Un gros plan d'un pont, montrant une chaussée d'asphalte et du béton détériorés. Crédit :Akihiro Moriyoshi
Les scientifiques ont révélé que la détérioration des structures modernes en béton et en asphalte est due à la présence de traces de matière organique dans ces structures.
Le ciment et l'asphalte sont essentiels aux matériaux de construction modernes; le ciment est utilisé pour la construction de divers bâtiments et structures, tandis que l'asphalte est principalement utilisé pour les autoroutes et les pistes. Ils ont été largement utilisés à ces fins depuis les années 1800. Il a été observé que les structures modernes en béton et les structures en asphalte ont tendance à se détériorer beaucoup plus rapidement que les structures historiques, mais la raison de ce phénomène était inconnue.
Une équipe de scientifiques de six institutions, dont Akihiro Moriyoshi, Professeur émérite Université d'Hokkaido, ont révélé que la présence de traces de matière organique dans les structures modernes en béton et les chaussées en asphalte entraîne la détérioration de ces structures. Leurs découvertes, qui incluent de nouvelles méthodes pour évaluer la détérioration, ont été publiés dans la revue PLOS UN .
La détérioration des structures modernes en béton et des chaussées en asphalte est un problème majeur. Les caractéristiques qui conduisent à la détérioration comprennent les fissures, désagrégation (décomposition en fine poudre blanche) et délaminage (séparation en couches). Ces structures détériorées ne sont pas sûres pour les fins auxquelles elles sont destinées ; une détérioration rapide réduit la durée de vie attendue des ouvrages, augmentant ainsi les coûts d'entretien ou de remplacement.
CT scans montrant des fissures dans le béton endommagé. A et B présentent des fissures dans la première couche tandis que C et D présentent des fissures dans la deuxième couche. GBS, GHY, TMS, MS TSS et GR se réfèrent à différents types d'agrégats dans le mortier. Crédit :Akihiro Moriyoshi, et al. PLOS UN. Mai 13, 2021
Les scientifiques ont entrepris de développer une nouvelle méthode pour évaluer le taux de détérioration du béton. La méthode actuelle est basée sur la largeur des fissures superficielles dans le béton et un simple test chimique; cependant, il ne donne qu'une image incomplète du niveau des dégâts. Au cours de leurs expériences, les scientifiques ont remarqué qu'une odeur étrange se développait lorsque du ciment commercial était mélangé à de l'eau. Ils ont émis l'hypothèse que la matière organique était responsable de l'odeur, et étudié l'effet qu'il a sur la détérioration du béton.
Les scientifiques ont développé l'appareil de perméation d'humidité transitoire unidimensionnel pour reproduire avec précision les conditions environnementales sur le terrain auxquelles les structures en béton et les chaussées en asphalte sont exposées, dans le laboratoire, sur une période de 24 heures. Lorsqu'il est combiné avec des tomodensitogrammes, cette méthode peut être utilisée pour évaluer l'étendue précise des dommages. Ils ont testé une variété d'échantillons d'asphalte du Japon datant de 1960; un certain nombre d'échantillons de béton du monde entier ont également été testés, et un échantillon de béton vieux de 120 ans a été utilisé comme référence.
Les scientifiques ont montré qu'il existe un certain nombre de molécules organiques, de sources diverses, présents dans les structures modernes en béton et les chaussées en asphalte :phtalates, particules d'échappement diesel, tensioactifs, et les liquides de lave-glace. Ces molécules sont soit introduites au cours du processus de fabrication - la teneur en phtalates, composés phosphatés, et les agents réducteurs d'eau AE présents dans les ciments disponibles dans le commerce sont de 0,0012 %, 0,12%, et 0,25%, respectivement - ou absorbé par l'environnement, et provoquer une détérioration rapide des structures en béton et des chaussées en asphalte.
De la matière organique présente dans le ciment, les phtalates ont plus d'effet sur la détérioration que les phosphates et les agents réducteurs d'eau AE. La matière organique dans l'eau accélère la détérioration des chaussées en asphalte. Les scientifiques ont également montré que la largeur et la longueur des fissures sont le meilleur déterminant des dommages au béton, tandis que le degré de formation d'amorphisation est le meilleur déterminant de la détérioration. Ils pensent que leurs découvertes peuvent être utilisées pour développer de nouvelles formulations pour des structures en béton durables et des chaussées en asphalte.
