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Concevoir, construire et gérer des structures durables en béton
Approche performantielle et évolutions normatives
Principales agressions et attaques des bétons
évolutions normatives
Nathalie CORDIER
www.cete-mediterranee.fr
Centre d'Études Techniques de l'Équipement Méditerranée
Au 1er Janvier 2014, les 8 CETE, le Certu, le Cetmef et le Sétra fusionnent pour donner naissance au Cerema
28 novembre 2013 – CETE Méditerranée d’Aix-en-Proven ce
Nathalie CORDIER
CETE Méditerranée – Labo d’Aix -Service OAB
Introduction
Un béton peut s'altérer après quelques années ou quelquesdizaines d'années.
Dans ce cas les altérations sont soit liées à des problèmesde structure, soit à un vieillissement du béton ou encore à une agression de l'environnement.
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Elles concernent la matrice cimentaire ou les armatures.
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Sommaire
� Structure et propriétés du béton� Structure et propriétés du béton
� Corrosion des armatures
� Réactions et attaques sulfatiques
� Alcali-réaction
� Gel / Dégel – Gel interne
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� Lixiviation
Constituants• Le squelette : Granulats• La matrice cimentaire : Ciment, Eau, Sable• L'armature en acier
Structures et propriétés du béton
Propriétés dubéton armé
L'environnement
• La résistance mécanique• Esthétisme et qualité du parement• Durabilité (propriétés de transfert)
- porosité- fissuration
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L'environnementBéton armé
• Exposition (gel, saumure, eaux agressives, ...)• Sollicitations mécaniques (charges, ...)
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DioxydeDioxyde de de carbonecarboneCO2CO2
SulfatesSO4
2- Pollution
ChocsAbrasionÉrosionChlorures
Cl-
Fissure
Structures et propriétés du béton
Attaque externesur le béton seul
Attaque externesur les armatures
Porositéouverte
Fissure
Porositéouverte
Porositéfermée
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SulfatesSO4
2-
Attaque internesur le béton seul
Armature
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On distingue 5 grands mécanismes de dégradation.
� La corrosion des armatures
Les mécanismes de dégradation
� Les attaques sulfatiques
� L'alcali-réaction
� Les cycles de gel / dégel
� La lixiviation
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� La lixiviation
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La corrosion des armatures
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Elle comporte deux phases.
Première phase : l'incubation
La corrosion des armatures
Première phase : l'incubationles éléments agressifs pénètrent dans le béton.
Seconde phase : la propagationlorsque ces corps agressifs se trouvent à des concentrations assez fortes au niveau des armatures. Elle correspond à la croissance de la rouille, qui peutensuite faire éclater le béton d'enrobage.
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ensuite faire éclater le béton d'enrobage.
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Stade d'incubation
Stade de propagation
Stade de fissuration
La corrosion des armatures
Béton pollué
Béton sain
Fissure
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Béton sainRouille
Aucune dégradation visible
Défauts difficiles à détecter
Défauts visibles à la surface du béton
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Processus de corrosion
Initiation
Taux de corrosion • corrosion des armatures
• réduction de section• réduction de l'adhérence acier / béton• fissuration de la zone d'enrobage
La corrosion des armatures
• pénétration de Cl-• carbonatation
fissuration de la zone d'enrobage• trace de rouille en surface• éclatement local du béton
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Incubation Propagation Temps
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La corrosion des armaturesLes agents agressifs les plus fréquents sont les eauxpures, les chlorures dans l'eau et le dioxyde decarbone (CO2) dans l'atmosphère.
Origines principales de la corrosion
� La carbonatation
carbone (CO2) dans l'atmosphère.
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� La pénétration des chlorures
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Le CO2 peut être dissous par la solution interstitielle du béton, et réagir avec certains composés calciques pour former des carbonates (carbonatation). Il en résulte une baisse du pH de la
La corrosion des armaturesLa carbonatation
carbonates (carbonatation). Il en résulte une baisse du pH de la solution interstitielle du béton (de 12 à 9).
La pénétration du dioxyde de carbone dans le béton est un phénomène de diffusion. Elle est rapide lorsque le béton estassez sec. Mais la réaction de carbonatation n'a lieu que s'ilreste de la solution interstitielle dans le béton. C'est pourquoi, les conditions les plus favorables à la pénétration du dioxyde de carbone correspondent à une alternance d'humidité et de
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carbone correspondent à une alternance d'humidité et de séchage.
