Mécanismes d altération des bétons armés et protection par systèmes de peinture Loïc Divet

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1 Mécanismes d altération des bétons armés et protection par systèmes de peinture Loïc Divet Rencontres de la peinture anticorrosion 2 avril 2015

2 Durabilité du béton armé? 2/24

3 Durabilité du béton armé? 3/24

4 Les dégradations du béton armé Source : données REHABCON [Naar, 2006] Enquêtes menées à l échelle européenne auprès d administrations et de gestionnaires (ponts et bâtiments) 4/24

5 La corrosion des aciers La corrosion des armatures du béton 1 ère cause de dégradation des structures en béton 2 processus peuvent altérer la protection normalement assurée par le béton : la carbonatation du béton la pénétration des chlorures La carbonatation (CO 2 dans l atmosphère) est un phénomène général tandis que la pénétration des chlorures est spécifique à certains environnements La capacité de protection offerte par le béton aux armatures peut s évaluer en terme de la qualité du béton de recouvrement d épaisseur de recouvrement ou d enrobage 5/24

6 La corrosion des aciers - Bâtiments Balcons, éléments verticaux et terrasses Eléments les plus sensibles des bâtiments (minceur, difficulté à maintenir des enrobages suffisants Agression due à la carbonatation -Armatures protégées dans le béton (ph ~13) passivation CO 2, H 2 O, O 2 -Ca(OH) 2 CaCO 3 (ph < 9) dépassivation -Processus électrochimique pile électrique Image guide AFGC «Réhabilitation du béton armé» 6/24

7 La carbonatation du béton Le béton carbonaté a un ph < 9 Couche de CaCO 3 Solution de phénolphtaléïne dans l éthanol Indicateur de phénolphatléïne est un moyen pratique de mesurer la profondeur de carbonatation ph > 9,2 ph < 9,2 7/24

8 La corrosion des aciers Génie civil Agression due aux chlorures : - eau de mer - sels de déverglaçage Piqûres Pont de l île de Ré Image guide AFGC «Réhabilitation du béton armé» 8/24

9 Conséquences de la corrosion sur le béton Conséquence de la corrosion des aciers sur le béton CO 2 Cl - CO 2 Cl - CO 2 Cl - béton sain béton altéré rouille fissure Stade d incubation Stade de développement 9/24

10 Gel-dégel _ effet des sels de déverglaçage - Gel en pleine masse formation de glace dans les pores mouvements d eau - Ecaillage de surface utilisation des sels fondants fusion de la glace: effet endothermique 10/24

11 Les réactions de gonflement interne Alcali-réaction et réaction sulfatique interne formation de produits gonflants réactifs apportés par le béton dégradation généralisée du béton difficultés pour traiter et réparer 11/24

12 Les attaques chimiques - L attaque marine (SO 4 2-, Cl -,Mg 2+ ) - Les sulfates (sol gypseux, ) Interactions avec ciment produits gonflants - Les milieux à tendance acide Dissolution de la matrice cimentaire - La biodétérioration Bactéries + H 2 S H 2 SO 4 12/24

13 Les enjeux de la durabilité des bétons Corrosion des aciers par carbonatation et chlorures Ecaillage et gel interne Attaques chimiques Réactions de gonflement interne 13/24

14 Classes d exposition et environnement La norme NF EN 206 Béton - Partie 1 : Spécification, performances, production et conformité 6 grandes classes définies X0 - Aucun risque de corrosion ni d attaque XC - Corrosion par carbonatation XD - Corrosion par les chlorures (autres qu eau de mer) XS - Corrosion par les chlorures (eau de mer) XF - Attaque gel/dégel XA - Attaques chimiques Le fascicule de documentation FD P XAR Réaction alcali-granulats Le guide du LCPC (aujourd hui Ifsttar) XH Réaction sulfatique interne 14/24

15 Classes d exposition NF EN 206 Corrosion induite par la carbonatation Les classes XC1 à XC4 prennent en compte l exposition du béton à l air et à l humidité en distinguant le degré d humidité de l environnement et l alternance d humidité et de séchage 15/24

16 Classes d exposition NF EN 206 Corrosion induite par les chlorures présents dans l eau de mer Cette classe concerne les bétons soumis au contact des chlorures présents dans l eau de mer ou à l action de l air véhiculant des sels marins 16/24

