2.2 - Les perméabilité

Question 1

La performance et la durabilité d’un ouvrage en béton sont très souvent liées à ____ de certains éléments de la structure.

Answer 1

L’étanchéité. De nombreuses structure sont conçues pour contenir des liquides ou des gaz. Certaines parties de structures doivent être en mesure de retenir les agents agressifs pour les empêcher de contaminer et de corroder des éléments structuraux tels que les poutres, les piliers ou les poteaux.

Question 2

La perméabilité et l’étanchéité d’une structure ou d’un ouvrage en béton sont contrôlées par deux principaux paramètres:

Answer 2

La perméabilité du matériau béton. L’étanchéité des éléments de l’ouvrage ou de la structure.

Question 3

L’étanchéité des éléments est principalement fonction des critères de conception et des techniques de construction. Quels sont les éléments importants?

Answer 3

• Choix du nombre, de la disposition et du type de joints d’expansion ou de construction.
• Choix du type et de la disposition des joints d’étanchéité entre les murs, les parois ou les dalles.
• Influence du calcul des aciers d’armature et de la post ou précontrainte de manière à contrôler ou limiter les déformations pouvant entraîner la fissuration des éléments ou la rupture des joints d’étanchéité (déformations engendrées par le retrait ou par des sollicitations physiques ou mécaniques).

**Très souvent la mauvaise durabilité des structures en béton n’est pas uniquement liée à une imperméabilité insuffisante du béton mais plutôt à une étanchéité déficiente de l’ouvrage (problèmes de conception, fissuration, problèmes de joints).
La perméabilité du béton est un autre paramètre fondamental contrôlant la durabilité des structures.

Question 4

C’est surtout la perméabilité de quelle partie du béton qui est la plus étroitement liée à la durabilité?

Answer 4

: La peau. En effet, c’est véritablement cette peau qui bloque ou ralenti le passage des agents agressifs (liquides, gaz, ions) qui peuvent corroder la masse du béton ou les aciers d’armature.

Question 5

Les caractéristiques (et le degré de protection) de la peau du béton sont fonction de très nombreux paramètres. Lesquels?

Answer 5

• Paramètres de composition du béton (E/C, ajouts minéraux, …)
• Techniques de mûrissement et de mise en place
• Fissuration due au retrait
• Fissuration due aux charges de service.

Question 6

La perméabilité du béton et celle de la pâte de ciment hydraté est liée aux caractéristiques du réseau de pores capillaire (section 2.1.1). Les principales caractéristiques du réseau de pores capillaires qui influencent la perméabilité sont…

Answer 6

° La porosité ° La tortuosité et la connectivité ° Le degré de saturation

Question 7

Quel formule défini la porosité?

Answer 7

Po= Vv/Vt

Question 8

Quelle formule défini le degré de saturation?

Answer 8

S=Ve/Vv (Fraction Ve du volume des vides)

Question 9

La perméabilité est une propriété volumétrique représentant le contenu des pores qui ne sont pas nécessairement interconnectés, alors que la porosité est une propriété d’écoulement qui caractérise la facilité avec laquelle un matériau poreux se laisse traverser par un fluide. VRAI ou FAUX?

Answer 9

Faux : porosité, perméabilité ***

Question 10

Qu’est-ce que la connectivité?

Answer 10

La connectivité est un paramètre topologique qui définit le degré avec lequel une structure poreuse est connectée. La tortuosité To est définie comme la longueur moyenne relative du parcours d’une particule de fluide d’une extrémité à l’autre d’un corps poreux.

Question 11

Un matériau poreux constitué d’un réseau de pores fortement tortueux et discontinu est généralement très imperméable aux agents agressifs. VRAI ou FAUX

Answer 11

vrai

Question 12

Le degré d’interconnexion des pores dépend de quoi?

Answer 12

rapport E/C et degré d’avancement de l’hydratation (À mesure que progresse la réaction entre l’eau et le ciment, des hydrates se forment à la surface des grains de ciment ou précipitent dans les espaces intergranulaires. Après un certain temps, tous les espaces entre les grains seront segmentés par une paroi d’hydrates (la porosité capillaire devient discontinue), ce qui produit une chute brutale de la perméabilité.)

