Fissuration des mortiers - CSTB

Étude des phénomènes chimiques et physiques agissant sur le comportement des mortiers
que la germination hétérogène des C-S-H à la surface des grains de C3S puisse être à
l’origine de cette période d’induction (Garrault 1998 [8]).
– La phase d’accélération. Selon Jennings (Jennings 1989 [6]), la précipitation des C-S-H
(S) est contrôlée par la précipitation de la portlandite. Or, en présence de cette nouvelle
forme de C-S-H, la couche initiale de C-S-H (M) va se dissoudre pour reformer des C-S-
H (S) et ainsi faciliter la dissolution du C3S, ce qui accélère la réaction. Cette hypothèse
est en accord avec le fait qu’on observe des cristaux de Ca(OH)2 en contact avec les C-
S-H. Selon d’autres auteurs, c’est la croissance libre des C-S-H qui est le moteur de cette
phase, qui est d’autant plus rapide que les hydrates vont croître parallèlement au grain
anhydre et finir par le recouvrir totalement (Garrault et Nonat 2001 [3]).
– La phase de décélération. Lorsque la surface du grain anhydre est entourée d’hydrates,
la diffusion des réactants à travers cette couche dense devient plus lente, ce qui se traduit
par un ralentissement de la réaction d’hydratation.
– La réaction finale. Pendant cette période qui va permettre au béton de mûrir et à ses caractéristiques
d’atteindre leurs valeurs maximales en terme de résistance ou de durabilité,
la microstructure continue de se densifier. Les C-S-H ainsi que les cristaux de portlandite
continuent de se former et de remplir la porosité. La cinétique de cette période de diffusion
contrôlée est généralement modélisée de manière globale, bien que tous les mécanismes
physico-chimiques ne soient pas encore tous compris.
Notons que l’hydratation de phases pures de C3S reste globalement inchangée en présence
de C3A et de gypse. On peut, par conséquent, considérer que ce comportement correspond par
analogie à celui d’un ciment Portland (a fortiori un ciment riche en C3S).
3 Microstructure et porosité
Lorsque l’on s’intéresse à la microstructure de matériaux aussi hétérogènes que les
matériaux cimentaires, on aborde un domaine à la fois extrêmement riche et complexe. Modestement,
dans cette partie, nous nous intéressons seulement au C-S-H qui est le principal
composant de la pâte de ciment hydratée, afin de comprendre sa structure au niveau microscopique
et nanoscopique. Par la suite, l’étude de la porosité, nous le verrons tout au long de ce
travail, est indispensable pour des matériaux tels que les bétons et les mortiers, afin de comprendre
leurs comportements à l’échelle macroscopique.
3.1 Microstructure des C-S-H
3.1.1 À l’échelle moléculaire et nanométrique
Le C-S-H est un hydrate de nature chimique assez complexe, dont la structure atomique n’a
pas encore été entièrement résolue. Son rapport C/S varie aux alentours de 1,7 dans une pâte de
ciment mûrie. Les C-S-H pouzzolaniques, formés à partir de la réaction entre la portlandite et la
fumée de silice, qui est introduite comme adjuvant minéral dans les bétons, ont un rapport C/S
inférieur. A l’échelle moléculaire, le modèle structural de la tobermorite est considéré comme
le plus proche de celui des C-S-H, avec une répartition en feuillets d’ions calcium reliés entre
eux par des groupements silicates. La figure 1.2 montre le modèle proposé par Feldman et
13