1.Principales agressions et attaques du beton
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Principales <strong>agressions</strong><br />
<strong>et</strong> <strong>attaques</strong> <strong>du</strong> béton<br />
Michaël DIERKENS<br />
CETE de LYON - DLL<br />
15 novembre 2011<br />
Crédit photo : Arnaud Bouissou/MEDDTL<br />
Ministère de l'Écologie, <strong>du</strong> Développement <strong>du</strong>rable,<br />
des Transports <strong>et</strong> <strong>du</strong> Logement<br />
www.developpement-<strong>du</strong>rable.gouv.fr
SOMMAIRE<br />
Structure <strong>et</strong> propriétés <strong>du</strong> béton<br />
3<br />
Corrosion des armatures (C0 2<br />
, Cl - )<br />
5<br />
Attaques sulfatiques<br />
13<br />
Alcali-réaction<br />
20<br />
Gel / Dégel<br />
24<br />
Lixiviation<br />
27<br />
Journée Cotita - L'Approche performantielle 21/10/2010<br />
2
Structure <strong>et</strong> propriétés <strong>du</strong> béton béton<br />
Constituants<br />
<strong>du</strong> béton armé<br />
- squel<strong>et</strong>te granulaire : gravillons, sables<br />
- matrice cimentaire : ciment, eau<br />
- armature en acier<br />
Propriétés <strong>du</strong><br />
béton armé<br />
- résistance mécanique<br />
- esthétisme <strong>et</strong> qualité <strong>du</strong> parement<br />
- <strong>du</strong>rabilité (propriétés de transfert) :<br />
- porosité<br />
- fissuration<br />
L’environnement<br />
béton armé<br />
- exposition (gel, saumure, eaux agressives...)<br />
- sollicitations mécaniques (charges...)<br />
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3
dioxyde de carbone<br />
CO 2<br />
Structure <strong>et</strong> propriétés <strong>du</strong> béton<br />
sulfates<br />
SO 4<br />
2-<br />
chocs<br />
chlorures<br />
pollution abrasion<br />
Cl -<br />
érosion<br />
Fissure<br />
Attaque externe<br />
sur les armatures<br />
Porosité<br />
ouverte<br />
Porosité<br />
ouverte<br />
Attaque externe<br />
sur le béton seul<br />
Attaque interne<br />
sur le béton seul<br />
Armature<br />
Porosité<br />
fermée<br />
sulfates<br />
SO 4<br />
2-<br />
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Origines de la corrosion<br />
Corrosion des armatures<br />
- pénétration des ions chlorure dans l'enrobage<br />
- carbonatation <strong>du</strong> béton d'enrobage<br />
Phénomène ± rapide selon propriétés de transfert <strong>du</strong> béton d'enrobage :<br />
- porosité de la matrice cimentaire<br />
- compacité globale<br />
- fissuration<br />
- qualité <strong>du</strong> parement<br />
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Processus de corrosion<br />
Corrosion des armatures<br />
Taux de<br />
corrosion<br />
- pénétration des Cl -<br />
- carbonatation<br />
I I I I ni t t t t i i i i at i i i i on<br />
- corrosion des armatures<br />
- ré<strong>du</strong>ction de section<br />
- ré<strong>du</strong>ction de l'adhérence acier / béton<br />
- fissuration de la zone d'enrobage<br />
- apparition de traces de rouille en surface<br />
- éclatement local <strong>du</strong> béton<br />
Incubation<br />
Propagation<br />
Temps<br />
béton sain<br />
béton altéré<br />
corrosion<br />
fissure<br />
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Carbonatation <strong>du</strong> béton<br />
Corrosion des armatures<br />
pénétration <strong>du</strong> CO 2<br />
dans le béton<br />
⇒ transformation de la portlandite en carbonates de calcium<br />
Ca(OH) 2<br />
+ CO 2<br />
→ CaCO 3<br />
+ H 2<br />
O<br />
⇒ baisse <strong>du</strong> pH (< 9)<br />
⇒ dépassivation des armatures<br />
⇒ corrosion<br />
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7
ec ef<br />
Carbonatation <strong>du</strong> béton<br />
Corrosion des armatures<br />
t1<br />
t2<br />
pH < 9<br />
pH > 9<br />
e<br />
e<br />
e c<br />
e f<br />
enrobage<br />
profondeur de béton carbonaté<br />
enrobage efficace<br />
pénétration <strong>du</strong> CO 2<br />
= loi de diffusion<br />
e c<br />
= √(D c<br />
.t)<br />
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Pénétration des ions Cl -<br />
Corrosion des armatures<br />
Mécanisme de pénétration :<br />
- entrainement mécanique par l'eau<br />
- gradient de concentration si béton constamment humide<br />
Loi de diffusion :<br />
d[<br />
Cl]<br />
[<br />
≡D Cl<br />
dt<br />
2 ]<br />
2<br />
dx<br />
D : coefficient de diffusion des ions Cl -<br />
Sources de Cl - :<br />
- constituants <strong>du</strong> béton (sables, gravillons, adjuvant)<br />
- sels de déverglaçage<br />
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Pénétration des ions Cl -<br />
Corrosion des armatures<br />
[Cl - ]<br />
[Cl - ] critique<br />
profondeur<br />
enrobage<br />
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Pénétration des ions Cl -<br />
Corrosion des armatures<br />
A la profondeur des armatures :<br />
si [Cl - ] > [Cl - ] critique<br />
⇒ initiation de la corrosion<br />
