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COMPAGNIE DES EXPERTS ARCHITECTES PRS LA COURS DAPPEL DE PARIS

ATELIER CONFRENCE

8 OCTOBRE 2013

LES MALADIES DU BTON

Jean-Antoine LEDUCQ Ingnieur ESTP

Expert Prs la CAP A. C. de Cassation

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RUINES DE BTON ( la manire dHubert Robert)

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DIFFRENTES MALADIES DU BTON A DIFFRENTS STADES

Dfaut denrobage

Alcali-raction

Choc sur un pont

Dfaut de collecte des eaux

Rive de dalle

La maladie du bton Sous face de dalle parking

Armatures de prcontrainte

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ALCALI RACTION DES GRANULATS SILICEUX

Produit d'alcali-raction observ au microscope lectronique balayage, dans un barrage g de trente ans: morphologie des produits en rosette.

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LA MALADIE DU BTON

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LE BTON

Composition courante : Sable 0/5 Gravillons 5/25 E/C 0.50 Vides ou pores remplis de gaz, de solutions ou de composs

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ABAQUE DE DREUX-GORISSE

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LE CIMENT Est fabriqu partir de ; Calcaire : Carbonate de calcium CaCO3 Sable : silice SiO2 Alumine : Al2O3 Oxyde de fer : Fe2O3 (fer ltat naturel composant de la rouille) Aprs traitement, la sortie de lusine, la poudre de ciment, PORTLAND, est compose de ; Silicates bi et tri calciques : (3 et 2)CaO. SiO2 ou CS (75 %) Aluminate tricalcique : 3CaO.Al2O3 ou CA Alumino ferrite ttracalcique : 4CaO.Al2O3 .Fe2O3 ou CAF Gypse : CaSO42(H2O) ajout aprs obtention des trois prcdents, les sulfates ralentissent le dbut de prise du ciment

par transformation des aluminates en aiguilles dettringite, certaines parcelles pourront subsister, la majeure partie sera transforme en monosulfo aluminates de calcium stable.

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LE CIMENT DANS LE BTON, La poudre de ciment (liant hydraulique) en prsence deau donne lieu des ractions chimiques, les produits qui en rsultent sont constitus in fine de : 3CaO.2SiO2 .3H2O ou CSH Silicate de Calcium Hydrat. Ca(OH)2 ou Hydroxyde de calcium ou chaux teinte ou Portlandite, dans 1 m3 de bton courant se font forms environ 50 kg de chaux. Aluminates, aluminoferrite hydrate, traces dtringite. Pores capillaires dans le ciment denviron 10-8 m. Vides du bton environ 3 10 %.

Cristal hexagonal de Portlandite

Gel de CSH qui donne sa solidit au ciment : les CSH se dveloppent la surface des grains de ciment non hydrats et comblent progressivement les interstices capillaires entre les grains. La pte devient de plus en plus dure.

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LA CARBONATATION

L'hydroxyde de calcium, qui est une base, confre l'eau qui se trouve dans les pores du bton un pH lev denviron 13, soit un milieu basique. L'atmosphre contient actuellement environ 0,36 ml de gaz carbonique (CO2) par litre d'air, et l'augmentation est d'environ 0,0015 ml litre par anne. Le gaz carbonique de lair ragit avec lhydroxyde de calcium (Portlandite) du bton pour former du CaCO3, carbonate de calcium, ici appel chaux arienne, cest la carbonatation. Ce calcium trs peu soluble dans l'eau, entrane une diminution du pH de l'eau des pores jusqu' une valeur d'environ 8.

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EXEMPLES DE PARAMTRES INFLUENANT LA CARBONATATION

La carbonatation peut tre protectrice en situation stable du bton

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LA PROFONDEUR DE CARBONATATION

Mise en vidence de la carbonatation de la matrice cimentaire des chantillons de bton des poutres de la structure porteuse 1 = zone carbonate acide (incolore) ; 2 = zone non carbonate basique (coloration rose) (ractif phnolphtaline)

La technique la plus simple mettre en uvre pour mesurer la profondeur de carbonatation des btons correspond au test la phnolphtaline ralis sur des fractures fraiches de bton. La phnolphtaline est un indicateur de pH color dont le virage se situe aux alentours de 9. Cela permet de diffrencier la zone carbonate (pH < 9) qui reste incolore, de la zone non carbonate (pH > 9 et allant jusqu' 13) colore en violet.

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DIFFUSION DE LA CARBONATATION

Loi de FICK

T : temps, C : teneur de llment considr, x : profondeur, D : constante C : ici teneur en chaux arienne.

VOLUTION DE LA CARBONATATION PNTRANT PAR DIFFUSION Il existe une profondeur asymptotique de carbonatation quelque soit le temps, si aucun phnomne ne vient perturber lhomognit du milieu, pour un bton courant de bonne qualit la profondeur se stabilise vers 25 mm au bout de 25 ans.

