Caractérisation à l’échelle locale des propriétés mécaniques de l’interphase pâte de ciment-granulat : application à la lixiviation

In this work, we presents an experimental study to characterize the mechanical properties at the local scale of the cement paste-aggregate interface during hydration and during chemical degradation by leaching. It is generally accepted that the microstructure of the interface between the aggregates and the cement paste is characterized by a higher porosity than that of cement paste. This makes this zone a weak point in the concrete. The particular properties of this zone strongly influence the mechanical behavior of concrete. In this work, the mechanical properties of the cement paste-aggregate composite, are experimentally studied. The experimental tests are performed on composites at classical aggregate scale (one centimeter of section). These composite are composed by and Portland cement paste and aggregates. The cement paste is prepared with a water/cement ratio of 0.5. The shape of the prepared composites makes them convenient to characterize the cement paste-aggregate interface. At different stages of hydration, the composites are subjected to compression tests, direct tensile tests or shear tests by means of specific devices. The same tests were carried out on the cement paste in order to compare with composites results. The study of the mechanical properties at local scale revealed that the cement paste-aggregate interface is the weakest zone in the composite. An experimental protocol was developed to study the effects of calcium leaching mechanism at the cement paste-aggregate interface on the mechanical properties of the concrete. As the process of leaching with the deionised water occurs very slowly, the experimental study in the laboratory is accelerated by replacing the water by ammonium nitrate solution. To quantify the development and kinetics of degradation at the cemented bond, the concrete leaching fronts are characterized at different levels of degradation by using phenolphthalein. Local mechanical tests (compression, tensile and shear) are performed on composite and cement paste at different stages of degradation. The experimental results show that there is a leaching effect on the alteration of the mechanical properties at the cement paste-aggregate interface.; Cette étude porte sur la caractérisation des propriétés mécaniques de l’interphase pâte de ciment-granulat à l’état sain et à l’état dégradé par un mécanisme chimique de lixiviation. Dans le premier cas, on s’intéresse à l’évolution de ces propriétés en fonction du degré d’hydratation et, dans le second, en fonction du taux de dégradation. La microstructure de l’interphase est caractérisée par une porosité supérieure à celle de la pâte de ciment. Cette interphase constitue une zone de fragilité dans le béton. Ses propriétés affectent fortement le comportement mécanique du béton à l’échelle macroscopique et donc à l’échelle de la structure. Dans ce travail, la résistance de l’interphase est analysée expérimentalement à l’échelle locale. Des essais expérimentaux ont porté sur des composites constitués de granulats liés par une pâte de ciment portland préparée avec un rapport Eau/Ciment de 0,5. Des dispositifs expérimentaux spécifiques, conçus et réalisés pour les besoins de cette étude, ont permis de solliciter les composites directement au niveau de l’interphase. A différents degrés d’hydratation, des échantillons de pâte de ciment seule et des composites sont soumis à des essais de compression, de traction et de cisaillement direct. L’étude des propriétés mécaniques de l’interphase confirme la faiblesse de cette zone en termes de résistance et de rigidité. La dégradation par lixiviation du calcium au niveau de l’interphase a nécessité un protocole expérimental dédié. Compte tenu du temps caractéristique long du phénomène de lixiviation, la mise en situation expérimentale au laboratoire est accélérée en remplaçant l’eau par une solution de nitrate d’ammonium. Afin de quantifier le développementet la cinétique de dégradation au niveau de la liaison cimentée, les fronts de lixiviation du béton sont caractérisés en utilisant la phénolphtaléine comme traceur. À différents taux de dégradation, les mêmes essais locaux de compression, traction et cisaillement sont réalisés sur la pâte de ciment et sur les composites. L’analyse de l’effet de la lixiviation à l’échelle locale montre le rôle important de l’interphase lors du processus de dégradation chimique sur les propriétés mécaniques du composite.