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Durée de vie des ouvrages :Approche Prédictive,

PerformantielLEet probabilisTe

Fabrication et vieillissement des corps d’épreuves

Présenté par : Florence VALLOTEmmanuel CAILLEUX

Organismes : LREPCSTC

Date : 03/06/08Lieu : C2RMF

Durée de vie des ouvrages :

Approche Prédictive,


2

Plan prPlan préésentationsentation

Protocole expérimental

Fabrication des corps d’épreuvesDallettes et prismesDalles

Vieillissement des corps d’épreuvesEssai d’immersion en milieu salin / séchageEssai de carbonatation accélérée





3

Protocole expProtocole expéérimentalrimental

Fabrication de corps d’épreuves de tailles différentes

4 dalles : 60*60*7 cm Fabrication au CSTC56 dallettes : 30*30*5 cm Fabrication au LR Lille160 prismes : 15*5*5 cm Fabrication au LR Lille

Corrosion des aciers obtenue par 3 types d’agressions

Chlorures au gâchageChlorures apportés par des cycles immersion / séchageCarbonatation accéléréeTémoins





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PrPréésentation des travauxsentation des travaux

Laboratoire RLaboratoire Réégional de lgional de l’’Est ParisienEst Parisien

Florence VALLOTFlorence VALLOT




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Fabrication des Fabrication des dallettesdallettes et prismeset prismes

Formulation du béton :

Ciment Holcim CEM I 52,5 N CE CP2 NF (Usine de Dannes)Dosage en ciment : 275 kg/m3 bétonGranulats : provenance Palvadeau, diamètre max. 16 mmE/C = 0,7

Formulation suivant la norme EN1766.

Corps d’épreuves coulés à l’horizontale, démoulés à 24 h et cure de 28 j dans l’eau.

Coffrages, coulages et cure des dallettes réalisés au LR de Lille.

FV - Fabrication et vieillissement des corps d’épreuves




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Armatures :

Acier à béton rond Fe24, lisse, diamètre 6 mm.Longueur acier = 40 cm (30 cm + 2*5 cm sur les côtés).Surface de l’acier polie.Délimitation de la surface à étudier par électrochimie : peinture par cataphorèse + gaine thermorétractable.Surfaces d’étude : 5 cm, 10 cm, 20 cm, 20 cm sur une demi-circonférence, 10 et 10 cm espacés par 5 cm (prismes).

Préparation des aciers réalisée au LCPC Paris.





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Mise en œuvre :

Méthode de gâchage : norme pour adjuvants NF EN 480-1 (2007).Malaxeur : 7 min (malaxeur Couvrot).Vibration : 2 * 10 s.Protection des dallettes avec un film plastique pendant 24 h.Démoulage puis cure de 28 j dans l’eau.





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20 dallettes 1A :Caractérisation électrochimique des appareils de laboratoire et de chantier.

36 dallettes 1A :Étude de l’influence de l’instrumentation (notamment la détermination des courants de corrosion en fonction de la surface d’étude).

16 dallettes 5A (sciées pour obtenir 160 prismes) :Étude de l’influence des conditions environnementales (température et humidité).





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VieillissementVieillissement

Dallettes Témoins :Aucun vieillissement.Conservation : 20°C (+/-2°C) et 60% HR (+/-10%).

Dallettes avec chlorures au gâchage :Ajout NaCl au gâchage (5% en masse / masse ciment).

Dallettes avec chlorures par immersion / séchage :Cycles immersion 4 j dans l’eau salée (NaCl à 35 g/l) / séchage (ambiance laboratoire).Atteindre 0,4 % en chlorures libres / masse ciment au niveau de l’acier.

Dallettes carbonatées :Mise en cuve de carbonatation (ambiance CO2).Carbonatation totale des dallettes.





10

Essai dEssai d’’immersion / simmersion / sééchagechage

Principe :

Accélérer les processus de corrosion des armatures en favorisant la pénétration d’agents agressifs (chlorures).

Combinaison de 2 paramètres :Alternance de périodes d’immersion et de séchage,Présence d’un milieu agressif (eau salée).

