceptibles de libérer des alcalis à travers le temps lorsqu’ils sont en présence d’un milieu fortement basique. Or, très peu d’expériences ont été menées afin de vérifier la véracité des résultats dans un béton réel. Ainsi, dans la présente étude, des échantillons de mortier et de béton ont été confectionnés en utilisant six différentes sources granulaires. Parmi celles-ci, quatre sont non réactives et possèdent des teneurs variées en alcalis. Ces dernières ont été utilisées de façon à déterminer la contribution réelle des granulats à la solution interstitielle du béton à travers le temps. Aussi, deux granulats réactifs, possédant des teneurs variées en alcalis, ont été utilisés de façon à déterminer l’influence d’un relâchement d’alcalis par les granulats sur l’évolution de l’alcalinité de la solution interstitielle à mesure que la réaction alcalis-granulats progresse. Afin de déterminer l’avancement de la réaction alcalis-granulats dans le temps, l’expansion des échantillons confectionnés avec les granulats réactifs a été mesurée tout au long de l’expérimentation. Deux méthodes ont été utilisées en vue de déterminer le contenu en alcalis des échantillons à travers le temps, soit la méthode d’extraction sous haute pression et la méthode espresso. Afin de comparer les résultats avec les études antérieures, les granulats ont également été soumis à un essai d’immersion en solution alcaline. Au final, un granulat a été clairement identifié comme source potentielle de Na+ à la solution interstitielle. En effet, les résultats obtenus ont permis de constater qu’un granulat riche en alcalin peut libérer jusqu’à 1,75 kg Na2O/m3 de béton lorsqu’utilisé comme un sable et jusqu’à 0,24 kg Na2O/m3 de béton lorsqu’utilisé comme fraction grossière après un an à 38ᵒC, démontrant clairement que la fraction fine est beaucoup plus susceptible de libérer des alcalis. Par contre, aucune contribution claire en ion K+ n’a pu être observée. Aussi, bien qu’un faible relâchement de sodium a été observé dans les échantillons confectionnés avec l’un des granulats réactifs, aucun effet n’a été observé sur la progression de l’expansion engendré par le développement de la réaction alcalis-granulats sur les échantillons de béton et de mortier associés. Il a été possible d’évaluer la quantité de sodium incorporée dans les produits de réaction à près de 0,20 kg Na2O/m3 de mortier pour une expansion de 0,08%. === Alkali-aggregate reaction affects many important concrete structures in Québec and also around the world. This reaction needs three essential conditions to occur: Aggregates used in the manufacture of concrete contains reactive phases, the alkali content of the concrete is high enough and the concrete is exposed to more than 85% relative humidity conditions. In the past, it was found that when low alkali cement was used in combination with some types of aggregates, the progression of the reaction is greatly restrained. However, the efficacy of this preventive method varies greatly from one aggregate to another. Thus, a hypothesis explaining this phenomenon states that alkalis allowing triggering the reaction can be leached into the pore solution of concrete from aggregates themselves. Many studies were conducted in the past in order to confirm or dismiss this hypothesis. Experiments, consisting in an immersion of aggregates in attack solutions of a chemical composition comparable to the pore solution of concrete, showed that aggregates can release alkalis through time in high pH environment. However, very few experiments were conducted in real concrete in order to verify the veracity of the results obtained. Thus, in the present study, mortar and concrete samples were made using six different aggregate sources. Four of these aggregates are non-reactive and contain various amounts of alkalis. Those were used in order to determine the real alkali contribution by aggregates to the pore solution of concrete through time. Also, two reactive aggregates, containing various amounts of alkalis, were used to determine the influence of an alkali release by aggregates on the evolution of the alkalinity of the pore solution along with the development of the alkali-aggregate reaction. In order to determine the progression of the alkali-aggregate reaction through time, the expansion of specimens made with reactive aggregates was monitored. Two methods were used to determine the alkali content of mortar and concrete samples through time: the high pressure extraction and the espresso extraction method. To compare results with those of previous studies, aggregates were also submitted to an immersion in alkaline solutions. One aggregate was clearly identified as a potential source of Na+ to the pore solution of concrete. Indeed, results obtained showed that rich alkali-bearing aggregate can release up to 1.75 kg Na2O/m3 of concrete if used as fine fraction and up to 0.24 kg Na2O/m3 of concrete if used as coarse fraction after one year at 38ᵒC. These results show that the fine fraction used in the concrete manufacturing is more susceptible to release alkali through time than the coarse one. However, no clear contribution in K+ ion was observed. Also, even if a small sodium release was observed in specimens made with one of the reactive aggregates, there is no evidence that this release affected the expansion caused by the progression of the alkali-aggregate reaction on associated concrete and mortar specimens. It was also possible to evaluate the amount of sodium trapped into reaction products to approximately 0.20 kg Na2O/m3 of mortar for a 0.08% expansion.