Question 13

Le degré de saturation du réseau de pores capillaire exerce une grande influence sur les perméabilités du béton. Nommez 3 raisons.

Answer 13

1- Un réseau de pores capillaires faiblement saturé facilite le passage des gaz par diffusion en phase gazeuse. (diffusion de vapeur, O2 ou CO2). L’écoulement de la phase liquide et la diffusion ionique sont très lents.
2-Plus le degré de saturation du réseau de pores s’accroît, plus le passage des gaz est difficile car, en certains endroits, la diffusion doit se faire à travers la phase liquide. Un réseau de pores fortement saturé devient pratiquement imperméable aux gaz.
3-Dans les réseaux de pores fortement saturés, l’écoulement de la phase liquide (eau) devient beaucoup plus facile et la diffusion des ions en solution est beaucoup plus rapide en raison de la grande disponibilité de la phase liquide.

Question 14

Qu’est-ce que la perméabilité?

Answer 14

La perméabilité d’un matériau se définit comme son aptitude à se laisser traverser par un fluide (eau ou gaz par exemple) sous l’effet d’un gradient de pression. Elle s’exprime au moyen de la relation de DARCY qui est valide en régime d’écoulement laminaire.

Question 15

Qu’est-ce que la variable K dans la formule de perméabilité Q=-K(A/mu)(dP/dz)

Answer 15

La perméabilité K est une caractéristique intrinsèque du matériau dans la mesure où certaines conditions sont satisfaites. Elle s’exprime en m2. L’écoulement doit se faire dans des conditions données (température et caractéristiques constantes du matériau en fonction du temps) et il ne doit pas y avoir d’interactions physiques et chimiques entre le fluide et le matériau (c’est rarement vrai dans le cas du béton!). La perméabilité K peut être utilisée pour estimer l’aptitude du matériau à se laisser traverser par un fluide. Plus la valeur de K est élevée, plus le matériau est perméable et, inversement, plus la valeur de K est faible, plus le matériau est imperméable

Question 16

Est-ce que la pénétration des ions chlore dans le béton est le résultat d’un gradient de pression?

Answer 16

Non, gradient de concentration. On ne peut donc pas dire le terme ‘’perméabilité aux ions chlore’’.

Question 17

Les molécules de gaz peuvent circuler dans la porosité non saturée du béton sous l’effet d’un gradient de concentration. Les ions en solution peuvent aussi se déplacer dans la porosité saturée du béton sous l’effet d’un gradient de concentration.
J=-De*(dCi/dx)
Qu’est-ce que le coefficient de diffusion D permet de caractériser?

Answer 17

La capacité qu’ont les ions à diffuser à travers un milieu donné.

Question 18

Que veut dire régime permanent?

Answer 18

la variation de la concentration C, en un point donné dans le béton, varie en fonction du temps.

Question 19

Qu’est-ce qu’il y a de différents lorsqu’on considère la diffusion des ions chlore dans un matériau cimentaire?

Answer 19

il faut apporter des modifications à l’équation précédente pour tenir compte de l’interaction de l’ion avec le milieu. Le coefficient de diffusion est alors une caractéristique évolutive qui dépend de la concentration en ions chlore, de l’âge, du degré d’hydratation et de la température.

Question 20

Est-ce que le rapport E/C exerce une grande influence sur la perméabilité à l’air?

Answer 20

Oui, en raison de son influence sur la structure du réseau de pores capillaires.La perméabilité à l’air est particulièrement sensible à la valeur du E/C pendant les 7 premiers jours de l’hydratation.
Puisque que la résistance à la compression est étroitement liée à la valeur du E/C, on trouve aussi qu’il existe une relation très nette entre la perméabilité à l’air et la résistance à la compression. Plus E\C est grand, plus la perméabilité est sensible, vice-versa.

Question 21

Quelle que soit la composition du béton (rapport E/C, fumée de silice, cendres volantes), la résistance à la compression ne semble pas un bon indicateur du niveau de perméabilité à l’air. VRAI ou FAUX

Answer 21

Faux. C’est un bon indicateur

Question 22

t-ce que les fumées de silice, utilisées en remplacement du ciment permettent de diminuer la perméabilité à l’air du béton?

