Mécanismes d'altérations des matériaux cimentaires soumis aux milieux fortement agressifs

II -2-5) Revue des essais :

- Attaque des mortiers par les acides ASTM C 267-96 :

Pour la caractérisation de la résistance chimique, des éprouvettes cubiques de mortier 50 x 50 x 50 mm³ sont confectionnées selon la Norme ENV 197-1. Démoulées à 24 heures, les éprouvettes sont conservées dans l'eau à 20° #177;2°C jusqu'au 28^ème jour. Après 28 jours de cure sous l'eau, les éprouvettes sont pesées pour déterminer leurs masses avant l'attaque chimique puis elles sont immergées dans les différentes solutions acides :

La résistance due aux agressions chimiques des éprouvettes immergées dans ces solutions acides est évaluée selon la Norme ASTM C 267-96.

Figure II -12 : Eprouvettes cubiques 50x50x50mm immergées

dans la solution acide.

Les éprouvettes sont nettoyées 3 fois avec l'eau douce pour éliminer le mortier altéré puis laissées sécher pendant 30mn. Ensuite on procède à la pesée des éprouvettes avec une balance de précision de 0.01g. Cette opération est effectuée à 1-7- 14 -21- 28- 35- 42- 49 et 56 jours après l'immersion dans la solution

Les solutions d'attaque sont renouvelées chaque semaine, de telle façon à maintenir un pH constant et égale à un.

- Le degré de l'attaque est évalué par la formule de perte de masse suivante :

Perte de masse (%) = [(M₁- M₂)/M₁)] x 100

Avec M₁ : masse des éprouvettes avant immersion.

M₂ : masse des éprouvettes après immersion. [3]

-Essais de lixiviation aux acides organiques :

Des essais spécifiques ont été développés pour étudier le comportement des matériaux cimentaires au contact d'acides organiques présents dans les milieux agricoles (jus d'ensilage, lisiers) ou agroalimentaires (laiterie, fromagerie...).

Ils consistent généralement à plonger des échantillons de pâte ou de mortier dans des acides organiques en maintenant le pH à 4 (ou 6) et à suivre l'évolution de la profondeur dégradée (microanalyse par sonde électronique). Les acides utilisés sont généralement l'acide acétique et l'acide lactique, la valeur initiale du pH étant obtenue par addition de soude.. [10]

II -2-6) Moyens de protection contre les acides :

Indépendamment des moyens supplémentaires de protection qu'il peut être nécessaire de mettre en oeuvre (résines, bitumes et autres revêtements), les mesures à prendre pour réduire les risques d'attaque par les acides, sont les suivantes :

- bien identifier les risques : nature de(s) (l') acide(s), concentrations, mode d'action (mobilité, renouvellement, température...), actions extérieures (piétinement, abrasion...) ;

- utiliser des ciments à faible teneur en chaux, en particulier des ciments avec ajouts minéraux consommateurs de chaux (laitiers, cendres volantes silico-alumineuses, pouzzolanes réactives, fumées de silice).

Les travaux de Mehta [30] effectués sur des bétons de faible rapport E/C contenant soit des fumées de silice soit un ajout de latex styrène-butadiène et soumis à des solutions d'acides chlorhydrique (1 %), sulfurique (1 %), lactique (1 %) et acétique (5 %), concluent à la meilleure tenue générale des bétons avec fumées de silice. L'effet du latex se traduirait par un enrobage des hydrates qui les protègerait des agressions chimiques.

Les expériences de Bertron et al. [31] sur des pâtes de ciments (deux CEM I dont l'un à faible teneur en C₃A, et un ciment au laitier de haut-fourneau) soumises à un mélange d'acides organiques à pH 4 simulant l'agression accélérée d'un lisier, montrent l'effet bénéfique du laitier sur les pertes de masse des échantillons et confirment la nécessité de réduire la quantité de chaux et d'augmenter celle de la silice. D'autres tests ont été effectués par les mêmes auteurs sur un ciment au laitier de haut-fourneau et trois ciments Portland ordinaires, le premier sans ajout, le deuxième avec ajout de fumée de silice, le troisième avec ajout de cendres volantes : l'analyse du comportement des éléments chimiques Ca, Si, Al, Fe et Mg

dans chacune des pâtes de ciments, montre l'influence favorable des éléments Si, Al et Fe sur la résistance chimique des liants vis-à-vis des acides organiques acétique, propionique, butyrique, iso-butyrique et lactique, ce dernier étant le plus agressif .

Figure II -13: perte relative de masse de pâtes de ciment (E/C = 0,27) en fonction de la durée d'immersion dans une solution d'acides organiques (maintenue à pH 4) simulant un lisier de porc [10] .

Les éprouvettes cylindriques (hauteur 75 mm, diamètre 25 mm) de pâtes de ciment ont été plongées après 28 jours de cure humide dans une solution d'acides organiques composée d'acides acétique (12,8 g/L), propionique (2,8 g/L), butyrique (1,6 g/L), iso-butyrique (0,6 g/L) et valérique (0,3 g/L) ramenée à pH 4 par une solution de soude à 2g/L et maintenue à ce pH par renouvellement de la solution. Le rapport volumique solide / liquide était de 0,059. Les courbes montrent que le ciment au laitier de type CEM III/B est celui qui présente la plus faible perte relative de masse alors que les deux ciments sans ajouts de type CEM I conduisent à des plus fortes pertes de masse, indépendamment de leur teneur en C₃A (faible teneur pour le CEM I PM/ES (3,4 %), teneur élevée pour le CEM I (10,5 %)).

Des conclusions semblables ont été avancées par De Bélie et al. [32], [33] qui classent la résistance des ciments aux attaques par les acides lactique et acétique dans l'ordre suivant, du plus résistant au moins résistant : ciment au laitier de haut-fourneau, ciment aux cendres volantes, ciment Portland ordinaire et ciment Portland sans C₃A.

Cependant, il convient de faire attention au choix des critères de durabilité utilisés pour qualifier un matériau ou un liant (profondeur dégradée, perte relative de masse, taux de dissolution des éléments chimiques...) car cela peut conduire à des classements différents en terme de performances.

Par ailleurs, les études réalisées par Monteny et al. [34] ont montré l'effet bénéfique de l'addition d'un polymère de type ester styrène-acrylique sur la tenue des bétons soumis à l'acide sulfurique d'origine biogénique.

La mise en oeuvre de béton de haute compacité, susceptible de ralentir de manière importante le transport des acides au sein du béton, constitue également une bonne mesure de protection.

Toutefois, en cas de risque d'attaque très sévère, il peut être nécessaire d'appliquer une protection supplémentaire, les phénomènes de dissolution et d'érosion superficielle ne pouvant être évités. [10]