Principales agressions et attaques du béton

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1 Principales agressions et attaques du béton Michaël DIERKENS CETE de LYON - DLL 15 novembre 2011 Crédit photo : Arnaud Bouissou/MEDDTL Ministère de l'écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement

2 SOMMAIRE Structure et propriétés du béton 3 Corrosion des armatures (C0 2, Cl - ) 5 Attaques sulfatiques 13 Alcali-réaction 20 Gel / Dégel 24 Lixiviation 27 2

3 Structure et propriétés du béton béton Constituants du béton armé - squelette granulaire : gravillons, sables - matrice cimentaire : ciment, eau - armature en acier Propriétés du béton armé - résistance mécanique - esthétisme et qualité du parement - durabilité (propriétés de transfert) : - porosité - fissuration L environnement béton armé - exposition (gel, saumure, eaux agressives...) - sollicitations mécaniques (charges...) 3

4 dioxyde de carbone CO 2 Structure et propriétés du béton sulfates SO 4 2- chocs chlorures pollution abrasion Cl - érosion Fissure Attaque externe sur les armatures Porosité ouverte Porosité ouverte Attaque externe sur le béton seul Attaque interne sur le béton seul Armature Porosité fermée sulfates SO 4 2-4

5 Origines de la corrosion 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 5

6 Processus de corrosion Corrosion des armatures Taux de corrosion - pénétration des Cl - - carbonatation I I I I ni t t t t i i i i at i i i i on - 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 Incubation Propagation Temps béton sain béton altéré corrosion fissure 6

7 Carbonatation du béton Corrosion des armatures pénétration du CO 2 dans le béton transformation de la portlandite en carbonates de calcium Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O baisse du ph (< 9) dépassivation des armatures corrosion 7

8 Corrosion des armatures Carbonatation du béton t1 t2 ph < 9 ph > 9 ec ef e e e c e f enrobage profondeur de béton carbonaté enrobage efficace pénétration du CO 2 = loi de diffusion e c = (D c.t) 8

9 Pénétration des ions Cl - Corrosion des armatures Mécanisme de pénétration : - entrainement mécanique par l'eau - gradient de concentration si béton constamment humide Loi de diffusion : d[ Cl] [ D Cl dt 2 ] 2 dx D : coefficient de diffusion des ions Cl - Sources de Cl - : - constituants du béton (sables, gravillons, adjuvant) - sels de déverglaçage 9

10 Pénétration des ions Cl - Corrosion des armatures [Cl - ] [Cl - ] critique profondeur enrobage 10

11 Pénétration des ions Cl - Corrosion des armatures A la profondeur des armatures : si [Cl - ] > [Cl - ] critique initiation de la corrosion si [Cl - ] / [OH - ] > 0,6 l'acier n'est plus protégé [Cl - ] critique 0,4% (% vs masse de ciment) Exemple : béton dosé à 350 kg/m 3 avec ρ = kg/m 3 [Cl - ] critique = 0,056% (% vs masse de béton) 11

12 Corrosion des armatures 12

13 Attaques sulfatiques 2 ème 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 2 S, SO 2 ) eau de gâchage Béton ciment granulats 13

14 Attaques sulfatiques Attaque sulfatique externe sulfate de calcium + portlandite (eau agressive) (ciment) gypse secondaire gypse secondaire + aluminate de calcium (ciment) ettringite expansion 14

15 Attaque sulfatique externe Attaques sulfatiques - 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 15

16 Attaque sulfatique externe Attaques sulfatiques 16

17 Réaction sulfatique interne (DEF) Attaques sulfatiques DEF = formation différée d'ettringite L'origine des sulfates est interne au béton (ciment, granulats...) 3 conditions doivent être remplies pour déclencher la pathologie : 17

18 Réaction sulfatique interne (DEF) Attaques sulfatiques Symptômes : - gonflement du béton à cœur - fissuration / faïençage du parement 18

19 Réaction sulfatique interne (DEF) Attaques sulfatiques 19

20 Alcali-réaction RAG = 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 : teneur en alcalins actifs élevée (essentiellement apportée par le ciment Na 2 O,K 2 O) environnement humide zone de marnage défaut d'étanchéité défaut de drainage alcalins solubles RAG granulats réactifs roches à risque : gneiss, granite, calcaire, dolomite 20

21 Alcali-réaction Symptômes : - 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 21

22 Alcali-réaction 22

23 Alcali-réaction 23

24 Gel / Dégel - fissuration interne - gonflement éclatement superficielle de la surface exposée aux sels de déverglaçage, sous forme d'écailles gel interne écaillage 24

25 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 entraîneur d'air dans le béton frais réseau de bulles d'air 25

26 écaillage Action du sel en surface : - diffusion des chlorures gradient de concentration? attaques chimiques? - contact fondants/glace chocs thermiques? 26

27 Lixiviation Bétons exposés à des eaux faiblement minéralisées ou acides Dissolution des produits d'hydratation de la matrice cimentaire, principalement la portlandite augmentation de la porosité du béton 27

28 MERCI DE VOTRE ATTENTION 28

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