Principales agressions et attaques du béton -...

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Ministère de l'Écologie, du Développement durable,des Transports et du Logement

Crédit photo : Arnaud Bouissou/MEDDTL

Michaël DIERKENS

CETE de LYON - DLL

15 novembre 2011

Principales agressions et attaques du béton

2Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010

SOMMAIRE

Structure et propriétés du béton 3

Corrosion des armatures (C02, Cl-) 5

Attaques sulfatiques 13

Alcali-réaction 20

Gel / Dégel 24

Lixiviation 27


Constituants Constituants Constituants Constituants du béton armédu béton armédu béton armédu béton arméConstituants Constituants Constituants Constituants

du béton armédu béton armédu béton armédu béton armé

Propriétés du Propriétés du Propriétés du Propriétés du béton armébéton armébéton armébéton armé

Propriétés du Propriétés du Propriétés du Propriétés du béton armébéton armébéton armébéton armé

L’environnement L’environnement L’environnement L’environnement béton armébéton armébéton armébéton armé

L’environnement L’environnement L’environnement L’environnement béton armébéton armébéton armébéton armé

- squelette granulaire : gravillons, sables- matrice cimentaire : ciment, eau- armature en acier

- résistance mécanique- esthétisme et qualité du parement- durabilité (propriétés de transfert) :

- porosité- fissuration

- exposition (gel, saumure, eaux agressives...)- sollicitations mécaniques (charges...)

Structure et propriétés du béton béton


ArmatureArmatureArmatureArmature

PorositéPorositéPorositéPorositéouverteouverteouverteouverte

FissureFissureFissureFissure

Porosité Porosité Porosité Porosité ferméeferméeferméefermée

Porosité Porosité Porosité Porosité ouverteouverteouverteouverte

ArmatureArmatureArmatureArmature

PorositéPorositéPorositéPorositéouverteouverteouverteouverte

FissureFissureFissureFissure

Porosité Porosité Porosité Porosité ferméeferméeferméefermée

Porosité Porosité Porosité Porosité ouverteouverteouverteouverte

Attaque externe Attaque externe Attaque externe Attaque externe sur les armaturessur les armaturessur les armaturessur les armatures

Attaque externe Attaque externe Attaque externe Attaque externe sur le béton seulsur le béton seulsur le béton seulsur le béton seul

Attaque interne Attaque interne Attaque interne Attaque interne sur le béton seulsur le béton seulsur le béton seulsur le béton seul

Structure et propriétés du béton

dioxyde de carbone

CO2

sulfates

SO42-

chlorures

Cl-pollution

chocs

abrasion

érosion

sulfates

SO42-


Corrosion des armatures

- pénétration des ions chlorure dans l'enrobage

- carbonatation du béton d'enrobage

Phénomène ± rapide selon propriétés de transfert du béton d'enrobage :- porosité de la matrice cimentaire- compacité globale- fissuration- qualité du parement

Origines de la corrosion


Taux de Taux de Taux de Taux de corrosioncorrosioncorrosioncorrosion

TempsTempsTempsTemps

Taux de Taux de Taux de Taux de corrosioncorrosioncorrosioncorrosion

TempsTempsTempsTempsIncubationIncubationIncubationIncubationIncubationIncubationIncubationIncubationInitia tio n

Initia tio n

Initia tio n

Initia tio n

Initia tio n

Initia tio n

Initia tio n

Initia tio nPropagationPropagationPropagationPropagationPropagationPropagationPropagationPropagation


Processus de corrosion

- corrosion des armatures- réduction de section- réduction de l'adhérence acier / béton- fissuration de la zone d'enrobage- apparition de traces de rouille en surface- éclatement local du béton

- pénétration des Cl-

- carbonatation

béton sain

béton altéré

corrosion

fissure



pénétration du CO2 dans le béton⇒ transformation de la portlandite en carbonates de calcium

Carbonatation du béton

⇒ baisse du pH (< 9)

