Réaction Alcali-Silice (R.A.S.) une maladie exotique?

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1 Réaction Alcali-Silice (R.A.S.) une maladie exotique?

2 1. À propos de la R.A.S. La R.A.S. est une réaction expensive entre les alcalis du béton, de l’eau et de la silice réactive (minérale) qui se trouve dans les aggrégats. C’est pourquoi, conformément à la NBN EN197-1 et au PTV 603, la proportion des alcalis (sodium et potassium) est limitée dans les nouvelles constructions.. N.B.: pour les ciments spécifiques, cfr NBN B12-108, 109 en 110. Réaction chimique qui se produit: Etape 1: réaction des alcalis avec l’eau, création d’hydroxydes alcalins NaO 2 + H 2 O → 2 NaOH Etape 2: la silice réactive réagit avec les hydroxides alcalins pour produire des alcalin-silicate hydratés SiO 2.2H2O + 2NaOH -> Na2SiO 3 (n+1)H 2 O Les alcalin-silicates ont besoin de beaucoup d’eau pour se lier. Cette réaction se déroulle très lentement, c’est pourquoi les dégats n’apparaissent qu’après quelques années.

3 Exemple de R.A.S.

4 2. Comment repérer les R.A.S.? Caratéristiques visuelles des R.A.S.: Apparence craquelée/fissurée. Expansion et déformation du béton (réaction expansive des granulats). Détachement de plaques alcali-silice (avec coulées blanchâtres), phénomène différent de la lixiviation de la chaux. Expulsion (explosion) de morceaux de béton. Présence d’eau. Si vous êtes certains que le béton est à base de ciment de haut-fourneau, la R.A.S. est presque exclue. A contrôler de préférence quand même…

5 Exemples de R.A.S.

6 Exemples de R.A.S.

7 La R.A.S. peut être déterminée avec certitude seulement à l’aide des essais petrographiques. Exemples d’analyses microscopiques de R.A.S.:

8 Caractéristiques du béton en question Le granulat grossier est un mélange de silex, porphyre et grès en proportions équivalentes. Le granulat fin est composé essentiellement de quartz, avec des quantités mineures de feldspaths, glauconite et fragments de grès. Le ciment utilisé est un ciment portland. Le silex dans le granulat grossier est partiellement poreux et contient parfois des particules de calcédoine. Tant le silex poreux que la calcédoine sont sensibles aux réactions alcali-silice. Le grès contient parfois des quantités mineures de silex ou de calcédoine, ce qui le rend également sensible à la réaction alcali-silice. Le porphyre peut contenir une fine matrice vitreuse, et pour cette raison est qualifié comme sensible aux R.A.S.. Le ciment Portland facilite plus les réactions alcali-silice que le ciment de haut-fourneau. Réactions expansives Des R.A.S. ont été constatées dans les échantillons prélevés. Elles sont la cause d’une fissuration intense du béton.

9 Dans la plupart des cas, les réactions ont leur origine dans des silex poreux ou non-poreux. Il est arrivé dans un cas, que l’origine de la réaction se trouve dans du grès. Des R.A.S. ne sont pas constatées dans du porphyre. Des cristaux d’éttringite poussent en grand nombre dans les fissures créées causées par la R.A.S.. L‘éttringite est souvent massive et remplit presque complètement les fissures. Des dégâts expansifs complémentaires causés par la croissance d’éttringite ne peuvent pas être exclus.

10 Evolution La réaction alcali-silice a très affecté le silex en question. Cette réaction n‘est pas récente: des cristaux de calcite poussent dans une partie des fissures. Cette croissance de calcite implique une libre circulation d’eau dans les fissures. Par conséquent, de l'eau (et éventuellement des alcalis) a accès aux silex plus profonds dans le béton. Il est également possible que la réaction n’ait pas encore épuisé toutes les silices présents dans le silex attaqué, et que cette réaction puisse encore continuer. La pression interne créée par ces futures réactions peut être évacuée parce qu’il existe déjà des canaux vers la surface. La formation d‘éttringite peut continuer et causer des dégâts expansifs supplémentaires dans le futur.

