Réactivité des surfaces de béton : Dossier complet

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RÉSUMÉ

La réactivité des surfaces de béton impacte l'aspect des façades et des éléments apparents, alors que de nouvelles fonctionnalisations de surface font appel à la réactivité de certaines charges pour élargir le domaine d'utilisation du béton. Cet article explique comment cette réactivité de surface peut être reliée à la composition chimique du béton (pH très basique au jeune âge, utilisation de charges spécifiques) et aux interactions avec différents éléments présents dans l'environnement. De nombreux exemples liés à la présence d'ions en solution, aux conditions de coffrage, à l'incorporation de charges particulières dans le mélange et à l'application de revêtements de protection sont détaillés dans cet article.

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ABSTRACT

Reactivity of concrete surfaces

The reactivity of concrete surfaces influences the aesthetic of the facades and exposed elements while new surface functionalizations involve the reactivity of certain particles to expand the scope of the concrete. This article explains how the surface reactivity can be related to the chemical composition of concrete - very alkaline pH at early age, use of specific particles - and to the interactions with various environmental elements. Many examples related to the presence of ions in solution, the conditions formwork, the incorporation of special particles in the mix and the application of protective coatings are detailed in this article.

Auteur(s)

Matthieu HORGNIES : Docteur - Chargé de recherche au Centre de recherche de Lafarge, Saint Quentin-Fallavier

INTRODUCTION

La réactivité des surfaces de béton est un sujet complexe que l'on peut définir par les interactions à l'interface entre la microstructure d'un matériau à base de liant hydraulique et le monde extérieur, celui-ci pouvant être constitué de différents gaz (CO₂ , NO₂), d'eau liquide (plus ou moins chargée en sels), d'agents ou de résidus de décoffrage et d'autres agents agresseurs (micro-organismes…).

Ainsi, cet article vise à décrire la variabilité des réactions possibles entre la surface du béton et son environnement immédiat, que ce soit durant son hydratation et son durcissement ou lors de sa carbonatation et de son vieillissement. Divers exemples seront ainsi décrits dans cet article afin d'expliciter le type de réaction ayant lieu en surface. Nous avons choisi de séparer ces interactions en trois types :

celles résultant des réactions avec l'eau liquide ou avec des ions présents en solution : phénomènes d'hydratation au jeune âge, de formation d'efflorescence après décoffrage, de lixiviation et de décalcification suite à des expositions récurrentes à l'eau, attaque sulfatique et pénétration des ions chlorures ;
celles résultant des interactions avec les éléments du coffrage, comme les moules et les agents de décoffrage : influences des huiles de décoffrage, contamination et fonctionnalisation avec certains moules, croissance de portlandite favorisée par certains tensioactifs ;
celles résultant des interactions avec l'environnement : carbonatation en présence de CO₂ , dépollution de certains gaz irritants ou toxiques, croissance de micro-organismes, comme les algues ou les champignons.

Enfin, le dernier chapitre décrira les fonctionnalités apportées par les divers types de revêtements de protection potentiellement applicables sur le béton.

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MOTS-CLÉS

surface | état de l'art | Dégradation | fonctionnalisation

KEYWORDS

surface | state of the art | degradation | functionalization

VERSIONS

Il existe des versions antérieures de cet article :

Version courante de janv. 2021 par Matthieu HORGNIES

PERMALIEN

https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/archives-th12/archives-vieillissement-pathologie-et-rehabilitation-du-batiment-tiacf/archive-1/reactivite-des-surfaces-de-beton-cor415/

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - VERNET (C.), LUKASIK (J.), PRAT (E.) - Nanostructure, porosity, permeability, and diffusivity of Ultra high performance concretes (UHPC). - Proceedings of the International Symposium on High Performance Concrete and Reactive Powder Concrete, Edited by AITCIN (P.C.) and DELAGRAVE (Y.), p. 17 (1998).
(2) - DE LARRARD (F.) - Concrete mixture proportioning. - E & FN Spon, London, United Kingdom (1999).
(3) - BEN AIM (R.) - Étude de la texture des empilements de grains. Application à la détermination de la perméabilité des mélanges binaires en régime moléculaire, intermédiaire, laminaire. - Thèse de doctorat, université de Nancy, France (1970).
(4) - HORGNIES (M.), WILLIEME (P.), GABET (O.) - Influence of the surface properties of concrete on the adhesion of coating : characterization of the interface by peel test and FT-IR spectroscopy. - Progress in Organic Coatings, 72, p. 360 (2011).
(5) - TAYLOR (H.F.W.) - Cement chemistry. - 2nd Ed., Thomas Telford Publishing, London (1997).
...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

ANNEXES

1 Brevets

1 Brevets

CHEN (J.J.), DYKMAN (M.) et HORGNIES (M.). – Concrete element having a superhydrophobic surface. Patent WO2011095744 (2011).

CHEN (J.J.) , DYKMAN (M.), GUEIT (E.), HORGNIES (M.) et TINTILLIER (P.). – Concrete article comprising a surface with low open porosity. Patent WO/2012/020012 (2012).

DUBOIS-BRUGGER (I.), DYKMAN (M.) et HORGNIES (M.). – Use of a concrete-based element for the treatment of gases and volatile compounds. Patent WO2011045509 (2010).

CHANVILLARD (G.), DUBOIS-BRUGGER (I.), LEVY (C.), TEISSIER (V.) et VENON (S.). – Composition de démoulage. Patent WO2007FR02071 (2007).

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - DÉFINITION D'UNE PEAU DE BÉTON

2 - INTERACTIONS AVEC L'EAU ET LES IONS EN SOLUTION

2.1 - Mécanismes d'hydratation
2.2 - Efflorescences à base de carbonate de calcium
2.3 - Lixiviation et décalcification des surfaces de béton par l'eau
2.4 - Influences des ions sulfates et chlorures

3 - INTERACTIONS AVEC LES COFFRAGES ET LES AGENTS DE DÉMOULAGE

3.1 - Influences des huiles de démoulage
3.2 - Contamination ou fonctionnalisation des surfaces : cas particulier des moules en silicone
3.3 - Formation de portlandite liée à l'utilisation d'une solution de décoffrage à base de tensioactifs

4 - INTERACTIONS AVEC LES GAZ ET L'ENVIRONNEMENT

4.1 - Mise en évidence du front de carbonatation
4.2 - Réactivité avec les oxydes d'azote (NOx)
4.3 - Ancrage des micro-organismes biologiques

5 - REVÊTEMENTS DE PROTECTION DU BÉTON

5.1 - Variabilité de la composition
5.2 - Différentes familles de revêtements
5.3 - Effet photocatalytique

$Images MEB (électrons secondaires) montrant une fracture d'un mortier contenant des particules de dioxyde de titane (anatase) photocatalytique$
5.4 - Adhérence des revêtements
5.5 - Conclusions

6 - CONCLUSIONS

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