Protéger les bétons contre la corrosion liée aux sulfates

La corrosion désigne le phénomène de dégradation de l’état d’un matériau, notamment par une pollution environnementale chimique et/ou biologique.

Dans le cadre de la prévention de la corrosion de bétons par exposition aux sulfates, quatre solutions principales existent :

• L’application d’un revêtement protecteur sur les parties à protéger,
• L’utilisation de produits d’imprégnation,
• Modifier la composition du béton,
• Augmenter l’épaisseur de béton.

Description du phénomène

La corrosion désigne le phénomène de dégradation de l’état d’un matériau, notamment par une pollution environnementale chimique et/ou biologique. Dans le cas des bétons, la corrosion désigne la dégradation du béton mais elle peut aussi désigner celle des matériaux intégrés au béton lorsqu’il est armé ou fibré (notamment par des fibres métalliques).

La corrosion des bétons est la conséquence de nombreux mécanismes parmi lesquels notamment :

• L’hydrolyse du liant du ciment durci,
• La corrosion chimique, résultat de réaction entre le calcium de la chaux et des ions dans des solutions agressives,
• Des réactions d’expansions, résultats de réactions chimiques ou de cristallisation de sels.

Elle peut être divisée entre trois catégories :

• Les attaques externes sur le béton seul,
• Les attaques internes sur le béton seul,
• Les attaques externes sur les armatures / fibres.

Ces différents types de corrosion sont résumés dans la figure ci-dessous :

La norme NF EN 206+A1 (remplaçant la norme NF EN 206-1) définit des classes d'agressivité de solutions et de sols vis-à-vis des bétons classiques. Selon le type d’exposition, les classes d’exposition diffèrent selon qu’il s’agisse :

• D’expositions courantes :
  • X0 : Pas d’agression,
  • XC : Agression par Carbonatation,
  • XF : Agression par le Froid,
• D’expositions particulières :
  • XS : Agression par des Sels marins,
  • XD : Agression par des sels Divers,
  • XA : Agression par des Attaques chimiques (Type d'agression qui concerne plus particulièrement le domaine des Sites et Sols Pollués). 

Certains sols contenant du gypse ou de la pyrite sont susceptibles de relarguer des ions SO₄^2- par dissolution dans l’eau les traversant. Les ions sulfates contenus dans l’eau de mer ou dans des eaux chargées en sulfates (par dissolution du gypse contenu dans les sols ou suite à une pollution des eaux souterraines par des sulfates) peuvent provoquer le gonflement du béton puis la fissuration et l'éclatement superficiel du béton, en raison de la formation de gypse (CaSO₄.2H₂O) puis d’ettringite (3CaO.Al₂O₃.3CaOSO₃.32H₂O). 

Les ions sulfates réagissent avec le ciment (portlandite) pour former un gypse secondaire et des hydroxydes alcalins selon les réactions :

K₂SO₄ + 2 H₂O+ Ca(OH)₂ → CaSO₄.2H₂O + 2 KOH
Na₂SO₄ + 2 H₂O+ Ca(OH)₂ → CaSO₄.2H₂O + 2 NaOH

Ce gypse secondaire peut ensuite réagir avec les aluminates (CaO.Al₂O₃.6H₂O) présents dans la pâte de ciment pour former l’ettringite :

3 CaSO₄.2H₂O + 3 CaO.Al₂O₃.6H₂O + 20 H₂O → 3CaO.Al₂O₃.3CaOSO₃.32H₂O

En cas de présence de carbonates, de la thaumasite (CaSiO₃.CaCO₃.CaSO₄.15H₂O) peut également être formée:

CaSO₄.2H₂O + CaCO₃ + CaSiO₃.nH₂O + 12 H₂O → CaSiO₃.CaCO₃.CaSO₄.15H₂O

Le tableau ci-dessous est issu de la norme classant l’agressivité des sols (agressivité chimique) en contact avec le béton selon les concentrations en sulfates présentes dans les sols et les eaux.

Solutions envisageables

Il est rarement possible de supprimer la source d’ions sulfates (naturellement présents dans les sols, les eaux ou l’atmosphère).

a. L’application d’un revêtement protecteur sur les parties à protéger

• Soit un film mince de type peinture,
• Soit un revêtement semi-épais à comportement élastoplastique. Ce comportement permet au revêtement de revenir à son état initial tant que l’étirement subi ne dépasse une valeur maximale d’étirement (comportement élastique). Si l’étirement augmente et dépasse cette valeur, la déformation est irréversible et le matériau ne pourra plus revenir à son état initial (comportement plastique),
• Soit un revêtement ou équipement (par exemple pieux tubés) épais (plastique ou métallique. Dans ce dernier cas, l’épaisseur pourra être calculée en fonction de la durée de vie recherchée et de la vitesse de corrosion du métal).

b. L’utilisation de produits d’imprégnation.

• Soit de produits hydrophobes. Cela consiste à introduire dans les pores du béton, un produit qui empêche l’adsorption et la pénétration de l’eau par capillarité,
• Soit de minéralisateurs obturateurs de capillaires. Ils sont mélangés au béton à l’état liquide et vont diminuer la taille des pores du ciment durci,
• Soit d’inhibiteurs de corrosion. Introduits par imprégnation du béton durci, les inhibiteurs de corrosion ralentissent la vitesse de corrosion des armatures,
• Soit d’adjuvants limitant le craquage du béton.

En complément des solutions présentées dans le paragraphe précédent, il peut être envisagé les solutions suivantes :

c. Modifier le béton

Des ciments spéciaux, plus résistants aux sulfates, peuvent être utilisés en remplaçant une partie du ciment par des cendres ou des poudres de résidus de combustion.

d. Augmenter l’épaisseur de béton

Il peut également être envisagé de créer une couche de béton sacrificielle à l’extérieur de la paroi. L’épaisseur de cette couche devra être suffisante pour assurer une protection tout au long de la vie du bâtiment.

Produits d’imprégnation : Contrôler la composition du béton au moment de la fabrication.

Revêtements :

Contrôler :

• l'état et l'étanchéité du revêtement lors de l'application,
• l'état et l'étanchéité du revêtement, s'il est accessible, selon les préconisations du fabricant, de l'installateur ou d'une société compétente,
• la composition et l'épaisseur du béton au moment de la fabrication et de la mise en place,
• l'état et l'épaisseur de la couche de béton, s'il est accessible, selon les préconisations du fabricant, de l'installateur ou d'une société compétente.

Faire appel à une société spécialisée.

Bibliographie

BRGM (Août 2014) 
Guide relatif aux mesures constructives utilisables dans le domaine des SSP
Leprond H., Lion F., Colombano S. avec la collaboration de Windholtz J.(2014)
Rapport final BRGM/RP-63675-FR,172p., 26 fig., 19 tabl., 5 ann.
http://ssp-infoterre.brgm.fr/guide-relatif-aux-mesures-constructives
http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-63675-FR.pdf

NF EN 206+A1 (Novembre 2016)
Béton - Spécification, performances, production et conformité
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-206a1/beton-specification-performances-production-et-conformite/article/918602/fa188531