Answer 22

oui. Cet effet peut s’expliquer par le raffinement et la segmentation de la porosité capillaire engendrés par l’hydratation des sphères de fumée de silice (germes de cristallisation). Taux de remplacement optimal : 10%

Question 23

Quel est l’effet des cendres volantes sur la perméabilité à l’air du béton?

Answer 23

Effet très variable. Dépend du type de cendres. Utilisation optimale : 10% à 20% de remplacement. Si supérieur : augmente la perméabilité à l’air

Question 24

Est-ce que la durée de la période de murissement influence la perméabilité?

Answer 24

Oui ça influence fortement. Une période de murissement longue diminue très significativement la perméabilité à l’air. Un mûrissement plus long favorise la formation d’une plus grande quantité d’hydrates qui viennent combler et fractionner davantage la porosité capillaire.

Question 25

Est-ce que la perméabilité à l’air du béton est sensible au degré de saturation de la pâte?

Answer 25

Oui. Les pâtes avec un degré de saturation élevé sont pratiquement imperméables à l’air ou au gaz.

Question 26

Est-ce que le type de murissement influence le degré de saturation?

Answer 26

Oui. Le mûrissement sous eau maintient les pores dans un voisin de la saturation. La perméabilité à l’air est donc plus faible. Les modes de mûrissement qui favorisent la désaturation des pores (mûrissement dans l’air par exemple) tendent à produire des bétons plus perméables aux gaz.

Question 27

Existe-il une norme ASTM pour mesurer la perméabilité à l’air du béton?

Answer 27

Non. Il existe cependant une norme ASTM pour mesurer la perméabilité à l’air des roches. Cette procédure est quelques fois utilisée pour mesurer la perméabilité à l’air du béton.

Question 28

Est-ce que le rapport E/C exerce une influence sur la perméabilité à l’eau de la pâte de ciment hydraté?

Answer 28

oui. Une très grande influence. Plus le E/C est faible, plus la perméabilité de la pâte diminue. La chute est très rapide entre 0,7 et 0,6 puisque c’est dans cette plage que le réseau de pores capillaires devient discontinu. E/C inférieur à 0,30 : béton imperméable

Question 29

Est-ce qu’il existe un lien entre la perméabilité à l’eau et la résistance à la compression du béton?

Answer 29

oui. La perméabilité à l’eau diminue rapidement avec l’augmentation de la résistance.

Question 30

Quel est l’effet de la fumée de silice sur la perméabilité à l’eau du béton?

Answer 30

permet de réduire considérablement la perméabilité à l’eau du béton. Cet effet s’explique, une fois de plus, par le fractionnement de la porosité capillaire. Remplacement optimal : 10%

Question 31

Quel est l’effet des cendres volantes sur la perméabilité à l’eau du béton?

Answer 31

Dépend des cendres. Peut être positif ou négatif. Il faut s’attendre à ce que l’efficacité des CV soit très variable en fonction du taux de remplacement, de l’origine et du type de cendres.

Question 32

Quel est l’effet d’une période de cure humide plus longue?

Answer 32

Ça réduit significativement la perméabilité du béton.

Question 33

L’influence de la durée du mûrissement devient de plus en plus importante à mesure que le rapport E/C diminue. VRAI ou FAUX?

Answer 33

Faux. Moins en moins importante

Question 34

Existe-t-il une procédure standardisée pour mesurer la perméabilité à l’eau du béton?

Answer 34

Non. Chaque laboratoire possède sa propre procédure. Même principe : appliquer une pression hydraulique à une extrémité d’un échantillon cylindrique et mesurer le débit de percolation en régime permanent.

Question 35

Qu’est-ce que la procédure ASTM C1202?

Answer 35

une des procédures d’essai les plus utilisées en Amérique du Nord pour estimer la capacité du béton à résister à la pénétration des ions chlore. La résistance à la pénétration des ions chlore est indirectement estimée en mesurant la charge totale (en coulomb) qui passe au travers d’une éprouvette de béton (diam. 95 ¥ 50 mm) maintenue sous une tension électrique de 60 V pendant 6 heures. **ESTIMATION. Mais les résultats caractérisent bien le niveau de protection d’un béton contre la corrosion des aciers d’armature.
Plus la charge totale est grande, plus le béton est perméable aux ions chlores

Question 36

Comment varie la charge totale selon le rapport E/C?

