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chapitre 1 beton autoplacant
1 Hydratation du ciment 7
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A CTION DES SULFA TES, DE L'EA U DE MER ET A TTAQUE L E S A C I DE DE S
• L'attaque par les sulfates peut détériorer très significativement le dans un laps de temps relativement court (10 à 15 ans).
• L'eau de mer contient contient des sulfates en solution. On peut aussi les ret en solution dans les eaux souterraines, dans les eaux usées indust et dans certains sous-produits industriels.
• La plupart des sols contiennent des sulfates sous la forme de (généralement entre 0,01% et 0,05 % (sol sec) exprimés en SO concentrations relativement faibles ne sont généralement agressives pour le béton.
- La solubilité du gypse dans l'eau à température normale est relativ faible (approx 1400 mg/litre).
• Dans les eaux souterraines, les concentrations plus élevées en s sont généralement dues à la présence de sulfates de magn (MgSO4) ou de sulfates alcalins (K2SO4 - Na2SO4).
• Les sulfates d'ammonium (NH4)2SO4 se retrouvent fréquemment da Sign up to vote on this title sols et les eaux en milieux agraires. Useful Not useful
- L'activité agricole peut aussi générer différents types d'a
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1 Hydratation du ciment 7
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2.4.1 Attaque par les sulfates sulfates
• Les sulfates peuvent être d'origine naturelle , biologique ou prove pollution domestique et industrielle.
• Dans certaines régions où les sols contiennent contiennent du gypse (CaSO4.2H de l'anydrite (CaSO4), on peut rencontrer des concentrations élevé 5%). ° Afrique du Nord ° Prairies canadiennes ° Région parisienne Na2SO4 Na2SO4.10H2O K2SO4 MgSO4.6H2O
CaSO4
(58 g/L) (194 g/L) (111 g/L) (440 (g/L)
(2,1 g/L)
° Les eaux souterraines en contact avec ces sulfates peuv charger en ions SO42-.
• Les sols alluviaux ou argileux peuvent aussi contenir des pyrit s'oxydent en sulfates au contact de l'air et d'humidité avec formation d sulfurique (voir section ).
• Les sulfates peuvent aussi provenir de la décomposition biolo Sign up to vote on this title aérobie de substances organiques organiques contenant du soufre (engrais, plant
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• Les sources de sulfates peuvent aussi être internes
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° Perte des propriétés liantes des C-S-H
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• Les mécanismes de destruction sont fonction de la concentration source des ions sulfates (le cation qui leur est associé) dans la so d'eau externe ou dans la pâte de ciment. ° L'action des sulfates peut prendre la forme d'une expansion béton suite à la formation de produits expansifs (Fig 2.86)
- Lorsque le béton se fissure, la perméabilité augmente e l'eau agressive peut pénétrer plus facilement, ce qu accélère de rythme de destruction. - Ces
expansions peuvent structuraux considérables
causer
des
dommage
° L'action des sulfates peut aussi engendrer une perte d résistance et une perte de masse du béton en surface (Fig 2.87). You're Reading a Preview
accessàwith a free trial. - Ces effets sont Unlock alorsfulldus l'altération des propriétés liante de certains hydrates.
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Fig 2.87 - Béton détérioré par une attaque par les sulfates - Barrage Fort Peck s rivière Missouri au Montana
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- Les expansions peuvent résulter de la formation d'ett secondaire (l'ettringite primaire n'est pas expansive).
1) Formation de gypse secondaire (substitution ionique entre portlandite et les sulfates). Dans le cas du sulfate de sodium: Ca(OH)2 + Na2SO4 + 2H2O à
CaSO4.2H2O + 2NaOH
NaOH : Alcalinité élevée -> stabilisation des C-S-H. CaSO4.2H2O : Produit expansif mais qui se forme uniquemen dans les espaces internes de la pâte de cimen hydraté, Dans la majorité des cas, pas ou peu d'expansion. 2) Formation d'ettringite secondaire, - à partir du C3A anhydre résiduel: C3 A +
You're Reading a Preview 3CaSO4.2H2O + 26H2O à C3A.3CaSO4.32H2O Unlock full access with a free trial.
