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DURABILITÉ DES BÉTONS SOMMAIRE CHAPITRE 1 : LES AGENTS AGRESSIFS ET LEURS MODES

DURABILITÉ DES BÉTONS SOMMAIRE CHAPITRE 1 : LES AGENTS AGRESSIFS ET LEURS MODES D’ACTION 1. INTRODUCTION 2. CLASSIFICATION DES MILIEUX AGRESSIFS 2.1. Aspectes normatifs 2.2. Les milieux agressifs 3. LES MODES D’ACTION DES AGENTS 4. MECANISMES ELEMENTAIRES DE L’INTERACTION ENTRE AGENTS AGRESSIFS ET LE BETON 4.1. Réactions d’échanges d’ions entre milieu environnant et la pâte de ciment 4.2. Réactions associées à la cristallisation de composés expansifs 5. LA POROSITE ET LA FISSURATION FACTEURS DE DURABILITE DES BETONS 5.1. INTRODUCTION 5.2. LA FISSURATION 2.1. Ressuage 2.2. Retrait thermique 2.3. Retrait chimique 2.4. Retrait hydrique 5.3. LA POROSITE 5.3.1. Types de pores 5.3.1.1.Dimensions des pores 5.3.1.2.Géométrie des pores 5.3.1.3. Rôle des pores dans le transport de la matière 5.3.2. Facteurs influençant la porosité 5.3.2.1.nfluence du dosage en ciment 5.3.2.2.Influence de la cure 5.3.2.3.Influence du rapport E/C CHAPITRE 2 : DURABILITE DU BETON VIS-A-VIS DES EAUX AGRESSIVES 1. INTRODUCTION 2. DURABILITES DES BETONS DANS UN ENVIRONNEMENT A TENDANCE ACIDE : RISQUES DE DISSOLUTION 2.1. Action des eaux naturelles sur les bétons 2.1.1. Eaux douces et eaux pures 2.1.2. Pluies acides : cas extrême des eaux douces 2.2. Action des milieux acides 3. DURABILTE DES BETONS DANS UN ENVIRONNEMENT SULFATIQUES : RISQUES D’EXPANSION 3.1. Processus d’attaque par les sulfates seuls 2 3.1.1. Action du sulfate de sodium 3.1.2.Action du sulfate de magnésium 3.1.3.Action des autres sulfates: 3.1.4.Paramètre de défense du béton dans un environnement sulfatique 3.2. Durabilité du béton en milieu marin 3.2.1. Les mécanismes d’attaque par l’eau de mer x Action des chlorures : x Action des sulfates (de magnésium) x Action du dioxyde de carbone x Action de la température x Paramètre de défense du béton exposé à l’eau de mer 3.3.Durabilité de béton dans d’autres milieux exceptionnels CHAPITRE 3 : PROBLEMES SPECIFIQUES DE DURABILITE DU BETON 1. LA DURABILITE DES ARMATURES ET DU BETON D’ENROBAGE 2. LA DURABILITE DES BETONS EN AMBIANCE HIVERNALE RIGOUREUSE 3 CHAPITRE 1 LES AGENTS AGRESSIFS ET LEURS MODES D’ACTION 1. INTRODUCTION Le pH de la matrice cimentaire est très alcalin, il est voisin de 13, tout autre milieu dont le pH est inférieur à cette valeur peut être considéré comme un milieu agressif. Cependant le comportement du béton placé dans un environnement chimiquement agressif dépend de facteurs complexes et multiples liés d'une part à l'environnement (nature, concentration et renouvellement ou non des éléments agressifs) et d'autre part au matériau lui- même (nature et dosage des constituants, conditions de fabrication, durée et paramètres de cure). Pour réaliser un béton durable, il suffit, dans la majorité des cas, de réaliser un béton suffisamment dosé en ciment et très compact. Le respect d'exigences supplémentaires, notamment le choix du ciment, est nécessaire pour maîtriser des situations plus sévères, telle qu'une conservation en milieu chimique agressif. 2. CLASSIFICATION DES MILIEUX AGRESSIFS Les milieux agressifs sont variés, ils peuvent être classés en trois catégories : x Les gaz : d’origine naturelle ou résultant de pollutions atmosphériques et fermentation, dont les plus fréquemment rencontrés sont les dioxydes de carbone, de soufre, et d’azote, l’hydrogène sulfuré, les vapeurs chlorées, bromées et iodées, l’ammoniac, … x Les liquides inorganiques ou organiques, qui indépendamment de leurs éventuels effets purement physiques agissent surtout par leur caractère acide ou basique et par les ions agressifs qu’ils peuvent contenir. x Les solides : essentiellement des sols et des déchets d’origines diverses 2.1. Aspectes normatifs La norme Française NF P 18 – 011 définit les environnements agressifs les plus courants : Quatre classes d'agressivité sont définies: environnement faiblement agressif, moyennement agressif, fortement agressif et très fortement agressif. Elles sont regroupées dans le tableau 1 qui donne en outre leurs symboles et les niveaux de protection correspondants 4 Tableau 1 - Définition des classes d'agressivité Environnement Symbole Niveau de protection Faiblement agressif A1 1 Moyennement agressif A2 2 Fortement agressif A3 3 Très fortement agressif A4 4 Le tableau 2 donne le degré d'agressivité des solutions et des sols les plus courants. 