11 3. Réaction similaire: réaction par les Sulfates L’ éttringite ne peut être déterminée avec certitude qu’avec un examen pétrographique. La réaction est habituellement causée par la formation d’éttringite expansive. Le responsable de cette réaction est l’aluminate tricalcique (C 3 A) du clinker qu’on retrouve dans le ciment Portland. Le C 3 A réagit brutalement avec l'eau. Par conséquent, afin de ralentir la prise du ciment lors de la fabrication du béton des additifs régulateurs sont utilisés, soit gypse ou soit anhydrite. Le C 3 A réagit avec l'eau et le gypse/anhydrite pour former des aiguilles d‘éttringite, ce qui est à l’origine du début du raidissement de la pâte de ciment. Cela ne provoque pas de gonflement car cela se produit avant le durcissement du béton. La formation d’éttringite primaire n’est donc pas un phénomène problématique Les problèmes surviennent généralement après des années, il y a lieu alors de différencier les attaques dues aux sulfates externe et interne.

12 Les sollicitations extérieures se caractérisent par: Fissures causées par la formation d’éttringites. Perte de résistance due à la formation de gypse, de thaumasite à basse température (<5 ° C) et de silice hydratée par les sulfates de l'eau de mer ou équivalent. Conditions préalables à l'attaque des sulfates externes: * Haute perméabilité du béton. * Environnement avec beaucoup de sulfates. * Présence d'eau. Les sollicitations intérieures se caractérisent par: Le ciment utilisé; le CEM I est généralement sensible aux attaques des sulfates. La sensibilité diminue en fct° de la teneur en C 3 A. Si <3% : considéré comme résistants aux sulfates. L’application d’un processus de durcissement accélérant  chaleur d'hydratation élevée (pour un béton frais, la température peut monter au-dessus de 70 °C). Microfissuration du béton. Libération retardée de sulfates. Présence d'eau.

13 4. Comment réparer? Identifier la zone affectée par la R.A.S. Etude ou analyse afin de déterminer dans quelle mesure le secteur non touché risque de l’être dans le temps (pas de contact avec l'eau, pas de R.A.S.) Démolition des zones touchées au moyen de techniques de démolition appropriés ou une combinaison d'entre eux afin d'éviter les microfissures (par exemple: marteau-piqueur + eau à haute pression). Contrôle de la dégradation par un examen pétrographique! Les tests d'adhérence peuvent souvent donner des résultats erronés. Restauration adaptée à l'aide de béton et/ou mortier de réparation approprié conformément à la norme EN1504/3, et par du personnel certifié selon EN1504/10. Assurer une barrière durable contre la pénétration d'eau de telle sorte que la réaction ne puisse plus se produire.

14 5. Pourquoi pas de traitement électro-chimique (en général)? Danger d'ions hydroxydes autour des armatures. Nécessité de plus de recherches préalables selon la norme EN 1504/9. - Détermination de la résistivité électrique. - Détermination du front de carbonatation. - Enrobage du béton suffisant? -......... Augmentation potentielle de l'alcalinité du béton à l’intérieur du massif. Grandes densités de courant peuvent entraîner une augmentation de température des aciers, avec comme conséquence des détachements acier/béton.

15 6. Références Handboek voor oriënterende inspectie ASR http://www.rijkswaterstaat.nl/kenniscentrum/efficient_onderhoud/alkali_silicareactie_in_beton/index.aspx Febelcem www.febelcem.be Vereniging van gecertificeerde betonreparatiebedrijven www.vbr.nl/nl/techniekdetail/vormen-van-betonschade FEREB www.fereb.be CRIC http://www.cric.be/default/fr-be/research/researchbibliography/researchbibliographyevalutionmethod.aspx NIT 231 CSTC www.cstc.be LERM http://doc.lerm.fr/lerm/recherche_dvpt/publications/Ettringite.pdf