Le comportement des mortiers soumis à des acides

Caractéristiques des constituants autres que le clinker : les ajouts minéraux

Laitier granulé de haut fourneau (S) : Ce sont des sous‐produits de fabrication de la fonte. Ils sont formés de constituants non ferreux, de fondants et de cendres de coke. Obtenu par refroidissement rapide du laitier fondu provenant de la fusion du minerai de fer dans un haut fourneau ; il contient au moins 2/3 en masse de laitier vitreux et présente des propriétés hydrauliques après activation .
Fumée de silice (D) : Elle provient de la réduction du quartz de grande pureté par du charbon dans des fours à arc électrique utilisés pour la production du silicium et de l’alliage du ferrosilicium . Elle est formée de particules sphériques. Sa taille est 100 fois plus petite qu’un grain de ciment .
Matériaux pouzzolaniques (P; Q) : Est une substance d’origine volcanique (Pierre ponce) composée essentiellement de SiO2 ; réactif, de Al2O3, de Fe2O3 et ayant naturellement des propriétés pouzzolaniques. Elles sont naturellement actives (P) ou activées thermiquement (Q) .
Cendres volantes siliceuse (V) ou calcique(W) : Elles sont recueillies dans les centrales thermiques fonctionnant au charbon et sont généralement utilisées pour la finesse de leurs particules, ce qui accroît leur réactivité. Elles sont aussi obtenues par précipitation électrostatique ou mécanique de particules pulvérulentes contenues dans les fumées des chaudières alimentées au charbon pulvérisé .
Les cendres volantes peuvent être de nature siliceuse (V) ou calcique (W) .
Schiste calciné (T) : Le schiste calciné, et en particulier le schiste bitumineux calciné, est produit dans un four à une température d’environ 800°C. En raison de son mode de fabrication, il contient des phases de clinker et des oxydes à caractère pouzzolanique . Ils acquièrent des propriétés hydrauliques et pouzzolaniques lorsqu’ils sont activés thermiquement. C’est notamment le cas des schistes houillers brûlés dans les chaudières à une température d’environ 800°C. Les schistes calcinés contiennent principalement du silicate bi calcique (C5S) et de l’aluminate mono calcique (CA) ainsi que de petites quantités de chaux libre ( CaOL), de sulfate de calcium et de silice. Ces ajouts finement broyés ont de fortes propriétés hydrauliques couplées à des propriétés pouzzolaniques.

Différents types de fibres

Chaque type de fibre présente des caractéristiques et des propriétés qui lui sont propre : Dimensions (diamètre, longueur), forme (lisse, rugueuse, plate, ondulée, crantée), Résistance à la traction et adhérence au béton, qui procurent un comportement mécanique spécifique aux structures renforcées de fibres.
Les fibres métalliques :Les fibres métalliques  caractérisées par un module d’élasticité élevé, offrent au béton, une meilleure résistance à la traction, au choc et améliore sa ductilité en augmentant son pouvoir de résister aux déformations dues à la rupture, de même donne une ténacité appréciable, leur forme et leurs dimensions améliorent leur ancrage et leur adhérence (fibres, copeaux, fibres tréfilées, ondulées, déformées aux extrémités) .
Les fibres de fonte amorphe :Ces types de fibres sont obtenus par refroidissement brusque d’un alliage métallique à base de fer, sont constituées de petits rubans de 3mm de largeur, et contribuent à la limitation des fissures sous chocs .
Les fibres de verre :Sous leur forme habituelle, elles sont caractérisées par une très grande fragilité aux chocs attribuée à une sensibilité élevée à la fissuration, sous la forme de fibre de faibles diamètres, le verre perd ce caractère, acquière de bonnes caractéristiques mécaniques et sont utilisées pour fabriquer des éléments de faibles épaisseurs, avec des matrices de pâte ou mortier ou de micro béton .
Les fibres de polypropylène :Sont des produits d’origine pétrolifère, découverts en 1954, ces matériaux de synthèse  ont connu une extension dans l’industrie textile ou ils apportent les avantages suivants : Disponibilité à prix relativement faible ; Résistance aux attaques en milieux alcalins et corrosifs ; Augmentation notable de la résistance aux chocs ; Limitent l’ouverture des fissures. Ces fibres sont fréquemment utilisées dans les bâtiments, en particulier dans la réalisation des panneaux décoratifs, revêtement de façade, de tuyaux et pieux.