⇒ dépassivation des armatures

⇒ corrosion

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O


eeeceft2

pH > 9

pH < 9t2t2

pH > 9

pH < 9t1t1


Carbonatation du béton

e enrobageec profondeur de béton carbonatéef enrobage efficace

pénétration du CO2 = loi de diffusion

ec = √(Dc.t)


dxD

Cl

dt

Cld2

2 ][][ ≡


Pénétration des ions Cl-

Mécanisme de pénétration :- entrainement mécanique par l'eau- gradient de concentration si béton constamment humide

Sources de Cl- :- constituants du béton (sables, gravillons, adjuvant)- sels de déverglaçage

Loi de diffusion :

D : coefficient de diffusion des ions Cl-



[Cl-]

profondeur

enrobage

[Cl-]critique




A la profondeur des armatures :si [Cl-] > [Cl-]critique ⇒ initiation de la corrosion

Exemple : béton dosé à 350 kg/m3 avec ρ = 2 500 kg/m3

[Cl-]critique = 0,056% (% vs masse de béton)

[Cl-]critique ≈ 0,4% (% vs masse de ciment)


si [Cl-] / [OH-] > 0,6 l'acier n'est plus protégé


BétonBétonBétonBéton

Attaques sulfatiques

2ème risque majeur d'agression chimique pour les bétons

Origine des sulfates :- externes au béton : sols, eaux, atmosphère- internes au béton : constituants

eaux sulfatiques

sols(gypse, pyrite)

atmosphère(H

2S, SO

2)

eau de gâchage

ciment

granulats


expansion


Attaque sulfatique externe

sulfate de calcium + portlandite(eau agressive) (ciment)

gypse secondaire

gypse secondaire + aluminate de calcium (ciment)

ettringite


Attaques sulfatiquesAttaque sulfatique externe

- l'expansion est provoquée par la croissance des aiguilles d'ettringite

- l'expansion se traduit par une fissuration et un éclatement superficiel du béton

- les fissures facilitent la pénétration des agents agressifs et accélèrent le processus de dégradation


Attaques sulfatiquesAttaque sulfatique externe



Réaction sulfatique interne (DEF)

DEF = formation différée d'ettringite

L'origine des sulfates est interne au béton (ciment, granulats...)

3 conditions doivent être remplies pour déclencher la pathologie :




Symptômes :- gonflement du béton à cœur- fissuration / faïençage du parement


RAGRAGRAGRAG

teneur en alcalins actifs élevée (essentiellement apportée par le ciment

Na2O,K2O)

zone de marnagedéfaut d'étanchéitédéfaut de drainage

roches à risque :gneiss, granite,calcaire, dolomite

environnementhumide

alcalinssolubles granulats

réactifs

Alcali-réactionRAG = réaction alcali-granulat

- réaction entre les alcalins (ciment) et la silice des granulats- production d'un gel « silico-calco-alcalin » expansif- fissuration / faïençage du parement

3 conditions doivent être remplies pour déclencher la pathologie :


Alcali-réactionSymptômes :- apparition des désordres : 2 à 5 ans après la construction (parfois 20 ou 30 ans)

- fissuration en réseau et faïençage- fissuration orientée- mouvements, déformations- ruptures d'armatures- coloration des parements


Alcali-réaction


Gel / Dégel

- fissuration interne- gonflement

éclatement superficielle de la surface exposée aux sels de déverglaçage, sous forme d'écailles

gel interne écaillage


gel interne

Nécessité de réduire la distance de déplacement de l'eau non gelée pour limiter les pressions dans le béton

⇒ incorporation d'un adjuvant entraîneurd'air dans le béton frais

⇒ réseau de bulles d'air


- diffusion des chlorures⇒ gradient de concentration?⇒ attaques chimiques ?

écaillage

- contact fondants/glace ⇒ chocs thermiques ?

Action du sel en surface :


Lixiviation

Dissolution des produits d'hydratation de la matrice cimentaire,principalement la portlandite

⇒ augmentation de la porosité du béton

Bétons exposés à des eaux faiblement minéralisées ou acides


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