Fissuration des mortiers - CSTB

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Influence des adjuvants organiques et minéraux sur la fissuration au jeune âge 3.4 Interprétation des phénomènes Afin de mieux comprendre le comportement à la fissuration des différents mortiers et d’analyser le rôle des différents adjuvants dans l’amélioration de leurs propriétés, nous avons choisi de caractériser les matériaux selon trois grandes familles de caractéristiques : – Tout d’abord, le comportement hydrique regroupant les essais de perte en masse et de retrait libre – Ensuite, le comportement mécanique comprenant les essais de compression, flexion et module d’Young dynamique – Enfin, la distribution poreuse par injection de mercure En effet, il n’est pas aisé d’analyser les résultats obtenus avec l’essai de fissuration sans tenir compte des modifications induites par les adjuvants sur les propriétés citées. En conséquence, nous considérons que l’adjuvant est potentiellement capable d’agir sur trois leviers afin d’améliorer le comportement à la fissuration du matériau. Le premier levier modifie la comportement physique du mortier, c’est-à-dire principalement le retrait de dessiccation dans notre cas. Le second, influe sur les résistances mécaniques du mortier (la résistance à la traction notamment) et la rigidité globale du matériau. Le dernier augmente les déformations viscoélastiques du mortier permettant un relâchement des contraintes induites par le retrait gêné. Dans l’essai à l’anneau, c’est le fluage en traction qui permet une diminution des contraintes. Afin d’expliquer les résultats observés, situons nous plutôt à une échelle locale du mortier. Nous nous basons tout d’abord sur la théorie des dépressions capillaires pour expliquer les forces responsables du retrait de dessiccation des matériaux cimentaires. Celle-ci, en prenant en compte la couche d’eau adsorbée à la surface des hydrates, est capable de rendre compte des déformations mesurées dans la plage d’humidité relative investie (100 % à 50 %) lors de nos essais (cf. chapitre 1 paragraphe 5.2). Ensuite, nous considérons que ces déformations sont équilibrées par le squelette solide comprenant les granulats et la pâte de ciment. Ceux-ci peuvent être représentés par un schéma rhéologique simple. Dans cette représentation, les granulats et le ciment anhydre, qui correspondent aux éléments connus pour ne pas causer de déformations de fluage, sont modélisés par un ressort. Cette partie du modèle n’est pas influencée par l’incorporation d’adjuvants. La seconde partie du squelette rigide comprend les hydrates de manière globale qui subissent à la fois des déformations élastiques et viscoélastiques. C’est sur cet élément du modèle que les leviers de formulation vont exercer leur influence. La figure 3.17 illustre cette approche. 82
Influence des adjuvants organiques et minéraux sur la fissuration au jeune âge FIG. 3.17: Représentation à l’échelle mesoscopique, des mécanismes de déformation du squelette rigide induits par les dépressions capillaires Détaillons maintenant, pour chaque adjuvant, les effets sur les différentes propriétés analysées expérimentalement. – Les agents anti-retrait (mortiers SRA1 et SRA2) : nous avons constaté une influence très faible de ces ajouts sur la porosité ainsi que sur les propriétés mécaniques du mortier. Nous pouvons en déduire que ces adjuvants ne modifient quasiment pas les propriétés d’élasticité et de viscoélasticité de la matrice solide. Par contre, nous avons observé une baisse significative du retrait libre. Ceci s’explique par la baisse de la tension superficielle de l’eau et par la formation limitée de ménisques dans la porosité. Cet adjuvant agit donc sur un seul levier, celui des dépressions capillaires en parvenant à les réduire significativement. Parmis les produits testés, les agents anti-retrait semblent les plus efficaces pour repousser la fissuration précoce du mortier CEReM. – Le latex EVA (mortier EVA) : l’analyse du comportement de ce mortier est moins aisé. Nous avons mesuré peu d’influence du polymère sur les propriétés mécaniques et sur la rigidité du matériau. A contrario, nous avons observé une légère augmentation du retrait libre malgré une porosité comparable à celle du mortier CEReM. Ceci confirme les résultats obtenus avec l’essai à l’anneau pour lequel les déformations ont été plus importantes. En conséquence, l’amélioration du comportement à la fissuration ne peut s’expliquer qu’en prenant en compte les déformations non linéaires du mortier. L’EVA devrait augmenter les propriétés viscoélastiques de la pâte et permettre une meilleure relaxation des contraintes. Ce résultat peut, dans un premier temps, être interprété comme contraire à celui d’Ohama sur la diminution du coefficient de fluage détaillé dans la partie bibliographique (cf. chapitre 1, paragraphe 7.3.4). Néanmoins, notons que les résultats d’Ohama sont obtenus pour des ratios P/C plus importants. Pour cette quantité de polymère introduit, un comblement de la porosité est constaté, diminuant considérablement la perméabilité du mortier. Dès lors, les mouvements d’eau dans la porosité, qui sont la principale cause invoquée pour expliquer le fluage des matériaux cimentaires, sont partiellement gênés, ce qui peut expliquer la baisse du coefficient de fluage. Dans notre cas, à même porosité, l’amélioration des propriétés viscoélastiques est la seule raison possible pour expliquer le retard à l’hydratation mesuré. – La chaux (mortier CH) : L’interprétation des résultats obtenus avec ce mortier est la plus complexe. Une augmentation de toutes les propriétés mécaniques est constatée. Ceci 83
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Perspectives À l’issue de ce tra
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Bibliographie [1] H. Le Chatelier.
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BIBLIOGRAPHIE [32] E. G. Swenson, P
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BIBLIOGRAPHIE [66] N. Banthia, C. Y
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