Mécanismes d'altérations des matériaux cimentaires soumis aux milieux fortement agressifs

II -1-4) Mécanismes d'attaques:

Le schéma suivant résume les différentes étapes de l'attaque sulfatique.

Figure II -4 : L'attaque par les sulfates. [29]

Les sulfates peuvent détériorer le béton selon deux mécanismes physico-chimiques :

- Expansion ;

- Perte des propriétés liantes des C-S-H.

Les aluminates et la portlandite sont les deux produits les plus sensibles à l'attaque par les sulfates.

II -1-5) Processus d'attaque par les sulfates internes :

La dégradation des bétons par les sulfates est due principalement à des phénomènes d'expansion en relation avec la cristallisation d'ettringite, dite ettringite secondaire. La formation de cette ettringite expansive est à distinguer de l'ettringite primaire, obtenue au premier stade de l'hydratation des ciments portland par réaction du gypse, car cette ettringite primaire n'est jamais expansive. Schématiquement, la formation de l'ettringite est résumée ci-après :

Figure II -5 : La formation de l'ettringite secondaire.

A- Formation de gypse dit secondaire par opposition au gypse primaire ajouté au ciment comme régulateur de prise, la formation du gypse secondaire résulte d'une réaction de substitution entre la portlondite et le sulfate de sodium.

B- Réaction entre le gypse secondaire et les aluminates de calcium du ciment forment l'ettringite, plusieurs scénarios sont envisageables :

· Soit à partir de reliquats de C₃A anhydre :

· C₃A+3CaSO₄ .2H₂O + 24-26H₂O. ? C₃A CaSO₄.H_30-32.

· Soit à partir de l'aluminate tetracalcique hydraté C₃AH₁₃ ou du monosulfoaluminate de calcium C₃ASO₄H₁₂.

L'action des sulfates peut aussi engendrer une perte de résistance et une perte de masse du béton de surface. Ces effets sont dus à l'altération des propriétés liantes de certains hydrates.

a) E/C=0.5 b) E/C=0.39

Figure II -6 : Eprouvette de béton dégradée après 5ans

de contact avec des sols riches en sulfates.

II -1-6) Processus d'attaque par les sulfates externes :

Au travers du développement qui suit, ce type de dégradation sera abordée autant par son aspect phénoménologique que par les conséquences et les moyens de s'en prémunir en agissant sur des paramètres de formulation.

Les études en laboratoire ont conduit à mieux définir les différentes étapes du processus qui entraîne la dégradation du béton :

· Mise en contact de la surface du béton avec la solution agressive.

· Pénétration des anions SO₄, par diffusion limitée à une zone superficielle.

· Pénétration du cation associé et réaction de substitution : cation (Mg⁺², Na⁺², NH₄...), Ca⁺² et formation de gypse en solution ou cristallisé, suivant les concentrations en SO₄ et en Ca (OH)₂.

· Réaction ponctuelle des ions sulfates avec les aluminates anhydres (C₃A) ou hydraté (C₄AHx et C₃ACASO₄H ₁₂).

· Fissuration par effet de coin due aux pressions de cristallisation de l'ettringite.

· Accentuation de la pénétration des sulfates à la faveur des fissures.

· Progression de l'attaque suivant un front de dégradation, dont l'épaisseur a tendance à s'élargir au cours du temps.

· Destruction plus au moins complète du béton. [2]

Exemples de l'attaque par les sulfates :

Le cas de sulfate de sodium (Na₂SO₄) :

A- Formation de gypse secondaire :

Ca (OH) ₂ + Na₂SO₄+ 2H₂O ? CaSO₄.2H2O + 2NaOH

NaOH : alcalinité élevée ? Stabilisation des C-S-H

CaSO₄.2H₂O : produit expansif mais qui se forme uniquement dans les espaces internes de la pate de ciment hydraté (pas ou peu d'expansion).