Brevet FR2710335A1 — publié le 19950331

Procédé d'inhibition des réactions alcalis-granulats dans les bétons et équipement pour sa mise en oeuvre. Un béton est un mélange intime de granulats (sable, graviers et éventuellement cailloux) liés entre eux par une pâte de ciment (ciment + eau). Les proportions de ces différents constituants varient suivant les types de bétons. Les mortiers sont des bétons caractérisés par des granulats fins (dimensions Le phénomène de la prise des bétons s'effectue essentiellement par hydratation des composés suivants constitutifs des ciments : C2S (2CaO, SI02), C3S (3CaO, Six2), C2A (2CaO, A1203) , C3A (3CaO, A1203) et C4AF (4CaO, Au203, Fe203). Le constituant le plus important des ciments est le C3S qui représente au minimum 50% en poids du total des composés précédents, et dont l'hydratation est le principal vecteur de la prise. La prise est une réaction exothermique, qui s'accompagne en outre du passage en solution d'ions calcium, d'ions potassium et d'ions sodium. Cela se traduit par une très forte alcalinisation du milieu : le pH d'une solution de gâchage de béton atteint habituellement 13. Ce pH est également celui des solutions interstitielles qui sont les reliquats des solutions de gâchage après la prise des bétons. Ces solutions fortement alcalines corrodent les granulats plus ou moins siliceux des bétons et solubilisent plus particulièrement la silice (la solubilité de la silice augmente exponentiellement quand le pH est supérieur à 8,5). Ces réactions de corrosion sont appelées réactions alcalis-granulats. Les mécanismes de ces réactions ne sont pas bien connus et font l'objet de nombreuses controverses. Ces réactions alcalis-granulats donnent naissance à des gels silico-calciques plus ou moins hydratés. Ces gels silico-calciques croissent dans la masse des bétons et engendrent ainsi des pressions en expansion qui peuvent atteindre 50 bar. Or, la tenue en expansion des bétons courants n'excède généralement pas 30 bar. Il s'ensuit des fissurations et des déchaussements au coeur des bétons. Du fait de ces fissurations et de ces déchaussements, les solutions agressives peuvent migrer plus aisément et attaquer progressivement de nouveaux sites. A terme, les caractéristiques mécaniques des ouvrages concernés par ces réactions alcalis-granulats se trouvent gravement altérées. L'invention remédie à ces dommages par un procédé qui permet d'inhiber les réactions alcalis-granulats au sein du béton. Le procédé d'inhibition suivant l'invention consiste à mettre le béton en contact avec du dioxyde de carbone. On a constaté en effet que les gels pathogènes expansifs silico-calciques produits par les réactions alcalis-granulats ne se forment qu'en présence de portlandite Ca (OH)2, laquelle provient essentiellement de l'hydratation du C3S. Cette portlandite constitue le principal réservoir des ions Ca2+ qui, via la solution interstitielle, contribuent à l'édification progressive de la structure silico-calcique des gels pathogènes expansifs. En mettant en contact le béton avec du CO2, on transforme tout ou partie de la portlandite en calcite CaC03 qui piège ainsi le calcium, en sorte que la formation des gels pathogènes se trouve inhibée. On a également constaté que les gels pathogènes expansifs silico-calciques produits par les réactions alcalis-granulats demeurent très sensibles à la carbonatation directe: par simple mise en contact avec du CO2, de la calcite se forme au sein des gels, ce qui détruit la structure silico-calcique pathogène de ces gels. Les gels purement siliceux résiduels ne présentent en effet pas de caractères délétères. On peut effectuer la mise en contact en injectant du dioxyde de carbone gazeux ou une solution en contenant à l'état dissous dans le béton ou dans le mélange des constituants du béton, lors de sa préparation, notamment lors du gâchage. On peut aussi effectuer cette mise en contact en malaxant les constituants du béton, lors de sa préparation, avec du dioxyde de carbone solide sous forme de carboglace en granulés ou broyée (neige carbonique). On obtient des résultats satisfaisants lorsque l'on met en contact au moins 0,05 kg de dioxyde de carbone et, de préférence, de 0,05 à 0,25 kg de dioxyde de carbone par kg de C3S présent dans la quantité de ciment ayant servi à la préparation du béton. La durée de contact requise est d'au moins 5 minutes pour un dosage minimum à 0,05 