Objectif : Atteindre 0,4% Cl- libres / masse de ciment au niveau de l’acier. Concerne 9 dallettes.

Mode opératoire AFPC-AFREM « Durabilité des bétons », 1997.





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1. Cycles immersion en milieu salin / séchage

Immersion dans une solution avec [NaCl] = 35 g/l, à T°C ambiante pendant 4 jours.Séchage à l’air libre (ambiance laboratoire) pendant 3 jours.

2. Mesure la profondeur de pénétration des chlorures

Carottage.Dosage potentiométrique des Cl- libres en surface et aux armatures.





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Résultats :

Début du vieillissement : 10/09/07Modification des conditions d’immersion afin d’accélérer la pénétration des ions

chlorures : peu d’incidence.

Evolution teneur en chlorures aux armatures

0,00%

0,10%

0,20%

0,30%

0,40%

10/09/2007 09/11/2007 08/01/2008 08/03/2008 07/05/2008

[Cl-] libres en surface

[Cl-] libres aux armatures

21/09/2007 0,747% 0,077%

05/10/2007 1,090% 0,077%

09/11/2007 1,860% 0,103%

09/01/2008 0,593% 0,120%

14/04/2008 0,846% 0,245%





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Essai de carbonatation accEssai de carbonatation accéélléérrééee

Principe :

Suivre l’évolution de l’épaisseur de béton carbonaté dans des bétons conservés dans une atmosphère riche en CO2.

Objectif : carbonatation totale des bétons.Concerne 21 dallettes.

Mode opératoire AFPC-AFREM « Durabilité des bétons », 1997.





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1ère phase : Préconditionnement pendant 1 mois en enceinte climatique.40°C, 65 % HR

2ème phase : Carbonatation accélérée.Cuve à CO2, T°C amb, 65 % HR Nitrate

d’ammonium





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3ème phase : Mesure de la profondeur de carbonatation.carottage (diamètre 50 mm) et pulvérisation de phénolphtaléine

Béton carbonaté





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Résultats :

Date préconditionnement : 06/09/2007Date mise en cuve de carbonatation : 09/10/2007Carbonatation totale au 22/02/2008, soit après 4,5 mois dans les cuves.

Profondeur de carbonatation (mm)

14/11/2007 0,8

17/12/2007 1,6

21/01/2008 2,0

22/02/2008 2,5

Evolution de la carbonatation

0

0,5

1

1,5

2

2,5

09/10/2007 18/11/2007 28/12/2007 06/02/2008





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A venirA venir

Vieillissement par immersion / séchage à terminer.

Après vieillissement, découpe des 160 prismes par sciage de 16 dallettes.

Répartition des dallettes et prismes auprès des divers partenaires :LCPC, LRMH, CEA, LREP.

Mesures électrochimiques.





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PrPréésentation des travauxsentation des travaux

CSTCCSTC

Emmanuel CAILLEUXEmmanuel CAILLEUX




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Objectifs

1 dalle témoin

1 dalle avec chlorures au gâchage : 5% par rapport au poids de ciment

1 dalle avec chlorures introduits par cycles immersion/séchage : 0,4% de chlorures libres par rapport au poids de ciment

1 dalle carbonatée

EC/Fabrication et vieillissement des corps d’épreuve

Vieillissements spécifiques

Fabrication de 4 dalles de dimensions 60x60x7cm³ avec 4 armatures :




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Fabrication des dalles

Composition similaire à celle des dallettes et prismes

Formulation selon la norme EN 1766

Ciment Holcim CEM I 52.5 N CE CP2 NF (Usine de Dannes)

Dosage en ciment : 275kg/m³

Granulats : Palvadeau, diamètre maximal 16mm

E/C = 0,7

EC/fabrication et vieillissement des corps d’épreuve




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ArmaturesDiamètre 10mm, longueur 80cm, aciers à 2cm de profondeurSurface polie et nettoyée à l’éthanolRecouvrement des extrémités pour délimitation de la zone à étudier par peinture par cataphorèse et gaine thermo-rétractable


15cm

50cm




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Mise en œuvre au CSTCProtocole similaire à celui du LRPC de LilleCoulage horizontalVibration de 2x10sProtection des éprouvettes par film plastique durant 24 heuresDémoulage à 24 heures puis cure de 28 jours dans l’eau à 20°C