Types des mortiers 

Mortier fibré : Se compose de différents types de sables majoritairement siliceux, de ciments spéciaux (ciments de classe CEM I), de fibres synthétiques ainsi que d’adjuvants. L’ajout de fibres dans le mortier permet d’augmenter la densité du matériau. Le mortier fibré est plus compact et plus résistant. Ainsi, Il bénéficie d’une meilleure résistance à la compression et il est moins sujet aux risques de fissurations lors de la phase de retrait. Il endure mieux les chocs et les agressions extérieures (pluies acides, pollution) et Il offre peu de prise à la corrosion, qui résulte de la carbonatation du béton et des ions chlorure .
Mortier normal : Est un mortier qui sert à définir certaines caractéristiques d’un ciment et notamment sa résistance. Ce mortier est réalisé conformément à la norme (pour déterminer la consistance de la pâte de ciment) EN 196‐1. Le sable utilisé est un sable appelé “sable normalisé EN 196‐1”, lui‐même étant défini par rapport à un ”sable de référence CEN”
Mortier de béton équivalent : La méthode MBE permet de sélectionner rapidement parmi différents adjuvants celui qui répond le mieux aux exigences d’efficacité, de maintien rhéologique et de délai de décoffrage. Cette dernière a été développée dans le cadre du projet national Calibré tout en permettant de réaliser facilement des essais sur mortiers plutôt que sur bétons .
Mortiers thermiquement équivalents (MT) : Les réactions chimiques intervenant dans la prise des bétons sont thermoactives. Pour obtenir des mortiers comparables à des bétons donnés, on peut donc essayer de conserver une même histoire thermique, en fabriquant des mortiers dégageant la même chaleur d’hydratation et ayant la même chaleur spécifique massique. Pour arriver à ce résultat, il suffit de conserver les quantités de ciment et d’eau et de remplacer le gravier par une même masse de sable. La masse de sable du mortier est alors égale à la somme des masses de sable et de gravier du béton (Dierkens,2005) .
Mortiers classiques du béton (MB) : Certains auteurs (Turcry, 2004) ont montré qu’il existe aussi une bonne corrélation entre les comportements à l’état frais du BAP et de son mortier. Les compositions des mortiers de bétons (MB) sont établies à partir de la composition initiale du béton. Il suffit tout simplement d’enlever les quantités de graviers .

Les attaques Acides 

Les attaques acides se font principalement suivant un mécanisme de dissolution. Suivant le cas, le phénomène de dissolution peut être accompagné de la précipitation du sel formé lors de la réaction base acide si le sel est peu soluble.
Ce sel peut avoir un effet colmatant et ralentir les réactions de dissolution. Le produit final de dégradation par un acide peut être un gel de silice résultant de la décalcification totale des C‐S‐H qui selon Grube et al , peut avoir un rôle protecteur à la surface du béton et ralentir les réactions. Ces auteurs insistent également sur le fait que les conditions de transport de l’agent agressif sont plus importantes que sa concentration.

Les différents types des acides 

Les pluies acides (cas extrême des eaux douces) : les pluies dites «propres» ont généralement un pH compris entre 5,6 et 7. Elles n’ont pas d’effets nocifs sur le béton réalisé suivant les règles de l’art. Par contre, les pluies dites «acides», dont le pH peut descendre jusqu’à 4 et parfois moins, sont agressives. L’occurrence de ce type de pluies est en relation principalement avec la pollution par les oxydes de soufre SOX d’origine industrielle ou domestique (combustion des charbons, fiouls, carburants) qui représentent environ un tiers de tous les oxydes de soufre de l’atmosphère. Le résultat est la formation d’acide sulfurique très hygroscopique qui se condense rapidement en gouttelettes susceptibles de contenir des métaux lourds (mercure, plomb, argent, cadmium) et des sulfates (d’ammonium, de sodium). Les oxydes d’azote NOX également présents se transforment en acide nitrique. La composition et le pH des pluies peuvent varier en fonction de la saison et des conditions locales.
Les pluies acides peuvent provoquer des dégradations superficielles suivant des processus plus ou moins complexes faisant entrer en jeu des phénomènes de dissolution dus aux acides (sulfurique, nitrique, carbonique) et d’expansion due à la cristallisation de sels, tels que le gypse (salissures des façades) ou l’ettringite.
Les acides minéraux : Les acides chlorhydrique et nitrique, acides minéraux forts qui par réaction avec la chaux du ciment donnent naissance respectivement, au chlorure de calcium CaCl2 et au nitrate de calcium (NO3)2Ca, sels très solubles, sont très agressifs vis à‐vis des ciments portland.
L’acide sulfurique H2SO4, formé, par exemple, lors de l’oxydation de l’hydrogène sulfuré produit dans les réseaux d’assainissement ou par condensation à partir du SO2atmosphérique, est doublement agressif par son acidité et par l’anion SO42– qui peut conduire à la formation de sels expansifs tels que le gypse et l’ettringite.
L’acide phosphorique H3PO4, qui entraîne la précipitation de phosphates de calcium très peu solubles, est modérément agressif, mais provoque une désintégration lente du béton.
les acides organiques : On les rencontre fréquemment dans les effluents rejetés par les industries chimiques (fabriques d’engrais, papeteries, teintureries, tanneries…) et agroalimentaires (vinaigreries, laiteries, fromageries, distilleries, conserveries, élevages…).
Ils sont généralement moins agressifs que les acides minéraux. Ils peuvent dans certains cas avoir un effet colmatant sur le béton : c’est le cas par exemple, de l’acide tartrique (cuves à vin) ou de l’acide oxalique. Les acides organiques tels que les acides acétiques, lactique, butyrique, formique, contenus dans certaines eaux usées, attaquent les constituants calciques du ciment.
Ces acides faibles, peu dissociés, sont généralement modérément agressifs et provoquent des dégradations lentes. Toutefois, leur neutralisation par les ions alcalins (Na+,K+) et alcalino‐terreux (Ca2+) entraîne la permanence de la dissociation de l’acide et corrélativement une augmentation de son agressivité par production cumulée d’ions H+.
Des dégradations importantes du béton ont pu être observées en milieu agricole dans des silos ou cuves destinés à contenir les fourrages, fumiers, purins et sur des dallages d’étables (érosion, déchaussement des granulats, pertes de masses, mise à nu des aciers…).