kg de CO2/kg de C3S, durée du malaxage incluse. Il est préconisé de majorer cette durée proportionnellement au dosage adopté. Le procédé s'applique également au ragréage d'ouvrages en béton atteints par les réactions alcalisgranulats. L'injection du dioxyde de carbone gazeux ou d'une solution en contenant à l'état dissous s'effectue alors de préférence sous pression, par exemple sous une pression comprise entre 1 et 5 bar environ. Pour ragréer un ouvrage en béton atteint par les réactions alcalis-granulats, on adoptera une durée de contact d'au moins 5 minutes et, de préférence, de 30 minutes à 4 heures, suivant l'efficacité recherchée pour la pénétration du traitement dans la masse du béton. L'invention vise également l'équipement qui permet d'ajouter la quantité de C02 désirée dans le béton frais lors de sa préparation. Cet équipement comporte un réservoir de dioxyde de carbone solide (carboglace) et un système d'introduction du dioxyde de carbone solide broyé dans la cuve du malaxeur. La figure unique du dessin annexé illustre cet équipement suivant l'invention. Le réservoir de dioxyde de carbone solide est une trémie 1 munie à sa base d'orifices pour l'évacuation de l'eau de condensation. Le système d'introduction comporte un dispositif de broyage 2 de la carboglace et une vanne doseuse 3 de la neige carbonique obtenue. La vanne doseuse 3 alimente en neige carbonique la cuve 4 du malaxeur 5. Les exemples suivants illustrent l'invention. Exemple 1 comparatif Dans un récipient malaxeur, on a placé 2,5 kg de mortier composé de ciment CPA55, dosé à 400 kg/m3 de mortier, et de granulats sous forme de sable de rivière d'un diamètre de O à 2,5 mm, le rapport de la quantité d'eau à la matière solide étant de 0,4, après addition d'un litre d'eau de ville. On a malaxé manuellement pendant 5 minutes. Exemple 2 On reprend l'exemple 1, si ce n'est qu'au début du malaxage, on ajoute 60 g de neige carbonique dans le mélange des constituants du mortier, ce qui correspond sensiblement à 250 g de C02/kg de C3S. Pour favoriser l'apparition des réactions alcalisgranulats, on met les deux mortiers des exemples 1 et 2 dans une atmosphère à 100 % d'humidité relative et à 380C pendant 28 jours. On constate la présence de gels dans les porosités du mortier de l'exemple 1, ce qui est le signe de réactions alcalis-granulats commençantes. On n'observe pas de gels dans le mortier de l'exemple 2. Ce procédé permet d'élargir l'éventail des granulats utilisables pour la fabrication au moindre coût des mortiers et bétons, tout en écartant les risques de réactions alcalis-granulats. Pour les secteurs du Génie Civil (ouvrages d'art: ponts, tunnels, barrages,...) et du Bâtiment Industriel, soumis à des normes sévères en matière de résistance et de durabilité, ceci constitue un atout majeur car l'altération des caractéristiques mécaniques des structures en béton atteintes par les réactions alcalisgranulats demeurait à ce jour un problème non maîtrisé. REVENDICATIONS 1. Procédé d'inhibition des réactions alcalisgranulats au sein d'un béton frais ou durci, caractérisé en ce qu'il consiste à le mettre en contact avec du dioxyde de carbone. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer la mise en contact en injectant du dioxyde de carbone gazeux ou une solution en contenant à l'état dissous dans le mortier ou béton ou dans le mélange des constituants du mortier ou béton lors de sa préparation. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer la mise en contact en malaxant les constituants du béton ou mortier, lors de la préparation, avec du dioxyde de carbone solide sous forme de carboglace en granulés ou broyée (neige carbonique). 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en contact au moins 0,05 kg de dioxyde de carbone par kg de C3S présent dans la quantité de ciment ayant servi à la préparation du mortier ou du béton. 5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par une durée de contact d'au moins 5 minutes. 6. Equipement permettant d'ajouter la quantité désirée de dioxyde de carbone dans le béton lors de sa préparation, caractérisé par un réservoir (1) de dioxyde de carbone solide et par des moyens de broyage (2) et d'introduction (3) du dioxyde de carbone solide dans la cuve (4) du malaxeur (5). 7. Equipement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réservoir (1) est muni de moyens d'évacuation de l'eau de condensation.