Microscopic observations of samples affected by delayed ettringite formation (DEF)

Abstract

This article, which deals with the study of the microscopic modifications of DEF-affected materials, has two main objectives. The first one is to study the influence of sample preparation on the microcracks of specimens observed in Scanning Electron Microscopy (SEM). From the results of this study, it can be concluded that direct observations of the samples are inappropriate because they produce cracks that are not ascribable to the pathology. It is therefore preferable to use an indirect technique of observation such as the replica technique. This technique was developed in the 1980s and used to study the evolution of microcracking due to mechanical damage to the concrete. The results presented in this article show that it is possible to use this technique to study the microcracking associated with delayed ettringite formation. The second objective is to study ettringite formation during the swelling of DEF-affected specimens. The main results show that secondary ettringite is initially formed in the paste–aggregate interface even at low levels of expansion. For these levels of expansion, there is no trace of secondary ettringite or microcracks observable in the paste. However, for higher expansions, cracks filled with ettringite appear in the paste.

Résumé

Cet article, qui porte sur le suivi des modifications à l’échelle microscopique de matériaux atteints de DEF, a deux objectifs principaux. Le premier concerne l’étude de l’influence de la préparation des échantillons sur la microfissuration des éprouvettes observées au Microscope Electonique à Balayage (MEB). Les résultats de cette étude permettent de conclure que les observations directes des échantillons ne sont pas adaptées car elles produisent des fissures qui ne sont pas imputables à la pathologie. Ainsi, il est préférable d’utiliser une technique indirecte d’observation comme la technique de la réplique. Cette technique a été développée et utilisée il y a longtemps pour étudier l’évolution de la microfissuration provoquée par un endommagement mécanique du béton. Les résultats présentés dans ce papier montrent qu’il est possible d’utiliser cette technique pour l’étude de la microfissuration associée à la formation d’ettringite différée. Le second objectif de cette étude concerne le suivi de la formation de l’ettringite au cours du gonflement des éprouvettes. Les principaux résultats montrent que l’ettringite secondaire se forme d’abord à l’interface pâte-granulat même pour des niveaux d’expansion très faibles. Pour ces niveaux d’expansion, il n’y a pas de trace d’ettringite secondaire ou de microfissures observables dans la pâte. Par contre, pour des expansions plus importantes, des fissures pleines d’ettringite apparaissent dans la pâte.