si [Cl - ] / [OH - ] > 0,6 l'acier n'est plus protégé<br />
[Cl - ] critique<br />
≈ 0,4% (% vs masse de ciment)<br />
Exemple : béton dosé à 350 kg/m 3 avec ρ = 2 500 kg/m 3<br />
[Cl - ] critique<br />
= 0,056% (% vs masse de béton)<br />
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Corrosion des armatures<br />
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Attaques sulfatiques<br />
2 ème risque majeur d'agression chimique pour les bétons<br />
Origine des sulfates :<br />
- externes au béton : sols, eaux, atmosphère<br />
- internes au béton : constituants<br />
eaux sulfatiques<br />
sols<br />
(gypse, pyrite)<br />
atmosphère<br />
(H 2<br />
S, SO 2<br />
)<br />
eau de<br />
gâchage<br />
Béton<br />
ciment<br />
granulats<br />
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Attaques sulfatiques<br />
Attaque sulfatique externe<br />
sulfate de calcium + portlandite<br />
(eau agressive) (ciment)<br />
gypse secondaire<br />
gypse secondaire + aluminate de calcium<br />
(ciment)<br />
<strong>et</strong>tringite<br />
expansion<br />
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Attaque sulfatique externe<br />
Attaques sulfatiques<br />
- l'expansion est provoquée par la croissance des aiguilles d'<strong>et</strong>tringite<br />
- l'expansion se tra<strong>du</strong>it par une fissuration <strong>et</strong> un éclatement superficiel <strong>du</strong> béton<br />
- les fissures facilitent la pénétration des agents agressifs <strong>et</strong> accélèrent le<br />
processus de dégradation<br />
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Attaque sulfatique externe<br />
Attaques sulfatiques<br />
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Réaction sulfatique interne (DEF)<br />
Attaques sulfatiques<br />
DEF = formation différée d'<strong>et</strong>tringite<br />
L'origine des sulfates est interne au béton (ciment, granulats...)<br />
3 conditions doivent être remplies pour déclencher la pathologie :<br />
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Réaction sulfatique interne (DEF)<br />
Attaques sulfatiques<br />
Symptômes :<br />
- gonflement <strong>du</strong> béton à cœur<br />
- fissuration / faïençage <strong>du</strong> parement<br />
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Réaction sulfatique interne (DEF)<br />
Attaques sulfatiques<br />
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Alcali-réaction<br />
RAG = réaction alcali-granulat<br />
- réaction entre les alcalins (ciment) <strong>et</strong> la silice des granulats<br />
- pro<strong>du</strong>ction d'un gel « silico-calco-alcalin » expansif<br />
- fissuration / faïençage <strong>du</strong> parement<br />
3 conditions doivent être remplies pour déclencher la pathologie :<br />
teneur en alcalins actifs élevée<br />
(essentiellement apportée par le ciment<br />
Na 2<br />
O,K 2<br />
O)<br />
environnement<br />
humide<br />
zone de marnage<br />
défaut d'étanchéité<br />
défaut de drainage<br />
alcalins<br />
solubles<br />
RAG<br />
granulats<br />
réactifs<br />
roches à risque :<br />
gneiss, granite,<br />
calcaire, dolomite<br />
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Alcali-réaction<br />
Symptômes :<br />
- apparition des désordres : 2 à 5 ans après la construction (parfois 20 ou 30 ans)<br />
- fissuration en réseau <strong>et</strong> faïençage<br />
- fissuration orientée<br />
- mouvements, déformations<br />
- ruptures d'armatures<br />
- coloration des parements<br />
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Alcali-réaction<br />
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Alcali-réaction<br />
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Gel / Dégel<br />
- fissuration interne<br />
- gonflement<br />
éclatement superficielle de la surface<br />
exposée aux sels de déverglaçage,<br />
sous forme d'écailles<br />
gel interne<br />
écaillage<br />
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gel interne<br />
Nécessité de ré<strong>du</strong>ire la distance de déplacement<br />
de l'eau non gelée pour limiter les pressions<br />
dans le béton<br />
⇒ incorporation d'un adjuvant entraîneur<br />
d'air dans le béton frais<br />
⇒ réseau de bulles d'air<br />
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écaillage<br />
Action <strong>du</strong> sel en surface :<br />
- diffusion des chlorures<br />
⇒ gradient de concentration<br />
⇒ <strong>attaques</strong> chimiques <br />
- contact fondants/glace<br />
⇒ chocs thermiques <br />
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Lixiviation<br />
Bétons exposés à des eaux faiblement minéralisées ou acides<br />
Dissolution des pro<strong>du</strong>its d'hydratation de la matrice cimentaire,<br />
principalement la portlandite<br />
⇒ augmentation de la porosité <strong>du</strong> béton<br />
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MERCI DE VOTRE ATTENTION<br />
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