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Réaction de carbonatation : mécanisme
La corrosion des armaturesLa carbonatation
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Chaux + CO2 ► Calcaire + eaupénétration du CO2 dans le béton ► transformation de la portlandite en carbonates de calcium : Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
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La corrosion des armaturesLa carbonatation
► Baisse du pH► Dépassivation des armatures► Corrosion
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La corrosion des armaturesLa carbonatation
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Pénétration des ions Cl-Mécanisme de pénétration :� entrainement mécanique par l'eau
La corrosion des armatures La pénétration des chlorures
� entrainement mécanique par l'eau� gradient de concentration si béton constammenthumide
Loi de diffusion :
D : coefficient de diffusion apparent des ions Cl-
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D : coefficient de diffusion apparent des ions Cl-
Sources de Cl- :- constituants du béton (sables, gravillons, adjuvants)-sels de déverglaçage-sels marins
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La pénétration des chlorures
La corrosion des armatures La pénétration des chlorures
La pénétration est généralement favorisée par le bétonqui est :� fissuré,� mal mis en œuvre,•pas suffisamment compact (adéquation de la formulation à l’environnement)
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La pénétration des chlorures nécessite de l’eau.Les ions chlorures pénètrent dans le béton pardiffusion ou absorption capillaire.
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La corrosion des armaturesLa pénétration des chlorures
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Les produits de corrosion, d’un volume plus important, font fissurer puis éclater le béton
La corrosion des armaturesLa pénétration des chlorures
font fissurer puis éclater le béton
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La corrosion des armatures
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La corrosion des armatures
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Réactions et attaques sulfatiques
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Réactions et attaques sulfatiques
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Attaque sulfatique externe:
> L'expansion est provoquée par la croissance des aiguilles d'ettringite
Réactions et attaques sulfatiques
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> 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
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Réactions et attaques sulfatiques
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Réactions et attaques sulfatiques
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Réactions et attaques sulfatiques
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Réactions et attaques sulfatiques
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Réactions qui peuvent se produire entre les granulats du béton et les alcalins de la pâte de ciment. Trois conditions doivent être simultanément remplies :
Alcali Réaction
Trois conditions doivent être simultanément remplies :• granulats potentiellement réactifs, • présence d'eau,• concentration en alcalins supérieur à un seuil critique.
Trois grands types d'alcali-réactions : réactions alcali-carbonate, alcali-silice et alcali-silicate.
La réaction la plus fréquente est la réaction alcali -silice .
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La réaction la plus fréquente est la réaction alcali -silice .
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Alcali Réaction
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Alcali réaction
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- éclatement superficielle de la surface exposée aux sels de déverglaçage, sous forme d'écailles
- fissuration interne- gonflement
Gel / Dégel
sous forme d'écailles
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Gel interne Écaillage
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Nécessité de réduire la distance de déplacement
de l'eau non gelée pour limiter les pressions
dans le béton=> incorporation d'un adjuvant entraîneur
Gel interne
=> incorporation d'un adjuvant entraîneur d'air dans le béton frais pour disposer d’un réseau de bulles d'air
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Action du sel en surface:
- diffusion des chlorures=>gradient de concentration
Ecaillage
=>gradient de concentration=>attaques chimiques ?
- contact fondants/glace=>chocs thermiques
en surface dus à la fusionrapide de la glace
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La lixiviation est la mise en solution de certains constituantsdu béton. Par exemple, la chaux est dissoute selon la réaction :
Lixiviation
Par exemple, la chaux est dissoute selon la réaction :Ca(OH)2 > Ca2+ + 2 OH-
Il peut se produire un phénomène d'entraînement visible deconstituants du béton vers l'extérieur (suintement,efflorescence, fuite de laitance, stalactites...)
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Le béton armé est soumis à différentes sources dede dégradations pouvant diminuer sa durabilité.
En conclusion
L’approche performantielle basée sur des indicateursde durabilité fixés en fonction de l’environnementde l’ouvrage concerné tend à répondre à cetteproblématique et a augmenter la durée de vie des ouvrages.
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Merci de votre
attention
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Au 1er Janvier 2014, les 8 CETE, le Certu, le Cetmef et le Sétra fusionnent pour donner naissance au Cerema
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