Carbonatation (béton)

Corrosion des armatures avec écaillage du béton dû à la carbonatation et à une mauvaise couverture de béton

Dommages sous un pont sur l'autoroute A 661

Dans l'industrie du bâtiment, la carbonatation (parfois aussi la carbonatation ) est une réaction chimique qui a lieu dans chaque béton en présence de dioxyde de carbone et d'humidité.

Ce processus n'endommage pas directement le béton. La formation de calcaire lors de la carbonatation augmente même la résistance , ce qui en principe doit être évalué positivement. Dans le cas du béton armé , cependant, la perte de l'environnement alcalin ( dépassivation ) provoquée par le procédé permet la corrosion des armatures, qui peut endommager gravement le composant.

Réaction chimique dans le béton

La carbonatation est la conversion chimique des composants alcalins de la pierre de ciment par le CO ₂ en carbonate de calcium.

Réaction de carbonatation de la pâte de ciment :

${\ displaystyle \ mathrm {Ca (OH) _ {2} + CO_ {2} \ \ rightarrow \ CaCO_ {3} + H_ {2} O}}$

L'hydroxyde de calcium du béton ( portlandite ) et le dioxyde de carbone de l'air réagissent pour former du calcaire et de l'eau

Les réactions partielles suivantes ont lieu :

Dissoudre la portlandite cristalline

${\ displaystyle \ mathrm {Ca (OH) _ {2} \ \ rightarrow \ Ca ^ {2 +} + 2OH ^ {-}}}$

Dissoudre le CO ₂ dans l'eau interstitielle alcaline

${\ displaystyle \ mathrm {CO_ {2} + H_ {2} O \ \ rightarrow \ H_ {2} CO_ {3}}}$

Neutralisation de Ca (OH) ₂ par H ₂ CO ₃

${\ displaystyle \ mathrm {Ca (OH) _ {2} + H_ {2} CO_ {3} \ \ rightarrow \ CaCO_ {3} +2 \, H_ {2} O}}$

La valeur du pH de la pierre de ciment passe d'une moyenne de 12,5 à moins de 10 et la structure des pores de la pierre de ciment change.

La vitesse de carbonatation de la surface du béton dans le béton dépend de divers facteurs :

• Teneur en humidité - Un maximum du taux de carbonatation se produit à 50 % à 70 % d'humidité du béton. C'est pourquoi les bétons secs carbonatent plus lentement à l'intérieur ou dans des emplacements d'installation protégés contre les intempéries que les bétons exposés aux intempéries.
• valeur w / c et la résistance à la compression du béton.
• Porosité du béton - En raison de la plus grande surface, les bétons poreux carbonatent plus rapidement que les bétons denses.
• Âge du béton - le taux de carbonatation diminue avec l'âge du béton selon la loi du temps racinaire . Sur la base de cette relation, des déclarations peuvent être faites sur les progrès de la carbonatation.

En fonction de ces facteurs, la carbonatation peut s'arrêter à une certaine profondeur.

Cassure du béton avec carbonatation jusque derrière la couche supérieure d'armature, vérification avec une solution de phénolphtaléine

La progression de la carbonatation (profondeur de carbonatation) est visible sur les points de rupture de béton frais ou les carottes de forage par pulvérisation d'une solution éthanolique de phénolphtaléine à 1 % . À des valeurs de pH comprises entre 8,2 et 9,8, la couleur passe de l'incolore (neutre) au violet (alcalin).

Dommages au béton armé

Dommages à un plafond en béton armé

La carbonatation est désavantageuse pour l' acier d'armature (près de la surface) . Si le pH du béton est supérieur à 10, une couche de passivation se forme à la surface de l' acier d'armature noyé dans le béton , qui protège en permanence l'acier contre la corrosion des armatures . Si la valeur du pH dans le béton baisse , la couche d'oxyde autour de l'acier d'armature est dissoute ( dépassivation ). En conséquence, la surface de l'acier est prête à se corroder et commence lorsque des paramètres défavorables sont présents, par ex. B. suffisamment d'humidité pour se corroder. Étant donné que ce processus est associé à une augmentation de volume (environ facteur 2,5), des contraintes de traction apparaissent dans la structure en béton à proximité de l'acier d'armature. S'ils dépassent la résistance intrinsèque du béton, ils provoquent des fissures dans la structure en béton, et plus tard la couverture de béton s'écaillera. L'érosion de la zone de béton proche de la surface provoque d'une part la perte de la liaison entre l'armature et le béton et d'autre part la pénétration de fluides corrosifs est encore favorisée. En conséquence, des dommages structurels se produisent généralement sur la structure en béton armé.

La durée de vie du béton armé est ainsi déterminée par deux facteurs : D'une part, c'est la phase initiale, c'est-à-dire la période pendant laquelle la carbonatation atteint la couche d'armature. Par contre, c'est la phase de destruction, ici le renfort se corrode. Des modèles reconnus sont disponibles pour le calcul de la phase d'introduction. La brochure 510 du Comité allemand du béton armé (DAfStb) fournit un modèle probabiliste. L'état actuel des connaissances (juillet 2006) ne fournit guère de modèles reconnus pour la phase de destruction.

Facteurs d'influence accélérateurs : teneur élevée en CO ₂ dans l'air, températures élevées, humidité relativement élevée, porosité élevée du béton

Facteurs d'influence du ralentissement : Augmentation de la teneur en ciment et de la qualité du ciment, méthodes de post-traitement longues et humides, bon compactage du béton

Voir également

• Dommages aux structures en béton
• Réparation de béton

Littérature

• Christoph Gehlen : Évaluation probabiliste de la durée de vie des structures en béton armé . Ed. : DAfStb (=  DAfStb-Heft . Volume 510 ). Beuth, 2000, ISBN 3-410-65710-X . 

liens web

• Corrosion du béton (Anglais)