En plus des dalles, fabrication de :

3 prismes 15x15x15cm³ pour mesure de résistance à la compression à 28 jours

2 prismes 10x10x40cm³ pour suivi des vieillissements : migration des chlorures et carbonatation





23


32.0

2314

Moyenne

1.54Résistance en compression (MPa)

8.2Masse volumique (kg/m³)

Ecart-type


Témoin Chlorures au gâchage

35.3

2327

Moyenne

0.51Résistance en compression (MPa)

8.5Masse volumique (kg/m³)

Ecart-type




24

Vieillissements

Dalle avec migration de chloruresObjectif : 0,4% de chlorures libres par rapport au poids de ciment au niveau de l’armature

Dalle carbonatée





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Migration de chlorures

Protocole :Immersion partielle de la dalle (1cm) dans solution salée (NaCl à 35g/l)Cycles : 4 jours d’immersion et 3 jours de séchage

Suivi de l’évolution des concentrations en chlorures :Prélèvement de poudre entre 2 et 3cm de profondeurDosages réguliers des chlorures totaux par un appareil de terrain : le LASA chloride system du Dr LangeAprès dépassement du seuil (0,4%), dosage des chlorures libres par méthode potentiométrique





26



Dalle en phase de séchage

Elément de contrôle

Bac de solution salée (NaCl à35g/l) pour phase d’immersion




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Evolution des teneurs en chlorures (LASA Chloride System du Dr Lange)

18

10

0

Nombre de cycles

~ 016/07/2007

1,0114/11/07

0,2521/09/07

Chlorures totaux par rapport au poids de ciment (%)Date


1,180

Teneur en chlorures totaux par rapport au poids de ciment (%)

1,11319/11/07

Teneur en chlorures libres par rapport au poids de ciment (%)Date

Dosage par méthode potentiométrique au niveau de l’armature




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Profil de concentration par prélèvement d’une carotte traversante(dosage par méthode potentiométrique)

Fabrication et vieillissement des corps d’épreuve

0,1940,20259,25 - 700,0920,08444 – 54,750,3750,37929 – 39,51,7631,93114,5 – 24,53,9223,9770 – 10

Chlorures libres par rapport au ciment (%)

Chlorures totaux par rapport au ciment (%)

Profondeur (mm)

Profondeur 0 mm : surface d’immergée Profondeur 70 mm : surface à l’air




29



Position des armatures

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Concentration en Cl- libres par rapport au ciment (%)

Profondeur de prélèvement (mm)Surface à l’air

Surface immergée




30

Carbonatation

Pré-conditionnement après cure :Séchage durant 14 jours en étuve à 50°CMise en chambre climatique à 20°C et 60%HR durant 7 jours

Conditions de vieillissement :Chambre CO2 : 20°C, 50%HR et 1%CO2

Suivi de l’évolution de la carbonatation :Tests à la phénolphtaléine sur fractures fraîches à partir de l’élément témoin (10x10x40cm³)

EC/Fabrication et vieilliessement des corps d’épreuve




31

Carbonatation


Dalle

Elément de contrôle

Chambre de carbonatation du CSTC




32

Carbonatation

Tests à la phénolphtaléine sur fractures fraîches

Mise en chambre CO2 le 06/08/2007


14 novembre 200721 septembre 2007

10cm

30 janvier 2008

Béton carbonatéBéton non carbonaté




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Carbonatation

Evolution de la carbonatation


14.514/11/2007

006/08/2007 Mise en chambre CO2

18.430/01/2008

921/09/2007

Carbonatation moyenne (mm)Date

0

5

10

15

20

26/08/2007 14/11/2007 02/02/2008

Date d'essai

Profondeur de carbonatation (mm)




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Conclusions et perspective

Dalle témoin : prête,

Dalle avec chlorures au gâchage : prête,

Dalle avec migration de chlorures : prête,

Dalle carbonatée : carbonatation en cours,

Premiers essais électrochimiques (potentiels, vitesse de corrosion) en juin pour essais préalables.


Documents

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