Fissuration des mortiers - CSTB

1 Introduction
Influence de la carbonatation sur la fissuration
Cette étude a été réalisée dans le cadre du stage de master recherche de T. Mauroux, dont le
rapport est disponible à cette référence (Mauroux 2007 [31]).
Le processus appelé carbonatation est une réaction naturelle qui se produit entre les principaux
hydrates de la matrice cimentaire et le dioxyde de carbone contenu dans l’atmosphère
(cf. chapitre 1 paragraphe 5.3). Dans des conditions normales, la concentration en CO2 dans
l’air ambiant est d’environ 0,01 %. La carbonatation est donc un processus extrêmement lent,
gouverné à la fois par la source de CO2 disponible pour réagir, et par sa diffusion très lente au
travers du matériau. Cette réaction a surtout été étudiée dans le cadre de problématiques touchant
à la corrosion des armatures en acier dans le béton armé. En effet, la conséquence directe
de la consommation de la portlandite par la réaction de carbonatation, est une baisse du pH de la
solution intersticielle, qui détruit la couche de passivation des aciers et provoque leur corrosion.
Toutefois ce phénomène engendre d’autres modifications chimiques, physiques et
mécaniques qui sont moins souvent abordées. Ainsi la carbonatation provoque un retrait du
matériau qui pourrait, selon Houst (Houst 1992 [35]), induire une macro-fissuration à long
terme de la structure. Les expériences sur le sujet ont consisté, dans l’ensemble, à effectuer des
mesures de retrait libre. Or, seuls les essais de retrait empêché sont capables de rendre compte
des contraintes que subit une couche de mortier mise en oeuvre sur un support rigide.
Afin de comprendre comment agit ce phénomène sur le comportement mécanique d’une
couche mince, nous avons décidé de réaliser des essais à l’anneau dans des conditions de carbonatation
accélérée. Nous avons également mené en parallèle des essais de fluage en compression,
et des essais de caractérisation classiques afin de pouvoir mieux intérpréter les résultats
obtenus.
2 Matériaux et outils d’investigation
2.1 Formulation du mortier CEReM3
La première difficulté de l’étude réside dans l’impossibilité de réutiliser l’un des mortiers
CEReM pour le tester dans des conditions de carbonatation accélérée. Ceci est vrai pour deux
raisons principales. La première est que le mortier CEReM, comme le mortier CEReM2 (utilisé
au chapitre 5), contient une quantité initiale de calcite apportée par le filler calcaire. Ceci rend
difficile la quantification de la calcite, formée seulement par carbonatation de la portlandite, par
analyse thermo-gravimétrique (ATG) ou par observation au microscope électronique à balayage.
La seconde est que l’étude du retrait de carbonatation doit être totalement découplée de la
dessiccation initiale du matériau. A ce sujet, certains auteurs pensent que ces deux retraits sont
intimemement liés et indissociables. Baron et Sauterey (Baron et Sauterey [89]) pensent que
le retrait de carbonatation est même proportionnel au retrait de dessiccation. Pour dissocier les
deux, il est nécessaire de sècher notre mortier jusqu’à stabilisation du retrait de dessiccation.
Il faut donc impérativement un mortier capable de résister aux contraintes engendrées par la
dessiccation jusqu’à stabilisation de celles-ci afin de pouvoir mesurer les contraintes engendrées
par la carbonatation. Ce postulat de départ écarte d’ores et déjà le mortier CEReM pour cette
étude.
Nous avons fait le choix de nous baser sur la composition CEReM2 et de lui appporter
quelques modifications. En premier lieu, le filler calcaire est remplacé par du filler siliceux.
86