hydratés: - à partir des aluminates Download With Free Trial
(monosulfoaluminates) C3 A.CaSO4.18H2O + 2Ca(OH)2 + 2SO4 + 12H2O à C3A.3CaSO 4.32H2O
(C4 AHx) Sign up to vote on this title Useful +11H Not useful 3SO C3 A.Ca(OH)2.xH2O + 2Ca(OH)2 + 4 2O à
C3A.3CaSO 4.32H2O
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Fig 2.88 - Ettringite massive mal cristallisée expansive formée topochimiquement [Tiré de B ARON, J. ET OLLIVIER J.-P. 1992 La durabilité des bétons, Pres de l'École nationale des Ponts et chaussées, 453 p.].
° Dans les ciments qui libèrent moins de portlandite (CHF Reading a Preview ciment avec laitier),You're l'ettringite précipite à partir de la solution Unlockdu full access with a free les vides interstitiels béton et trial. la cristallisation en aig n'est pas expansive (Fig 2.89). Download With Free Trial
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• Le sulfate de magnésium est très agressif (double action) Ca(OH)2 + MgSO4
à
CaSO4 + Mg(OH)2
C3 A + 3CaSO4.2H2O + 26H2O à
(faible solubilité, alcalinité faible pH faible)
C3A.3CaSO 4.32H2O
(expans
Substitution des ions Ca++ par les ions Mg ++ dans les C-S-H : C-S-H + MgSO4
à
CaSO4.2H2O + (C,M )-S-H
(faiblement cohés
• L'attaque par le sulfate de calcium (CaSO4.2H2O ou CaSO4 dans le est plus lente en raison de sa faible solubilité. Elle conduit à la form d'ettringite expansive.
• L'attaque par le sulfate de sodium (très soluble) (Na2SO4 ) entra formation d'ettringite secondaire expansive.
a Preview • Le sulfate de potassiumYou're (K2Reading SO4) peut aussi être agressif. Le r d'attaque est similaire à celui dufullsulfate de sodium. Unlock access with a free trial.
solubles • La plupart des sulfates métalliques (FeSO4,...) peuve Download With Free Trial agressifs (notamment en présence de certaines bactéries).
- Problèmes de soulèvement des dalles sur des fondations conten des shales pyritiques Sign up to vote on this title
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2.4.1.3 Facteurs contrôlant la résistance aux sulfates du béton
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Un béton poreux (faible dosage en ciment) p eut être vulnérable m si la teneur en C 3A du ciment est faible.
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Fig 2.90 - Influence du dosage en ciment et de la teneur en C3 A sur la vitesse dégradation du béton (16 ans dans Na 2SO4 à10%). [Tiré de V ERBECK, G.J. 1968 Field and laboratory studies of the sulph resistance of concrete , PCA Research Department Bulletin 227, 113-124] Sign up to vote on this title
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• Les ajouts minéraux (particulièrement les laitiers) permettent généra
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Fig 2.91 - Résistance aux sulfates d'échantillons de mortier avec ajouts de laitier. a: Ciment type II 6,4% de C 3 A b: Ciment type V 3,7% de C 3 A [Tiré de D OUGLAS, E. 1989 Mortier de ciments au laitier et béto Sign up to vote on this title laitier:caractéristiques de durabilité dans: Matériaux complémentaire Useful Not useful cimentation CANMET V.M. Malhotra éditeur, p. 373-411].
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Fig 2.92 - Résistance aux sulfates d'échantillons de mortier avec ajouts de laitier. [Tiré de BROWN G .E. AND O ATES, D. B. 1983 Concrete International, Vol. 36-39]. You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
With Free Trial • La sévérité de l'attaque estDownload fonction de la concentration en sulfates
• La norme CSA A23.1 section 15 Tableau 10 présente quelques exig de formulation en fonction du degré d'exposition aux sulfates . Sign up to vote on this title
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2.4.2 Attaque l'eau de mer
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• La durabilité du béton en milieu marin est fonction d'un nombre relativ important de paramètres. ° Paramètres chimiques (ions agressifs)
° Paramètres géométriques (marées et fluctuation du niveau de la m
° Paramètres physiques (cycles de gel-dégel, activation par les h températures) ° Paramètres mécaniques (abrasion)
Une faible porosité et une faible perméabilité sont essentielles obtenir un bon comportement face à l'eau de mer. You're Reading a Preview
Unlock full access with a free trial. bien mûris • Un béton bien formulé et possède généralement un bonne durabilité face à l'eau de mer .
