Exemple de l’eau de mer
L’attaque des matrices cimentaires par l’eau de mer combine des agressions de nature différentes menées par les chlorures, les sulfates et le gaz carbonique, auxquelles s’ajoutent, selon la situation de l’ouvrage, les effets délétères des cycles d’humidification-séchage et l’agression physique des vagues en zone de marnage. A l’agression physico-chimique que subit la matrice s’ajoutent, en outre, les dommages liés à la corrosion des armatures.
Le phénomène est donc très complexe. Dans le cadre de cette lettre d’information consacrée au chlore, nous n’aborderons que l’action du chlorure de sodium et du chlorure de magnésium.
Chlorure de sodium
L’action du chlorure de sodium sur la matrice cimentaire est double :
1- Consommation des ions calcium de la portlandite et des C-S-H, par formation
de chlorure de calcium soluble : Ca(OH)2 + 2NaCl <-> CaCl2 + 2NaOH
2- Formation de monochloroaluminate de calcium C3A.CaCl2.10H2O, par réaction des chlorures avec l’aluminate tricalcique C3A
et les aluminates hydratés : CA3 + CaCl2 + 10H2O <-> C3A.CaCl2.10H2O
Cette réaction, qui consomme des chlorures, permet de réduire le taux d’ions libres, ce qui retarde le risque de corrosion des aciers.
Mais cette protection peut être déstabilisée par une action sulfatique associée qui, réagissant avec le monochloroaluminate de calcium, peut produire de l’ettringite susceptible de produit une expansion. Dans les zones d’aspersion et de marnage, à côté de l’action chimique sur la matrice cimentaire, les cycles de dissolution-cristallisation du chlorure de sodium, peuvent mener à des pressions de cristallisation qui provoquent un écaillage de surface. Il s’agit d’un phénomène de lixiviation de la chaux qui accroît la porosité du béton.
Chlorure de magésium
Comme le chlorure de sodium ce sel exerce une action dissolvante sur la chaux. Mais le gel alors en solution conduit à la formation de brucite (Mg(OH)2) :
Ca(OH)2 + MgCl2 <-> CaCl2 + Mg(OH)2
qui, précipitée à la surface du béton, peut ralentir la pénétration des ions agressifs dans le béton. Comme pour le chlorure de sodium, la réaction du chlorure de magnésium avec les aluminates provoque la formation de monochloroaluminate de calcium.
Enfin, il est bon de signaler un phénomène fréquent de substitution ionique pouvant accompagner ce type de réactions en milieu marin, à savoir la substitution du calcium des C-S-H par le magnésium, donnant naissance à des M-S-H moins compacts et résistants.
Au-delà du cas des chlorures, la durabilité des bétons en milieu marin.
Transformation des C-S-H de la pâte de ciment en M-S-H au contact du magnésium présent dans l’eau de mer
La durabilité des bétons en milieu marin est optimisée par le concours de trois paramètres :
– une compacité qui réduit la perméabilité et la diffusivité
– une teneur limité en C3A précisée par la norme NF P 15-317 qui spécifie les caractéristiques des ciments pour les travaux à la mer
– des ajouts d’additions minérales permettant de réduire la teneur potentielle en Ca(OH)2 (Portlandite) : cendres volantes, pouzzolanes, laitier de haut fourneau
Un exemple de résistance améliorée du béton aux ions chlorure : choix d’un BFUHP pour la rénovation de la piscine d’Amiens.
Des poteaux métalliques porteurs de la verrière de la piscine, extrêmement corrodés devaient être réhabilités.
Une solution béton a été privilégiée : il a été retenu d’employer le Ductal® à fibres métalliques, un béton fibré à ultra-hautes performances, au sein duquel la migration des ions chlore est 1000 fois plus lente qu’au sein d’un béton classique.
Cette résistance des BFUHP à la migration ionique leur vient de leur caractère compact et fermé, leur structure poreuse étant caractérisée par une absence de porosité capillaire et une porosité à petite échelle non interconnectée.
A la piscine d’Amiens, les platines d’embase de ces poteaux, après avoir été nettoyées ont été noyées dans un coffrage en BFUHP.
Une âme en BFUHP a également été coulée dans les membrures principales de chacun des poteaux de façade, eux aussi corrodés, ceci à partir d’un regard pratiqué dans le haut de chacun d’eux. La fluidité et la durabilité de ce BFUHP ont été les paramètres clé du choix de cette rénovation en milieu chimiquement très agressif.