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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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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 :
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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 ;
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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 ;
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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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- Version courante de janv. 2021 par Matthieu HORGNIES
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Interactions avec l'eau et les ions en solutionArticle inclus dans l'offre
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1. Définition d'une peau de béton
Le béton compte parmi les produits les plus importants manufacturés par l'homme. La production mondiale de béton est estimée à plus d'1 m3 par an et par habitant. Ce matériau de construction est un mélange constitué de granulats, de sable, de ciment et d'eau (dans certaines formulations, de fines particules, appelées « filler », sont aussi ajoutées).
La fabrication du ciment de type CEM I (le plus couramment utilisé) provient du chauffage à très haute température (> 1 400 oC) d'un mélange majoritairement constitué de calcaire et d'argiles. Les réactions à haute température et notamment la décarbonatation du calcaire donnent lieu à la fabrication de boulets de clinker, qui deviendront des grains de ciment CEM I après broyage et addition de gypse.
La réaction du ciment avec l'eau, appelée « hydratation », donne lieu à la prise d'une pâte dite « hydratée » qui lie les granulats et les grains de sable et donne une cohésion importante au béton. La distribution granulaire au sein d'un béton peut varier fortement d'une formulation à l'autre, en fonction des propriétés requises (résistance mécanique, perméabilité, densité...) ; une différence de plusieurs ordres de grandeur entre les plus petites et les plus grosses particules peut être utilisée dans les bétons à ultra hautes performances (BUHP) par exemple .
La composition de la surface d'un élément en béton (appelée aussi « peau du béton ») est cependant différente du volume. En effet, le contact avec les moules/coffrages produit un effet similaire à celui détecté en surface de chaque granulat, à savoir une décroissance de l'empilement granulaire du fait de la restriction de mouvement des particules adjacentes à la surface. L'épaisseur de cette zone de transition, contenant des particules de même taille, correspond à la moitié du diamètre de la particule considérée ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(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).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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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