Download With Free Trial
° Des ouvrages maritimes en Belgique sont encore en très bonn condition après plus de 100 ans d'exposition à l'eau de mer.
rapidement (5 à10 • Des dégradations peuvent apparaître très ans Sign up to vote on this title des armatur le cas d'ouvrages mal conçus ( mauvais recouvrement Useful Not useful fabriqués avec un béton de mauvaise qualité (choix du type de c dosage en ciment trop faible, E/C trop élevé, etc.).
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Protection
• Action des chlorures A) Corrosion (sera vu en détail à la section 2.5) B) MgCl2 : substitution Mg 2+ à Ca2+ (peu dommageable) MgCl2 + Ca(OH)2
à
CaCl2
+
Mg(OH)
?
?
soluble
précipité
Lixiviation
Protection
C) CaCl2 : (peu dommageable) CaCl2 + C3 A + 10H2O
à
C3 A . CaCl2 . 10H2O
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?
chloroaluminates
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• Action des sulfates A) MgSO4 : substitution Mg 2+ à
Ca2+ Sign up to vote on this title
MgSO4 + Ca(OH)2 à ?
soluble
CaSO4 Useful
?
+
Not useful
gypse secondaire
Mg(O
?
précipité
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° Substitution des ions Ca2+ par les ions Mg 2+ dans les C-S-H ° Perte des propriétés liantes des C-S-H L'interférence des ions explique que l'agressivité de l'eau de soit bien plus faible que celle des eaux sulfatées 1
• Les différents types d'attaques ont des localisations préférentiell progressent vers l'intérieur du béton (Fig 2.93).
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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Fig 2.93 - Schématisation des zones d'attaque du béton par l'eau de mer immergée). Sign up to vote on this title [Tiré de B ARON J. et OLLIVIER J.-P. 1992 LaUseful durabilité des bétons, Press useful Not l'École Nationale des Ponts et Chaussées, 453 p.].
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Paramètres contrôlant la durabilité du béton en milieu ma
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• Perméabilité - Une faible perméabilité retarde la pénétration de agressifs.
• Rapport E/C - Un rapport E/C faible diminue la porosité, la perm et retarde la pénétration des ions agressifs. • Recouvrement -
Il faut prévoir un bon recouvrement (60 mm aciers d'armature pour éviter la corrosion méta
• Type du liant
° Un ciment à faible teneur en C3 A (Type V) et en C3S pe nécessaire (Fig 2.94). ° Utiliser un ciment
C3 A You're Reading a Preview ayant un rapport SO 3
inférieur à 3 (Fig. 2.9
Unlock full access with a free trial.
° Le choix du typeDownload de liant est un paramètre important d With Free Trial durabilité des bétons en milieu marin
° L'expérience européenne montre que les liants contenant forte teneur en laitiers (>60%) ont un bon comportement en de mer. Sign up to vote on this title • Attention à la cure .
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Fig 2.94 - Expansion d'échantillons de mortier conservés dans l'eau de mer. [Tiré de R AMACHANDRAN V.S.; FELDMAN,R.F. ET BEAUDOIN, J.J. 1981 Con science - Treatise en current research , Heyden, 427 p.]. You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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L'effet de la composition du ciment, et notamment du pourcenta C3A, est moins déterminant que la compacité du béton 2
2.4.3
Résistance aux autres types d'attaques chimiques
2.4.3.1 Les principaux types d'agents agressifs
• Gaz - Origine naturelle (CO2) - Origine industrielle (S, N, vapeur de chlore, ...) • Liquides - Ils peuvent contenir des ions agressifs (Cl, SO3, ...) - Ils peuvent avoir un You're pH relativement faible(< 12,5) Reading a Preview • Solides - Sols - Résidus industriels
Unlock full access with a free trial.
