RECONSTRUCTION DE LA CINETIQUE D’HYDRATATION D’UN BETON A PARTIR DE CELLES DES REACTIONS D’HYDRATATION ET POUZZOLANIQUES

RECONSTRUCTION DE LA CINETIQUE D’HYDRATATION D’UN BETON A PARTIR DE
CELLES DES REACTIONS D’HYDRATATION ET POUZZOLANIQUES

Caractérisation de la cinétique des réactions d’hydratation des ciments c a et c b

L’énergie d’activation apparente des réactions d’hydratation du ciment ca a été déterminée sur la base de résultats d’essais de calorimétrie isotherme (3 essais) ou adiabatique (1 essai) effectués sur la formule ca55 ne contenant ni addition minérale ni adjuvant. Une fois obtenue la valeur de l’énergie d’activation, on a calculé les courbes Ã(ξ) de tous les bétons dont le ciment était le ciment ca et qui ne contenaient pas de pouzzolane.

Si l’énergie d’activation traduit l’influence de la seule température sur la vitesse des réactions d’hydratation, la fonction Ã(ξ), elle, « contient » les influences de tous les autres paramètres ayant une incidence sur la cinétique des réactions d’hydratation. Les bétons testés dans l’étude 46voir chapitre I § 1.3.2.

Modélisation de l’exothermie des réactions d’hydratation et pouzzolaniques expérimentale ont permis d’étudier l’influence de certains de ces paramètres : le rapport e/c et l’étendue du squelette granulaire. Cette étape a conduit à s’intéresser également à un effet secondaire de type « retardateur » du superplastifiant utilisé dans certaines des formules. Dans le cas du ciment cb, l’énergie d’activation n’a pas été déterminée.

On a pris une valeur « moyenne » pour étudier la forme de Ã. Enfin, l’exploitation du résultat de l’essai calorimétrique à la bouteille de Langavant sur mortier a permis de comparer la fonction à déduite de cet essai à celle issue des autres résultats.

Énergie d’activation apparente des réactions d’hydratation du ciment ca

Les courbes de températures et les courbes de chaleur issues des quatre essais sont représentées sur la figure III.21. Figure III.21. Courbes θ et Q/c des essais de calorimétrie isotherme et adiabatique sur béton ca55 Les valeurs asymptotiques Q(∞) des courbes précédentes ont été déterminées par extrapolation. Elles sont indiquées dans le tableau III.20.

Tableau III.20. Valeurs asymptotiques extrapolées des courbes calorimétriques sur béton ca55 (en J/g) essai Q(∞) isotherme à 20 °C isotherme à 30 °C isotherme à 50 °C adiabatique 330 324 273 406 Si les deux premières valeurs sont pratiquement égales, la troisième leur est, par contre, largement inférieure. Toutefois, la diminution de la valeur finale mesurée lorsque la température de l’essai augmente est un constat classique.

La dernière valeur, par contre, dépasse toutes les autres alors que la température maximale atteinte dans l’essai adiabatique excède largement 50 °C. Les incertitudes sur les résultats des deux types d’essai (10 à 15 %) pourraient, à la limite, expliquer la différence des valeurs entre l’essai adiabatique et l’essai isotherme à 20 °C. Mais on verra dans la suite, qu’on trouve pour les pâtes de pouzzolane et de chaux des écarts également importants et dans le même sens. Il est difficile d’attribuer ces 47 Voir annexe F. 1

On peut chercher à attribuer le phénomène au fait que le mode de calcul de la quantité de chaleur Q est très différent d’un essai à l’autre : on procède par intégration du flux de chaleur produite dans l’essai isotherme alors qu’on la calcule, dans l’essai adiabatique, en multipliant l’élévation de température par la capacité thermique de l’échantillon testé. L’écart pourrait provenir d’une erreur sur la valeur estimée de la capacité thermique.

Or, d’une part, cette incertitude est déjà comprise dans l’incertitude totale citée ci dessus et, d’autre part, on a vu au paragraphe 1.1.4 du présent chapitre que dans l’évaluation de la capacité thermique moyenne du béton, on tend plutôt à sous-estimer cette dernière, ce qui va à l’opposé du sens de la différence observée. Cependant, cet écart entre les valeurs extrapolées entraine peu de conséquence sur la valeur de l’énergie d’activation puisque l’obtention des courbes ξ par la normalisation des courbes de chaleur élimine toute éventuelle erreur multiplicative sur Q.

La question reste toutefois posée. Des courbes de chaleur et de leurs valeurs asymptotiques respectives, on a déduit les degrés d’avancement dans chacun des essais : ξ t Qt ( ) ( ) ( ) = ∞ Q (III.66) Les courbes ξ(t) et leurs courbes dérivées sont représentées sur la figure III.22. Des courbes dérivées, on a déduit la valeur de l’énergie d’activation en fonction du degré d’avancement.

Dans un premier temps, on a procédé en déterminant l’énergie d’activation sur deux « plages » de températures – 20-30 °C et 30-50 °C – en ne considérant à chaque fois que les deux courbes dξ/dt correspondantes. Le résultat est montré sur la figure III.23 et amène deux constatations : • pour une plage de température donnée, l’énergie d’activation n’est pas constante sur l’ensemble du domaine de variation de ξ considéré, • la courbe donnant E en fonction de ξ varie également d’une plage de température à l’autre : elle est plus élevée pour les faibles que pour les hautes températures.