2.2. Les milieux agressifs Trois catégories peuvent être distinguées : Tableau 2 - Agressivité des solutions et des sols a) agressivité des solutions en fonction de leur concentration en agents et de leur pH : eaux stagnantes ou à faible courant, climat tempéré, pression normale Degré d'agressivité A1 A2 A3 A4 Agents agressifs Concentration en mg / l CO2 agressif * 15 à 30 30 à 60 60 à 100 > 100 SO - - 4 250 à 600 600 à 1500 1500 à 6000 > 6000 Mg + + 100 à 300 300 à 1500 1500 à 3000 > 3000 NH + + 4 15 à 30 30 à 60 60 à 100 > 100 pH 6.5 à 5.5 5.5 à 4.5 4.5 à 4 < 4 La limite est fixée à 3000 mg / l pour l'eau de mer b) Cas de l'eau douce T A C ** < 1 méq / l - - - c) Agressivité des sols en fonction de la teneur en SO - - 4 % SO - - 4 dans le sol sec *** 0.24 – 0.6 0.8 – 1.2 1.2 – 1.4 > 2.4 Mg / SO - - 4 extrait du sol **** 1200 à 2300 2300 à 3700 3700 à 6700 > 6700 Niveau de protection 1 2 2 3 * CO2 agressif = excès de CO2 dissous par rapport au CO2 nécessaire au maintien en solution des hydrocarbonates de Ca et Mg ** T A C titre alcalimétrique complet (norme NF T 90 – 036) Le titre alcalimétrique complet (TAC) indique la teneur en hydroxyles libres (OH-), carbonates (CO2 - 3) et bicarbonates (HCO- 3) et s’exprime en degré hydrotimétrique. 1 degré hydrotimétrique = 10 mg / l de CaCO3 Le milliéquivalent est la masse d’une millimole divisé par la valence 1 mé = 5 degrés français = 2.8 degrés allemand *** Extraction par HCl à chaud **** Extraction par l'eau (rapport eau / solution = 2 / 1) 5 3. Modes d’action des agents agressifs sur le béton x Mode d’action des gaz Le transfert des gaz dans le béton se fait généralement par diffusion et dépend très fortement de l’humidité relative du matériau. Les transferts par diffusion peuvent intervenir sous deux formes : en phase liquide et en phase gazeuse. x Mode d’action des liquides Le transfert de liquide se fait soit par mouvement du liquide sous gradient de pression hydraulique ou par capillarité d’une part, soit par diffusion d’autre part. L’écoulement ou le mouvement du liquide se produit lorsque le béton est soumis à un gradient de pression hydraulique (barrage). L’écoulement en phase liquide est engendré par les tensions capillaires ou encore lorsque le béton est sec subit une ascension capillaire d’eau d’origine extérieure. x Mode d’action des solides La nocivité des substances solides est directement liée à leur capacité d’extraction et de passage en solution dans les eaux avec lesquelles ils entrent en contact. Leurs actions se réduisent alors à des phénomènes voisins de ceux observés dans le cas des agressions par les liquides. 4. MECANISMES ELEMENTAIRES DE L’INTERACTION ENTRE AGENTS AGRESSIFS ET CONSTITUANTS DU BETON. x Dissolution La dissolution d’une base ou d’un acide est une réaction de dissolution ou lixiviation totale ou partielle. La dissolution d’une base forte ou d’un acide fort est complète ou presque complète. Ainsi l’hydroxyde de calcium [Ca (OH) 2] qui est une base forte se dissout totalement et se dissocie en ions Ca+2 et OH-. Dans le cas d’une base faible ou d’un acide faible la dissolution n’est que partielle. x Hydrolyse : C’est le nom particulier donné à la dissolution lorsque les ions provenant de la dissolution d’un sel agissent sur l’eau. L’eau se décompose avec production de protons H+ ou (H3O+) ou d’hydroxyles OH-. 4.1. Réactions d’échanges de cations entre milieu environnant et la pâte Dans le cas de réactions d’échanges d’ions trois types d’altération peuvent se présenter séparément ou simultanément : 6 x Formation des sels de calcium solubles : Les solutions d’acide peuvent réagir sur les composés hydratés et principalement la portlandite en donnant des sels de calcium solubles selon le schéma suivant : Acide + Ca (OH)2 Ca ++ + eau ou base La dissolution progressive de la portlandite provoque une diminution de l’alcalinité, un accroissement de la porosité et une chute des résistances mécaniques. Substitution des ions Ca2+ par les Mg2+ MgSO4 + Ca (OH)2 ĺ CaSO4 + Mg (OH)2 Soluble gypse secondaire précipité Cristallisé Ļ LIXIVIATION EXPANSION PROTECTION x Formation des sels de calcium non expansifs Les anions de certains acides donnent lieu à la formation des sels de calcium insolubles ou très peu solubles, qui précipitent dans les pores et forment une couche inhibitrice de la réaction. Ces acides sont considérés comme peu agressifs sur le béton. x Substitution d’ions calcium dans les silicates hydratés Ce type de réaction est le résultat d’un échange de base entre CSH de la pâte de ciment durcie et la solution agressive. Les solutions de sel de magnésium peuvent remplacer les ions Ca++ des CSH par les ions Mg++. Le produit de uploads/Finance/ cours-durabilite.pdf