Qu’est-ce que l’alcali-réaction ?
Les alcalins sont une famille d’éléments chimiques (atomes) tel que le Sodium (Na) ou le Potassium (K).
On désigne par alcali-réaction un ensemble de réactions chimiques. La silice des granulats solubilisée par le milieu basique et les alcalins solubles du béton se combinent pour donner naissance à un gel silico-calco-alcalin riche en eau et très expansif. Le développement d’un tel gel dans le béton en présence d’eau et sans précautions particulières peut provoquer des désordres très importants (gonflement, fissuration, …).
Teneur en alcalins actifs selon XP18-544
Les alcalins actifs sont ceux capables de passer en solution et de participer au phénomène d’alcali-réaction.
En effet, parmi les alcalins totaux certains restent piégés dans des réseaux cristallins et ne contribuent donc pas à cette réaction.
Le principe consiste à extraire les alcalins actifs d’un échantillon de granulats par l’eau de chaux, et en chauffant à ébullition. Suite à cela, la solution chargé en alcalins actifs est prélevée, filtrée puis dosée par spectrométrie d’absorption atomique.
Alcali-réaction selon NF P18-594
Les 2 types d’essais :
- Les essais cribles (essais sur mortier par autoclavage + essai microbar) : L’avantage de ces essais est qu’ils sont rapides à réaliser, mais l’accélération imposée par la procédure opératoire se traduit par une forte agressivité vis-à-vis du matériau. De ce fait, la réactivité réelle telle qu’elle pourra se développer dans le béton peut être surestimée.
- L’essai à long terme : Cet essai est celui qui représente le plus fidèlement la réactivité réelle des granulats dans le béton. Dans tous les cas, la qualification obtenue avec cette procédure opératoire doit être préférée à celle issue de l’essai crible. L’avantage de cet essai est qu’il est moins agressif que les essais cribles, mais il est en revanche beaucoup plus long car il nécessite 8 mois d’étude.
Essai sur mortier par autoclavage :
L’essai consiste à évaluer la réactivité potentielle aux alcalins d’un granulat pour béton. Il se pratique sur la fraction granulaire définie 0,16/5 mm reconstituée par échantillonnage, tamisage et au besoin par concassage. À partir de cette fraction et d’un ciment suralcalinisé, deux séries de trois éprouvettes de mortier sont réalisées aux proportions ciment/granulat fixées. Après deux jours de cure en eau à 20 °C, les éprouvettes subissent un autoclavage à la vapeur à 127 °C pendant 5 heures puis sont refroidies progressivement. On mesure ensuite l’allongement des éprouvettes pour déterminer si le granulat est réactif ou non.
Essai sur micro mortier :
L’essai consiste à évaluer la réactivité potentielle aux alcalins d’un granulat pour béton. Il se pratique sur la fraction granulaire définie 0,16/0,63 mm reconstituée par échantillonnage, tamisage, lavage et par concassage.
À partir de cette fraction et d’un ciment suralcalinisé, deux séries de 4 éprouvettes de micro mortier sont réalisées aux proportions ciment/granulat fixées. Ces éprouvettes subissent un traitement comportant une cure vapeur de 4 heures, puis une cure alcaline dans une solution de KOH (potasse) à 150 °C pendant 6 heures.
On mesure ensuite l’allongement des éprouvettes pour déterminer si le granulat est réactif ou non.
L’essai à long terme :
L’essai consiste à évaluer la réactivité potentielle aux alcalins d’un granulat pour béton. Il se pratique sur le sable ou sur le gravillon. Le potentiel d’expansion des granulats en milieu humide et en présence d’alcalins, est mesuré par un essai de gonflement d’éprouvettes de béton conservées à 38°C et 100 % d’humidité relative.
Étude pétrographique selon XP P18-543
Elle est obligatoire. Cette identification a pour but d’apporter une meilleure connaissance des matériaux d’un gisement et d’orienter le choix des essais ultérieurs de qualification des granulats vis-à-vis de l’alcali-réaction.
Une étude pétrographique est la première étape de la démarche d’identification d’une éventuelle réactivité des granulats en milieu alcalin. Elle permet d’identifier la roche, les espèces minérales réactives, et d’apporter un maximum d’informations sur la texture du matériau, et l’état d’altération des minéraux.
Si les roches réagissent par leurs minéraux, leur réactivité est aussi conditionnée par l’accessibilité de ces derniers aux solutions agressives. Ce facteur oblige donc à prendre en compte la notion de texture qui intègre la taille des grains et leur orientation.
Que nous demande cette norme XP P18-543 ?
Une description macroscopique de l’échantillon est d’abord effectuée à l’œil nu, grâce à une loupe, et/ou un microscope stéréoscopique. Ces deux techniques permettent des observations de la texture lorsque celle-ci présente des caractéristiques discernables, et une première identification minéralogique lorsque les cristaux ont une taille supérieure au millimètre. L’observation se poursuit au microscope pétrographique sur lames minces. Les lames minces sont préparées à partir de l’échantillon à analyser, elles sont ensuite examinées afin de déterminer la texture, la composition minéralogique et l’altération éventuelle des minéraux.
Comptage des points par analyse modale :
C’est une technique qui conduit à attribuer à chaque minéral un pourcentage en volume de la roche. Elle permet de déterminer le plus exactement possible la composition minéralogique de façon quantitative.
La description macroscopique :
Cette première description permet de rendre compte de la nature de la roche à l’œil nu. La couleur, la structure, le litage, la taille des grains visible, la présence de pores ou de fissures ou la présence de macro-fossiles sont des données à déterminer par cette description
La description microscopique :
Cette étude est faite sur lame mince, à l’aide d’un microscope pétrographique. Dans cette étape, plusieurs points sont étudiés : la texture, les minéraux présents (dimensions, forme, orientation des grains, traces d’altération, limite des cristaux…), les discontinuités, les espèces réactives.
La complexité de l’étude pétrographique varie en fonction de la nature de la roche. En effet, un échantillon de roche homogène, tel que celui d’une roche massive, sera plus simple à étudier qu’un échantillon de roche hétérogène tel que celui d’un granulat alluvionnaire.