Download With Free Trial
La plupart du temps, les attaques chimiques surviennent Sign up to vote on this title lorsqu agents agressifs s'associent avec l'eau pour former Not useful une solu Useful agressive qui peut pénétrer le béton (tout en entraînant d'au substances corrosives: ions).
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- Certains hydrates de la pâte de ciment hydraté sont solub dans l'eau (Ca(OH)2). La portlandite de dissocie complètemen ions Ca2+ et OH• Hydrolyse
- Certains hydrates solubles dans l'eau libèrent des ions peuvent réagir avec l'eau pour ensuite produire des ions OH H+. Le pH de la solution peut être modifié (plus acide ou alcalin) et certains hydrates peuvent alors devenir instables.
- Le phénomène d'hydrolyse peut conduire à un lessivage «lixiviation» de la chaux des composés de la pâte de ciment d provoquant une augmentation de la porosité et une affaiblissem du liant. ° Lixiviation par les eaux acides. • Échanges cationiques
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
calcium solubles A) Formation de sels deDownload With Free Trial
- Des substances acides contenant des anions pouvant former des sel de calcium solubles sont souvent présentes dans les environnements industriels Sign up to vote on this title
- Ces substances acides peuvent réagir avec la Not portlandite pou useful Useful former des sels de calcium solubles (chlorures de calcium bicarbonate de calcium). Lixiviation à porosité plus grande
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- Fertilisants : Chlorures d'ammonium et sulfates d'ammonium. 2NH4Cl + Ca(OH)2 à
CaCl2 + 2NH4OH
(soluble)
(soluble)
B) Formation de sels de calcium insolubles ou non expansifs
- Certains anions présents dans les eaux agressives peuvent réagi avec la pâte de ciment pour former des sels de calcium insolubles ou non expansifs.
- Ils ne causent pas de dommages en autant qu'ils ne soient pa expansifs .
- Ces produits peuvent être formés par la réaction entre la portlandite et les acides oxalique, tartarique, tannique, humique e You're Reading a Preview phosphorique. Unlock full access with a free trial.
Download With Free Trial C) Substitution des ions calcium dans les C-S-H
- L'exposition prolongée du béton à une solution contenant des ions magnésium peut favoriser le remplacement des ions calciumdes C Sign up to vote on this title donc de S-H par des ions magnésium. Cette substitution produit Useful Not useful silicates de calcium-magnésium hydratés ((C,M)-S-H) qui ont des propriétés mécaniques relativement faibles .
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• Diminuer la perméabilité pour ralentir les échanges entre le milieu et le milieu externe.
2.4.4
° °
Mûrissement approprié Fumée de silice, cendres volantes
°
Diminuer le rapport E/L
Attaques par les bactéries
• Le béton peut être endommagé par certaines bactéries pouvant pro (ou transformer) des substances corrosives .
• La destruction peut survenir en raison de la production de certains (H2S, H2SO4) ou suite à la formation de produits expansifs dans le
ou dans le béton (soulèvement des dalles sur sol suite à la format gypse). You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
2.4.4.1 Mécanismes de base
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• Il existe deux principaux types de bactéries pouvant être à l'origine détérioration du béton . 3
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- Milieu anaérobique : Desulfovibrio desulfuricans Useful Not useful - Milieu aérobique : Thiobacillus concretivorus
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chapitre 1 beton autoplacant
1 Hydratation du ciment 7
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• L'activité
bactérienne dans les effluents en milieu anaérobie produit des sulfures. Les sulfures sont ensuite transformés en hydrogène sulfuré (H 2S). Le H2S est très toxique et ça sent mauvais (!).
• Action du H2S sur le béton (acide faible) H2S + 2CaCO3 ---->
Ca(HCO3)2 + CaS Soluble Lixiviation
H2S + CaS ---->
Ca(HS)2 Soluble Lixiviation
B) Bactérie produisant des sulfates (Thiobacillus concretivorus)
• Oxydation du H2S (activité bactérienne) You're Reading a Preview H2S + 1/2O2 ----->
Unlock full access with a free trial.
