Les réactions chimiques dans le béton sont un aspect fondamental de la construction durable. Ces réactions, telles que l’hydratation du ciment et l’alcalinité du béton, influencent directement sa résistance, sa durabilité et sa performance à long terme. Dans cet article, nous explorerons les principaux types de réactions chimiques qui se produisent dans le béton et leurs impacts sur les projets de construction.
Voici un examen détaillé de ces phénomènes, avec un accent sur les ions impliqués et les mesures de prévention.
Les types de réactions chimiques dans le béton
1. Réaction Alcali-Granulat (RAG)
- Mécanisme : La RAG est une réaction entre les ions alcalins (Na+, K+) présents dans le ciment et les composants réactifs des granulats, comme les phases cristallines contenant des ions silicates (SiO2). La réaction produit un gel de silicate alcalin expansif, qui, en présence d’eau, absorbe de l’humidité et gonfle, entraînant des fissures dans le béton.
- Risques : Le gel expansif provoque des contraintes internes qui peuvent mener à des fissurations en réseau et un affaiblissement général de la structure. Les fissurations peuvent également permettre à d’autres agents agressifs (eau, chlorures) de pénétrer dans le béton, accélérant sa dégradation.
- Prévention : Les mesures préventives incluent l’usage de ciments pauvres en alcalins (Na2Oeq inférieur à 0,6 %), l’utilisation d’additions minérales (laitiers, cendres volantes), et le choix de granulats non réactifs. Limiter la teneur en eau du béton aide également à réduire la réactivité du gel de silicate alcalin.
2. Réaction Sulfatique Interne (RSI)
- Mécanisme : La RSI implique la formation différée de l’ettringite, un composé expansif formé à partir des ions sulfates (SO42−) et d’aluminate de calcium (C3A) dans la matrice cimentaire. Lors d’un échauffement excessif (plus de 70 °C) à un jeune âge, le béton retient des sulfates non combinés. Plus tard, en présence d’humidité, ces ions sulfates réagissent avec le (C3A) pour former de l’ettringite, qui se dilate et génère des fissurations internes.
- Risques : La formation d’ettringite expansive dans les ouvrages massifs, comme les ponts ou les structures sous contraintes thermiques, engendre des fissures internes susceptibles de compromettre la résistance et l’étanchéité de l’ouvrage. Ces dégradations apparaissent souvent après des années d’exposition à des conditions humides.
Prévention : Pour éviter ce phénomène, il est recommandé de limiter la température à un jeune âge, en maintenant la température du béton en dessous de 65°C grâce à des ciments à faible chaleur d’hydratation, à un refroidissement des granulats, ou à l’ajout de matériaux tels que les cendres volantes et le laitier. Il est aussi conseillé de limiter la teneur en alcalins et en sulfates dans le mélange.
3. Réaction Alcali-Silice (RAS)
- Mécanisme : Cette réaction concerne les ions alcalins (Na+, K+) du ciment qui réagissent avec la silice réactive (SiO2) présente dans certains granulats pour former un gel de silicate alcalin. Ce gel est hygroscopique et, lorsqu’il absorbe l’humidité, il gonfle, créant des fissures internes dans le béton.
- Risques : Les gonflements dus au gel de silicate alcalin provoquent des fissures et un faïençage en surface, affaiblissant la structure. Ce phénomène est aggravé dans les environnements humides, car l’eau favorise la croissance du gel et la progression des fissures.
- Prévention : Utiliser des ciments pauvres en alcalins et des additions minérales (comme les cendres volantes, le laitier de haut-fourneau, et la fumée de silice) réduit considérablement le risque de RAS. La sélection de granulats non réactifs et le contrôle de l’humidité durant la mise en œuvre sont également cruciaux
Approche Performancielle
Pour des ouvrages particulièrement sensibles aux réactions internes, une approche performancielle consiste à réaliser un essai accéléré d’expansion sur des éprouvettes de béton. Cette méthode permet de simuler les conditions thermiques et d’humidité futures pour mesurer l’allongement et prédire les risques de réactions indésirables. En France, le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), en collaboration avec l’Association Technique de l’Industrie des Liants Hydrauliques (ATILH) et le CERIB, développe des méthodes de tests accélérés pour mesurer les variations dimensionnelles des échantillons de béton dans des conditions de stress thermiques et chimiques.