Bibliographie & annexes
Présentation
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 :
-
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 les coffrages et les agents de démoulage2. Interactions avec l'eau et les ions en solution
2.1 Mécanismes d'hydratation
Les grains de ciment issus de la fabrication du clinker sont composés de phases anhydres qui vont partiellement se dissoudre lors de leur réaction avec l'eau. La re-précipitation partielle de certaines espèces chimiques conduit à la formation de phases hydratées qui apportent la cohésion et la résistance mécanique durant la prise du béton.
Le tableau 1 récapitule les différentes phases présentes dans le clinker anhydre et après hydratation d'un ciment Portland ordinaire (type CEM I) . Les pourcentages sont donnés ici à titre indicatif pour un ciment Portland CEM I, 28 jours après le début de l'hydratation.
Étant donné que la phase anhydre Ca2SiO4 (belite) réagit très lentement (au bout de plusieurs semaines à plusieurs mois), les réactions principales donnant lieu à la formation de la pâte de ciment hydratée au niveau de la peau de béton peuvent être décrites via l'hydratation du Ca3SiO5 (présent sous forme d'alite) qui commence à réagir après quelques heures (figure 1) et s'opère en plusieurs étapes :
-
dissolution des grains :
![]()
-
précipitation des silicates de calcium hydratés (C-S-H) :
![]()
-
précipitation de l'hydroxyde de calcium (Ca(OH)2 , aussi appelé « portlandite ») :
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Les C-S-H...
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Interactions avec l'eau et les ions en solution
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).
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(2) - DE LARRARD (F.) - Concrete mixture proportioning. - E & FN Spon, London, United Kingdom (1999).
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(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).
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(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
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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