Les solutions chimiques 

Acide chlorhydrique (HCl) :
L’acide chlorhydrique est une solution aqueuse ayant pour solutés des ions de type oxonium (plus précisément des ions hydratés d’hydrogène H3O+) et des ions chlorures (Cl‐). Cette solution est obtenue par dissolution du (HCl) à une concentration de 38% dans l’eau (H2O). Le HCl est un acide fort et très corrosif qui s’ionise totalement en solution aqueuse.
Hydroxyde de sodium (NaOH) :
L’hydroxyde de sodium, appelé également soude caustique, est un corps chimique composé minéral de formule chimique NaOH, qui est à température ambiante un solide ionique. Fusible vers 318°C, il se présente généralement sous forme de pastilles, de paillettes ou de billes blanches ou d’aspect translucide, corrosives et très hygroscopiques. Il est très soluble dans l’eau. Les propriétés chimiques de l’hydroxyde de sodium sont surtout liées à l’ion hydroxyde HO‐ qui est une base forte.

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Table des matières

Introduction Générale
Chapitre1 : Généralités sur les ciments, fibres et mortiers 
1.1 Les ciments 
1.1.1 Historique
1.1.2 Définition
1.1.3 Principe et méthodes de fabrication
1.1.4 Caractéristiques des constituants autres que le clinker
1.2 Les fibres 
1.2.1 Historique
1.2.2 Définition
1.2.3 Rôle des fibres
1.2.4 Différents Types de fibres
1.3 Les mortiers 
1.3.1 Historique
1.3.2 Définition
1.3.3 Rôle des mortiers
1.3.4 Domaine d’utilisation des mortiers
1.3.5 Domaine d’application
1.3.6 Qualité des mortiers
1.3.7 Types de mortiers
1.3.8 Constituants des mortiers
1.4 Conclusion 
Chapitre 2 : Effets des milieux agressifs sur les mortiers 
2.1 Les mortiers normaux 
2.1.1 Introduction
2.1.2 Définition d’acide
2.1.3 Types des acides
2.1.4 La source des acides
2.1.5 Les attaques acides
2.1.6 Réactions chimiques
2.1.7 Les solutions chimiques
2.1.8 Examen visuel
2.1.9 Etude des facteurs cinétiques
2.1.10 Etudes faites sur le comportement des mortiers soumis à des acides
2.2 Les mortiers fibrés 
2.2.1 Introduction
2.2.2 Examen visuel
2.2.3 Etudes faites sur le comportement des mortiers fibrés soumis à des acides
2.3 Conclusion 
Chapitre 3 : Caractérisations des matériaux et des mortiers étudiés 
3.1 Introduction 
3.2 Caractéristiques des matériaux
3.2.1 sable
3.2.2 Le Ciment et les ajouts
3.3 Formulation des mortiers 
3.3.1 Composition des mortiers
3.4 Préparation des solutions 
3.5 Procédure expérimentale
3.6 Conclusion 
Conclusion générale et perspectives
Références bibliographiques

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