Absorption d’eau des granulats poreux

Face à la pénurie de granulats alluvionnaires, l’utilisation de granulats issus de roches massives est devenue systématique. De plus, les bâtiments en béton de l’après-guerre arrivant en fin de vie, les déconstructions vont se multiplier et créer des gisements en granulats recyclés qu’il ne sera pas possible d’enterrer ou de stocker. Le secteur du BTP produit environ 300 millions de tonnes de déchets inertes par an dont le béton déconstruit. Le recyclage de ces matériaux complexes, composés d’ancien granulat naturel et de mortier adhérent très poreux, s’impose donc face à l’enfouissement avec un objectif européen de 70% de valorisation d’ici 2020 en sous couche routière mais aussi en remplacement de granulats naturels .

L’influence de la porosité élevée et de l’angularité de ces granulats concassés et recyclés, liées à la présence de pâte de ciment adhérente et au concassage mécanique, sur le comportement des matériaux cimentaires à l’état frais et à l’état durci est extrêmement importante et très étudiée dans la littérature.

De nombreuses études ont été réalisées sur les conséquences de l’absorption d’eau de granulats recyclés grossiers sur les propriétés rhéologiques, mécaniques et de durabilité de bétons intégrant ces nouveaux matériaux. L’absorption d’eau élevée des granulats grossiers peut réduire l’ouvrabilité des matériaux cimentaires par l’absorption d’une part de l’eau de gâchage avant la mise en place. A l’état durci, la fragilité de ces grains composés en grande partie de mortiers poreux induit une diminution de la résistance mécanique et de la durabilité vis-à-vis des espèces agressives telles que les chlorures [3- 7]. L’absorption d’eau et la microstructure de ce type de granulats sont donc des paramètres clés à maîtriser pour la prédiction du comportement rhéologique et mécanique de matériaux intégrant des granulats recyclés. Dans la littérature existante, les travaux sont essentiellement réalisés sur des bétons dont une part des granulats naturels a été substituée par des granulats recyclés de bétons concassés. En revanche, le sable recyclé, souvent composé uniquement de mortier concassé, est très peu utilisé en substitution du sable naturel. En effet, l’absorption du sable recyclé est difficilement mesurable par la norme actuellement utilisée pour caractériser les granulats. Cette norme consiste à déterminer un état dit « saturé surface sèche » et dans le cas de granulats recyclés, la rugosité de surface rend particulièrement difficile la détermination visuelle de cet état .

Des études portent également sur la cinétique d’absorption. Les granulats recyclés, étant composés de fragments de bétons dont l’origine est souvent mal connue, peuvent avoir des cinétiques d’absorption différentes. L’absorption d’eau est plus ou moins rapide en fonction de la microstructure de la matrice cimentaire du béton concassé. Ceci peut avoir un impact sur la rhéologie du matériau en diminuant sa fluidité pendant la mise en place. Pour les granulats grossiers de taille centimétrique, des méthodes de pesée hydrostatique ont été mises en place mais dans le cas de sable, le dégagement de l’air contenu dans les grains rend difficile l’interprétation des résultats .

De nombreux travaux existent donc sur les granulats concassés et recyclés grossiers dont l’absorption d’eau est mesurable par la norme actuelle adaptée aux granulats roulés. Cependant, dans le cas des sables poreux dont la rugosité de surface est importante, la mesure de l’absorption d’eau reste difficile par les méthodes existantes. Dans ce cadre, nous choisissons de focaliser notre étude sur les sables poreux. Nous étudions plusieurs types de sables représentant les gisements existant : un sable roulé alluvionnaire, un sable concassé issus de roche massive et un sable recyclé issu d’un béton concassé. Ce dernier sable étant un sable hétérogène composé de granulats naturels et d’un mortier adhérent aux granulats naturels, nous choisissons d’étudier également un sable recyclé composé uniquement de pâte de ciment fabriqué et concassé pour les besoins de l’étude. Le but étant de connaître toutes les caractéristiques (absorption d’eau et porosité) d’un granulat recyclé homogène. Au cours de ce travail de thèse, nous proposons de mettre en place des méthodes fiables permettant de déterminer la cinétique et l’absorption d’eau de sable poreux. Nous étudions également l’impact des transferts d’eau entre les granulats recyclés et la matrice cimentaire sur les propriétés du matériau à l’état frais.

Les granulats naturels concassés et roulés sont tous préalablement séchés à l’étuve à 105°C, ce qui correspond à la température généralement imposée pour sécher ces matériaux en laboratoire. Dans le cas de granulats recyclés composés de granulats naturels et de mortier adhérent, nous choisissons de réduire la température de séchage à 75°C de façon à éviter de fissurer ou de modifier la microstructure de la pâte de ciment adhérente.

Les granulats de pâte de ciment (SPC) sont issus d’une pâte de ciment coulée dans des moules cylindriques et démoulée à 24h. Les éprouvettes ont ensuite été immergées pendant 4 mois dans l’eau pour assurer une hydratation complète de la pâte de ciment. La porosité à l’eau de la pâte a été mesurée avant concassage et est égale à 35,5±0,2%, soit une absorption d’eau de 21,5% par rapport à la masse sèche de l’échantillon. Après concassage, les granulats ont été de nouveau plongés dans l’eau pour s’assurer de l’hydratation des anhydres rendus accessibles par le concassage puis séchés à l’air libre et à 75°C jusqu’à masse constante avant chaque essai nécessitant un séchage préalable. De cette façon, les granulats recyclés sont rendus inertes vis à vis de l’eau et leur microstructure ne risque plus d’évoluer au contact de l’eau pendant les différents essais.

Les granulats ont été conservés dans une enceinte climatique à humidité relative contrôlée par gel de silice (HR<10%) et chaux sodée. Ces conditions de conservation permettent d’éviter tout phénomène de carbonatation qui pourrait diminuer la porosité et fausser les résultats pendant la durée de la thèse.