Contribution des ciments à la durabilité des bétons

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Les attaques chimiques auxquelles est soumis le béton

Agressivité des eaux naturelles

L'agression du béton par les eaux naturelles provient principalement de la lixiviation des ions CA²⁺ de la portlandite et des silicates de calcium hydratés. Cette lixiviation graduelle s'accompagne ensuite, de la dissolution des phases AFm et AFt. Elle conduit à un accroissement de la porosité du béton et à un affaiblissement de ses qualités mécaniques.

Sous l'angle du ciment, les paramètres de résistance du béton à cette agression sont :

	la compacité qui réduit la perméabilité et la diffusivité des échanges ioniques
	l'incorparation au ciment d'additions minérales : laitiers, cendres, fumées de silices, pouzzolanes, qui abaissent la teneur en chaux dont l'hydratation libère peu de portlandite sujette à dissolution.

Attaque sulfatique

Cette attaque se caractérise par deux processus liés :

la lixiviation de la portlandite et du CSH
et
la précipitation des sels dissouts pouvant provoquer une expansion : gypse et ettringite

Sous l'angle du ciment, les paramètres de résistance du béton à cette agression sont :

	la compacité qui réduit la perméabilité et la diffusivité des échanges ioniques
	l'incorparation au ciment d'additions minérales :laitiers, cendres, fumées de silices, pouzzolanes qui abaissent la teneur en chaux, contribuent à l'amélioration de la compacité du béton et réduisent les risques de sensibilité à l'attaque sulfatique.

Ambiance marine et action des chlorures

L'eau de mer est un milieu modérément agressif chimiquement. Les zones de marnages et d'aspertion, cependant, soumises aux cycles d'humidification/séchages, sont, du fait de la multiplicité des ions présents, le théâtre de mécanismes d'attaque complexes.
On retiendra la dissolution de la portlandite et du CSH, la précipitation de la brucite, la formation d'ettringite expansive, la formation de thaumasite, le tout impliquant une dégradation rapide du béton, par éclatement, fissuration, perméabilité et diffusivité croissantes, agression mécanique (action des vagues) et corrosion des armatures.

Sous l'angle du ciment, les paramètres de résistance du béton à cette agression sont :

	la compacité qui réduit la perméabilité et la diffusivité des ions chlore
	la limitation de la teneur en C3A, SO2 et C3S que permettent les ciments composés de cendres volantes, de fumées de silice, de pouzzolanes ou de laitier granulé de haut fourneau.

Approche normative

La norme NF EN 206-1 précise que la composition du béton et ses constituants, dont le ciment, doivent satisfaire aux exigences spécifiées par la classe d'exposition dans laquelle entre le béton frais et durci.

Pour le choix du ciment, la norme renvoie au fascicule de documentation FD P18-011. Ce document définit les environnements agressifs les plus courants vis-à-vis des bétons armés et précontraints et donne des recommandations pour la confection des bétons résistants aux environnements agressifs en précisant les types de ciments convenables.

Les ciments sont répartis en 5 classes en fonction des proportions de leurs constituants :

	CEM I	contient au moins 95% de clinker
	CEM II	contient de 65%  à 94% de clinker et de 6 à 35 % d’autres constituants (fumée de silice, pouzzolane, cendres volantes, schiste calciné, calcaire)
	CEM III	contient de 36 à 95% de laitier et de 5 à 64% de clinker
	CEM IV	contient 11 à 55% de matériaux pouzzolaniques (D, P, Q,V, W)et de 64 à 89 % de clinker
	CEM V	contient de 20 à 64% de clinker, de 18 à 50% de laitier et de 18 à 50% de cendres volantes siliceuse et/ou de pouzzolanes

Le choix du ciment en fonction de l'environnement chimiquement agressif vise à éviter deux dangers :

	la dissolution des phases solubles (les pouzzolanes remplacent la portlandite, fortement soluble, par des silicates et aluminates de calcium hydratés)
	la formation de phases pathologiques : la limitation de la teneur en C3A du clinker évite la formation retardée d'ettringite en présence de sulfates.

Dans le cas de la résistance au gel du béton, un dosage minimum en ciment est nécessaire ; elle permet une augmentation de la résistance à la compression et de la compacité du béton qui minimisent sa perméabilité.

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