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www.developpement-durable.gouv.fr
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
3Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
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
4Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
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-
5Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
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
6Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
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
Corrosion des armatures
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
7Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
Corrosion des armatures
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
8Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
eeeceft2
pH > 9
pH < 9t2t2
pH > 9
pH < 9t1t1
Corrosion des armatures
Carbonatation du béton
e enrobageec profondeur de béton carbonatéef enrobage efficace
pénétration du CO2 = loi de diffusion
ec = √(Dc.t)
9Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
dxD
Cl
dt
Cld2
2 ][][ ≡
Corrosion des armatures
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-
10Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
Corrosion des armatures
[Cl-]
profondeur
enrobage
[Cl-]critique
Pénétration des ions Cl-
11Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
Corrosion des armatures
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)
Pénétration des ions Cl-
si [Cl-] / [OH-] > 0,6 l'acier n'est plus protégé
13Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
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
14Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
expansion
Attaques sulfatiques
Attaque sulfatique externe
sulfate de calcium + portlandite(eau agressive) (ciment)
gypse secondaire
gypse secondaire + aluminate de calcium (ciment)
ettringite
15Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
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
16Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
Attaques sulfatiquesAttaque sulfatique externe
17Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
Attaques sulfatiques
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 :
18Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
Attaques sulfatiques
Réaction sulfatique interne (DEF)
Symptômes :- gonflement du béton à cœur- fissuration / faïençage du parement
19Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
Attaques sulfatiques
Réaction sulfatique interne (DEF)
20Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
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 :
21Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
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
24Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
Gel / Dégel
- fissuration interne- gonflement
éclatement superficielle de la surface exposée aux sels de déverglaçage, sous forme d'écailles
gel interne écaillage
25Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
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
26Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
- diffusion des chlorures⇒ gradient de concentration?⇒ attaques chimiques ?
écaillage
- contact fondants/glace ⇒ chocs thermiques ?
Action du sel en surface :
27Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010
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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