S + H2O
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• Oxydation du S (au contact de l'atmosphère) S + 3O2 + 2H2O -----> 2H2SO4 acide fort LixiviationSign up to vote on this title
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chapitre 1 beton autoplacant
1 Hydratation du ciment 7
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Fig 2.96 - Agression du béton par l'activité bactérienne. [tiré de: REGOURD M. 1983 Durability, physico-chemical and biolo processes related to concrete , Durability of Concrete structures, CEB-R International Workshop. Copenhagen, p. 49-71.]. You're Reading a May, Preview Unlock full access with a free trial.
Un type de destruction très similaire peut aussi se produire dans Download With Free Trial égouts domestiques ou industriels (Fig 2.97).
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[tiré de: REGOURD M. 1983 Durability, physico-chemical and biolo processes related to concrete , Durability of Concrete structures, CEB-R International Workshop. Copenhagen, May, p. 49-71.].
2.4.4.3 Agressivité et soulèvement des schistes argileux pyriteux
• Les sols contenant des shales pyritiques peuvent provoque gonflements importants et le dégagement d'acide sulfurique
gonflements peuvent faire fissurer les dalles qui reposent sur ces s entraîner des problèmes structuraux majeurs . L'acide sulf attaque fortement les dalles de béton en contact avec ces sols. 4
° En présence d'oxygène et d'eau acide:
2 FeS + 2 H 2O + 7 You're O2 à 2 FeSO4 + 2 H2SO4 Reading a Preview (pyrite)
(sulfate ferreux)
Unlock full access with a free trial.
Download With Free Trial ° Dans l'environnement rendu plus acide par la formation d'acide sulf la transformation du sulfate ferrique ne peut se faire par oxy chimique. Cependant certaines bactéries aérobiques peuven comme catalyseur de l'oxydation des sulfures de fer . La prod d'acide sulfurique accentue l'activité bactérienne (Thiobacillus) Sign up to vote on this title
4FeSO4 + O2 + 2H2SO4
à
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2Fe 2(SO4)3 + 2H2O (sulfate
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° L'acide sulfurique attaque ensuite la calcite pr.sente dans la concassée pour poduire du gypse et de la jarosite (gonflement). CaCO3 + H2SO4 + 2H2O
à
CaSO4 . 2H2O + H2
CO2. Expansion, soulèvement
3Fe 2(SO4)3 + 12H2O à
2 HFe3(SO4)2 . (OH)6 + 5 H2SO (jarosite)
° La précipitation du gypse et de la jarosite dans les pores et da fractures de la roche engendre alors un gonflement du sol.
° Le gypse se retrouve souvent sous forme de cristaux plats en for lamelles cristallisant parallèlement à l'orientation des feuillets d ou des plans de fracture. You're Reading a Preview
° La jarosite est un minéral de couleur jaune qui tapissent les pla Unlock full access with a free trial. fracturation ou qui remplissent l'espace entre les cristaux de gyp indicateur de la présence de bactérie jarosite constitue un bonDownload With Free Trial c'est un produit d'une réaction biochimique.
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• Influence des facteurs environnementaux et physico-chimiques
° L'oxygène peut être présent sous forme gazeuse ou il peut être dissout dans l'eau.
- L'oxygène peut pénétrer via les fractures ou les fissures dans le massif rocheux.
- Abaissement de la nappe phréatique par le système de drainage.
° La présence d'humidité est essentielle à la formation d'acide sulfurique.
° La surface spécifique des grains de pyrite . La forme critallin framboïdale est la plus problématique en raison de sa surface spécifique plus élevée.
You're Reading a Preview - Une teneur en pyrite (framboïdale) aussi faible que 0,1% peu Unlock full access with a free trial. causer des problèmes.
Download With Trial etFree élevées ° Les températures constantes sous les dalles des bâtiments sont propice à l'activité bactériologique.
• Attaque du béton par les sulfates et par l'acide sulfurique Sign up to vote on this title
° Formation de gypse et d'ettringitesecondaires (voir sectio Useful
2.4.1.2)
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