17 Définition d un objectif de durabilité Durée d utilisation de la structure 50 ans dans la norme NF EN ans dans le Fascicule 65 (cahier des clauses techniques générales applicables aux marchés publics de travaux de génie civil) 2 approches de la durabilité L approche prescriptive (la plus courante) : définit des spécifications en termes de moyens (nature et dosage des constituants) L approche performantielle (nouvelle démarche) : définit des stipulations en termes de résultats, donc de performances définit des seuils : porosité, coefficient de diffusion Cl -, Intérêt d une protection du béton par systèmes de peinture Prolonger la durée d utilisation de la structure Limiter les effets du milieu extérieur (CO 2, Cl -, ) 17/24

18 Réparation des infrastructures en Europe Nombre Age de la structure lors de la réparation 100 Réussite Enquête de CONREPNET Etude de 250 infrastructures réparées en Europe Principales causes de détérioration Fréquence (%) Succès (%) Corrosion 54 % 50 % Défaut de construction 18 % 90 % Gel 12 % 25 % Fissures 9 % 65 % Réaction alcali granulat 5 % 20 % Pourcentage Échec ans 6-10 ans ans Age des réparations Principales causes d'échecs : Corrosion Fissuration Décollement 18 18/24

19 Protection par systèmes de peinture Protection de surface au sens de la norme NF EN Produits et systèmes pour la protection et la réparation des structures en béton Un noyau dur d essais obligatoires correspondant à la fonction de base attendue de tous revêtements de protection Revêtements tableau 1 de EN EN Perméabilité au CO 2 S D > 50 m EN ISO 7783 Perméabilité à la Vapeur d Eau S D < 5 m (perméable) EN Absorption capillaire et perméabilité à l eau w < 0,1 kg/m².h 0,5 EN 1542 Adhérence par essais d arrachement > 0,8 MPa syst flexible > 1 MPa syst rigide 19/24

20 Protection par systèmes de peinture Guide d application GA P Recommandations pour la sélection des systèmes de protection de surface destinés aux ouvrages de génie civil Le guide s applique aux produits et systèmes destinés à des constructions en génie civil, neuves ou anciennes 2 niveaux de performances : niveau de performance 1 : correspond au niveau de la norme NF EN niveau de performance 2 : niveau plus élevé Des essais complémentaires optionnels 20/24

21 Protection par systèmes de peinture Chapitre 11 (Peintures) du fascicule 65 Applicable pour les constructions neuves Niveau de performance 2 du GA P adapté aux ouvrages de génie civil Mise en œuvre : Garantie d aspect - Critères d acceptabilité du subjectile - Préparation de surface - Mode d exécution Classes d exposition Epaisseur sèche (µm) X0, XC1, XC3, XC4, XD1, XF1 300 XD2, XD3, XF2, XF3, XS1 500 XF4, XS Epaisseur sèche nominale pour une garantie d aspect de 10 ans 21/24

22 Marque ACQPA Règlement particulier actuel Revêtement par peinture des bétons de tunnels et de ponts Fonctions attendues : - Amélioration de la sécurité avec la facilitation du guidage de l usager - Amélioration de l entretien des parois en facilitant le nettoyage - Amélioration de la luminosité d où diminution de l énergie associée à l éclairage - Diminution de la pénétration des agents agressifs - Amélioration de l esthétique Essais de qualification : - Essai pratique d applicabilité - Mesures d épaisseur sur film - Essai de lessivabilité - Essai de résistance au vieillissement artificiel - Essai de résistance à la traction 22/24

23 Marque ACQPA Futur règlement particulier Revêtement par peinture des bétons de génie civil Fonctions attendues : - Fonctions esthétique / décoration - Amélioration de la durabilité des ouvrages par une protection de surface Environnement : classes définies par la norme NF EN 206 et non NF EN ISO Classes de certification : 3 selon l épaisseur sèche (300, 500 et 1000 µm) Qualification en laboratoire : - Essais précédents - Essais de la norme NF EN Niveau de performance 2 (GA P18-902) 23/24

24 Conclusion 50 % du budget de l Europe pour la construction est affecté à la réhabilitation ou à la remise à neuf d infrastructures détériorées Des évolutions importantes au niveau de la réglementation et de la certification Révision du guide d application GA P «Recommandations pour la sélection de systèmes de protection de surfaces destinées aux ouvrages de génie civil» Révision du fascicule 65 : Chapitre «Peinture» revu avec des notions de protection et de garanties sur l aspect et parfois la couleur Futur règlement particulier de l ACQPA pour les revêtements par peinture des bétons de génie civil (NF EN GA P18-902) Futur règlement particulier de l ACQPA pour la qualification des opérateurs peinture pour béton 24/24