Durabilité des éco-bétons

Mémoire de thèse
Présenté en vue de l’obtention du grade de
Docteur de l’université Paris-Est
Spécialité : Structure et Matériaux
Docteur de l’Université de Sherbrooke
Spécialité : Génie Civil
Par
Fabien Frohard
Durabilité des éco-bétons :
Impact des additions cimentaires alternatives sur
la corrosion des armatures dans les bétons armés
Thèse soutenue le 15/12/2014 devant le jury composé de :
Richard Gagné
Rapporteur
Siham Kamali-Bernard
Rapporteur
Martin Cyr
Rapporteur
Thierry Chaussadent
Co-directeur de recherche
Arezki Tagnit-Hamou
Co-directeur de recherche
Alexandre Pavoine
Examinateur
Loic Divet
Examinateur

Mémoire de thèse
Présenté en vue de l’obtention du grade de
Docteur de l’université Paris-Est
Spécialité : Structure et Matériaux
Docteur de l’Université de Sherbrooke
Spécialité : Génie Civil
Par
Fabien Frohard
Durabilité des éco-bétons :
Impact des additions cimentaires alternatives sur
la corrosion des armatures dans les bétons armés
Thèse soutenue le 15/12/2014 devant le jury composé de :
Richard Gagné
Rapporteur
Siham Kamali-Bernard
Rapporteur
Martin Cyr
Rapporteur
Thierry Chaussadent
Co-directeur de recherche
Arezki Tagnit-Hamou
Co-directeur de recherche
Alexandre Pavoine
Examinateur
Loic Divet
Examinateur

Résumé
L’utilisation de ressources locales est une des facettes importantes du développement
durable pour le secteur de la construction. Plusieurs types de sous-produits sont aujourd’hui à
l’étude pour une utilisation dans les bétons en tant qu’addition cimentaire alternative, dans le
but de développer des liants basés sur des ressources alternatives. La présente étude cherche à
évaluer les performances de quatre types de sous-produits sur les propriétés des bétons armés
vis-à-vis de la corrosion. La poudre de verre, les cendres volantes de papeterie, les cendres de
boues d’épuration ou les sédiments calcinés présentent une nature minérale compatible avec un
milieu cimentaire. Face à la problématique de corrosion des armatures, le béton constitue à la
fois un milieu alcalin favorisant la passivité des aciers et une barrière de transport qui limite la
pénétration de contaminants au sein de la matrice cimentaire (principalement les chlorures et le
dioxyde de carbone). Les additions cimentaires doivent donc permettre aux aciers de
développer un état passif et apporter à l’enrobage une densification afin de limiter la
pénétration de contaminants jusqu’aux armatures. Les propriétés électrochimiques d’un acier au
contact des additions ont été caractérisées et les propriétés de transfert des bétons face aux
chlorures et au dioxyde de carbone ont été étudiées. L’utilisation de ces matériaux n’influe pas
particulièrement sur le comportement des aciers. Toutefois, l’enrobage est d’une importance
particulière, à la fois vis-à-vis de la pénétration des ions chlorure et du dioxyde de carbone, mais
aussi sur la cinétique de corrosion des armatures. La réactivité des additions impacte les
propriétés de transfert qui contrôlent aussi bien la cinétique de contamination des bétons que le
processus de corrosion d’armatures dépassivées.
Abstract
The use of locally available resources is a major concern for construction sector when it
comes to sustainable development. In the case of concrete, a variety of by-products is currently
being investigated for use as cementitious materials so as to develop concrete made out of
alternative resources. The present study intends to assess the performances of four kinds of by-
products corrosion related properties in reinforced concrete. Glass powder, paper mill fly ashes,
sewage sludge ashes or calcined sediments exhibit a mineral nature compatible with the
concrete medium. In terms of corrosion concerns, the concrete act as an alkaline medium that
enable steel passivity and as a transport barrier that limits deleterious elements ingress (mainly
chlorides, carbon dioxide). Thus, the use of alternatives cementitious materials should enable
the passivation of steel and also provide a densification to the cover in order to limit
contaminants ingress toward steel vicinity. The electrochemical properties of steel in contact
with cementitious additions were characterized and the transfer properties of concrete were
investigated. The use of these materials has an insignificant impact on the steel behavior.
However, it was shown that the concrete cover has significant influence on both chloride and
carbon dioxide ingress as well as on corrosion kinetic of the reinforcement. The reactivity of the
cementitious materials impacts the transfer properties which control the kinetic of
contamination of concrete and the corrosion process of non-passive steel.