C

t

Profil une date donne Variation en fonction du temps, pour une profondeur donne Profondeur atteinte au bout dun temps t

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LACIER ET LA ROUILLE

Lacier obtenu par un traitement (rduction) du minerai rouge contenant des oxydes de fer, dans des hauts fourneaux, tend retourner l'tat oxyd une fois expos l'air et l'eau.

La rouille est une substance de couleur brun-rouge forme quand le fer ou lacier se corrodent en prsence de dioxygne(O2) et d'eau (H2O). C'est une raction d'oxydation lente qui aboutit la formation d'hydroxyde de fer III : Fe2O33(H2O)

Le fer sain est remplac par de l'hydroxyde de fer III, qui lui est friable, poreux et a augment de volume avec un coefficient dexpansion dimensionnelle de 4 7.

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EXPRIENCES DE LA CORROSION DE LACIER

POUR QUIL Y AIT CORROSION DE LACIER IL FAUT LA PRSENCE SIMULTANE DE LEAU ET DE LOXYGNE

UN MILIEU ACIDE OU DES SELS DISSOUTS ACCLRENT FORTEMENT PAR AUGMENTATION DE LA CONDUCTIVIT LE PHNOMNE DE CORROSION

Clou et chlorure de calcium (acide) Tube ferm, Pas de corrosion

Clou, eau sale (conductrice) et oxygne Beaucoup de corrosion

Clou, eau sale et film dhuile peu de corrosion

Clou, eau bouillie, tube ferm peu de corrosion

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CORROSION DES ARMATURES DANS LE BTON ARM

Trois facteurs rendent possible la corrosion de lacier. - La prsence deau est indispensable. Elle ragit avec l'oxygne la cathode (+) et permet d'tablir le circuit avec l'anode. La prsence de sels dissous diminue la rsistance de la pile de corrosion, ce qui augmente le courant et augmente la vitesse de corrosion,

-La possibilit de dissolution anodique du fer. Fonction du PH (dpendant de llectrolyte) et du potentiel de surface, le diagramme de Pourbaix montre leffet de ces facteurs.

- La prsence doxygne est indispensable. Pour se combiner avec leau la cathode pour former des ions OH- qui se combinent aux ions Fe+ et avec du dioxygne O2 pour former la rouille.

Corrosion - oxydation du Fer

OXYDER: ARRACHER un ou des e un atome ou une molcule voisine. RDUIRE: DONNER un ou des e un atome ou une molcule voisine. COVALENCE: PARTAGER un ou des e avec un atome ou une molcule voisine. La vitesse de corrosion d'une armature est approximativement de 0.05 mm (-0.10 sur le diamtre) / anne dans un bton carbonat expos aux intempries et de 0.20 mm /anne dans le mme bton, mais en prsence de chlorures, soit 0.40 mm sur le diamtre.

Air et Eau

Bton

Dissolution du fer lanode - Dcomposition de leau la cathode +

Fex+ + 2OH - Fe(OH)2 Fe(OH)2+ O2 Fe2O3.x(H2O)

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VITESSE DE CORROSION DE LACIER EN FONCTION DU PH ENVIRONNANT

LA PASSIVATION Reprsente un tat du mtal dans lequel la vitesse de corrosion est notablement ralentie par la prsence d'un film passif naturel ou artificiel, par rapport ce qu'elle serait en l'absence de ce film. La prsence du film passif est aussi lie un domaine de stabilit en pH, gnralement le film devient instable vers les milieux acides, en de d'un pH qui dpend du matriau. Lorsque le bton frais est mis en place autour de lacier, l'eau de gchage pntre travers les pores de la rouille-calamine, o elle forme progressivement de la ferrite de calcium hydrat (4.CaO . Fe2O3 . 13H2O). Mais surtout, cette eau ragit avec l'acier mtallique et forme sur celui-ci une fine couche d'hydroxydes de fer [Fe(OH)2] et de calcium [Ca(OH)2]. L'eau de gchage du bton permet donc de former autour de l'acier des produits, qui le protgent par passivation. Plus exactement, sous la rouille, une armature est recouverte d'une fine couche protectrice de produits blancs, base de ferrite et d'hydroxyde de calcium (photo p. 16).

Acide Base

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PROPAGATION DE LA FISSURATION AUTOUR DES ARMATURES CORRODES

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LA RPARATION

- Supprimer, par piquage ou hydro dmolition, toutes les parties de bton carbonates et fissures, arriver sur un bton sain pour prparer ladhrence de la rparation. - Dcaper les armatures de leur rouille (brossage, sablage,) pour supprimer des matriaux volumineux et friables qui ne permettraient pas ladhrence et la collaboration de lacier et du bton et lapplication de la couche de passivation. - Passiver les armatures par une couche basique, tanche lair et leau, souple pour supporter des dformations sans rupture, adhrente sur les deux interfaces. -