Fissuration des mortiers - CSTB

Prise en compte du couplage hydratation-séchage pour la modélisation du retrait de
dessiccation
• Ea l’énergie d’activation [J/mol] qui traduit l’importance de la thermoactivation
• R la constante des gaz parfaits (8,314 J/mol.K)
• T la température [K]
Cette équation empirique, était à l’origine, destinée à décrire des systèmes chimiques homogènes
simples pour lesquels n’intervient qu’une seule réaction chimique au maximum.
Or, le ciment est connu pour être un système multiphasique et conséquemment multi-réactif.
Néanmoins, elle s’avère en réalité très robuste pour simuler, de manière globale, des processus
aussi complexes que l’hydratation des matériaux cimentaires (Regourd et coll. 1980 [107]).
L’objectif de la modélisation s’inscrit dans la problématique du retrait de dessiccation. L’approche
consiste avant tout à utiliser des phénomènes et des concepts microscopiques afin d’enrichir
une description qui se situe à l’échelle des déformations mesurées (échelle macroscopique).
Ce postulat de départ nous écarte des modèles microscopiques. Ces derniers sont certes, très
performants, mais ne permettent d’accéder à des données qu’à l’échelle considérée. Ceci rend
particulièrement difficile le couplage avec les gradients de séchage à l’échelle d’une éprouvette.
Par conséquent, c’est vers une approche plutôt globale du processus d’hydratation que nous
nous tournons. Nous avons vu que le modèle d’Avrami n’est pas le plus précis pour simuler
la réaction dans sa globalité. Par ailleurs, ce modèle ne prend pas en compte l’élévation de
température et sa conséquence sur l’accélération de l’hydratation. C’est l’équation d’Arrhenius
qui a été choisie comme base pour le modèle décrivant l’hydratation du ciment CEM I 4 qui a
été utilisé dans notre étude.
2.2 Aspect thermique et identification de l’affinité chimique
2.2.1 Mesure du dégagement de chaleur
Il existe plusieurs techniques de calorimétrie permettant de suivre l’élévation de température
au cours de l’hydratation et ainsi accéder au degré d’avancement de la réaction au cours
du temps. La plus couramment employée est la calorimétrie isotherme. Il s’agit de mesurer
l’énergie électrique nécessaire au maintien d’une température constante (généralement
20 ˚ C) dans une cellule à l’intérieur de laquelle se trouve un échantillon de pâte de ciment/mortier/béton
en train de s’hydrater. Les conditions adiabatiques à respecter nécessitent
d’utiliser une cellule isolée thermiquement. Le dispositif requiert également un système d’asservissement,
calibré sur l’élévation de température de l’échantillon, afin de maintenir la
température constante à l’intérieur du calorimètre. Une autre technique, plus facile à mettre en
place, consiste à mesurer l’élévation de température d’un échantillon placé dans un récipient calorifugé,
dont les déperditions sont relativement faibles : c’est la calorimétrie semi-adiabatique.
Seule la température à l’intérieur du calorimètre (généralement un vase Dewar ou une bouteille
de Langavant) est mesurée. En connaissant le coefficient de déperdition du récipient, il est facile
de retrouver le dégagement de chaleur, qui est la somme de la chaleur emmagasinée et
des déperditions, comme il est proposée dans la norme NF P 15-436 (AFNOR 1988 [109]) (cf.
équation 6.4).
Qm = Ct
θ +
mc
1
t
αcθdt (6.4)
mc 0
4 Notons qu’il aurait fallu prendre en compte plusieurs énergies d’activation dans le cas d’un ciment contenant
des ajouts pouzzonaliques comme la fumée de silice par exemple. En effet, la température agit différemment sur
les cinétiques des réactions (Scrivener et Wieker 1992 [108])
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