Answer 36

la charge totale varie relativement peu lorsque le rapport E/C est supérieur à 0,5. Elle chute cependant rapidement pour des rapports E/C inférieurs à 0,4 et devient presque négligeable lorsque le rapport E/C est de 0,25.

Question 37

Quel est l’impact de la résistance à la compression sur la charge totale?

Answer 37

Une augmentation de la résistance à la compression provoque généralement une diminution de la charge totale après 6 heure. Inférieur à 50 MPa : charge totale très variable. Supérieur à 50 MPa : moins variable et inférieure à 1000 coulombs.

Question 38

Quel est l’effet de la fumée de silice sur la charge totale?

Answer 38

La fumée de silice diminue très significativement la charge totale après 6h. Taux de remplacement optimal : environ 10% puisque des taux de remplacement supérieurs ne produisent pas de réduction significative de la charge totale après 6h.

Question 39

Quels sont les paramètres qui interviennent dans le mécanisme de la pénétration des ions chlore?

Answer 39

Type d’environnement : 
-	Le type de chlorures 
-	La concentration en chlorures
-	Température
-	Humidité relative
Paramètres de formulation du béton
-	Type de liant
-	Dosage en liant
-	Rapport E/L

Question 40

Il existe une assez bonne corrélation entre le coefficient de diffusion et la perméabilité à l’air. VRAI ou FAUX

Answer 40

VRAI. Ces deux propriétés sont étroitement dépendantes des caractéristiques du réseau de pores capillaires (volume, dimension, connectivité, tortuosité)

Question 41

Les chlorures peuvent pénétrer la surface du béton par deux types de mécanismes de transport. Lesquels?

Answer 41

1-Sorptivité capillaire : Les chlorures en solution sont d’abord “entraînés” dans la porosité en même temps que l’eau absorbée.
2-Diffusion en phase liquide : Au-delà de la zone d’absorption la pénétration des chlorures s’effectue par diffusion.

Question 42

Une partie des ions peuvent être “piégés” dans la pâte de ciment (Fig 2.49). Il existe deux mécanismes de captage des ions. Lesquels?

Answer 42

Adsorption sur les surfaces internes des hydrates ou des pores. Interactions chimiques avec les aluminates pour former des chloroaluminates de calcium (sel de Freidel - C3A.CaCl2.10H2O) qui sont relativement peu dommageables.

Question 43

Les mécanismes de transport sont fonction du type d’environnement. Expliquer l’influence de quatre environnements sur les mécanismes de transport.

Answer 43

1- Les ions chlore pénetrent difficilement les bétons secs (A.1)
2- Les cycles de mouillage séchage facilitent la pénétration des ions chlore par succion capillaire (A.2)
3- Les ions peuvent être entraînés par des gradients hydrauliques (A.3)
4-On peut retrouver des environnements combinant des gradients hydrauliques et des gradients hydriques

Question 44

Quel est l’effet du rapport E/C sur la diffusion?

Answer 44

Le coefficient de diffusion augmente d’autant plus vite que le E/C est élevé. L’influence du E/C est particulièrement importante pour les E/C compris entre 0,5 et 0,7

Question 45

Quel est l’impact de la durée du mûrissement sur la diffusion?

Answer 45

Un mûrissement plus long permet de fractionner davantage le réseau de pores capillaire. On peut diminuer significativement le coefficient de diffusion en maintenant plus longtemps des conditions de mûrissement favorables.

Question 46

Quel est l’effet des cendres volantes, des fumées de silice et des laitiers sur la diffusion des ions chlore?

Answer 46

Les cendres volantes, les fumées de silice et les laitiers diminuent très significativement le coefficient de diffusion des ions chlore. Remplacement optimal par de la fumée de silice : 10 à 20%. Remplacement optimal par des cendres volantes : supérieur à 20% sinon moins significatif.