Le béton résistant au gel

Le béton résistant au gel

 

Les bétons sont sensibles aux cycles de gel-dégel.

Comment le béton est il dégradé par le gel ? Quelles sont les précautions à prendre pour éviter que le béton ne gèle ? Voici les réponses.

La dégradation du béton par le gel

Comme tout matériau contenant de l’eau, le béton durci peut être dégradé par le gel car il contient une certaine proportion d’eau libre dans sa porosité interne.

Lorsque la température du béton descend en dessous de 0°C, cette eau, contenue dans les pores les plus grands, peut geler avec une augmentation de volume (9%) et mettre en pression le béton d’où risque de rupture.

Qui n’a jamais pas fait l’expérience de mettre une bouteille d’eau dans le congélateur et la retrouver fissurée voir éclatée le lendemain ? Le même phénomène peut apparaître pour les bétons sous la forme de fissures.

Ce phénomène est aggravé lorsque le béton est exposé à de l’humidité importante. De l’eau peut alors pénétrer dans les vides et les fissures du béton.

Il est également accentué par la présence de sels de déverglaçage à la surface de l’ouvrage, qui entraînent un choc thermique dans le béton, par chute de la température du béton superficiel et diffusion des sels dans le béton.

Les deux conséquences sont :

  • La microfissuration de la pâte de ciment dans la masse du béton.
  • L’écaillage du béton en surface (délitage). Cela se traduit par des décollements de petits éléments superficiels comme des écailles de poisson d’où le nom d’écaillage donné à ce phénomène.

 

Ce phénomène de dégradation du béton est accentué si le nombre de cycles de gel-dégel augmente et si la chute de température est brutale.

 

fissuration du béton sous l'action du gel

Fissuration du béton sous l’action du gel. 1/Eau interne à l’état liquide. 2/ Mise en pression du béton par le gel de l’eau = écaillage.

Des parties ouvrages plus sensibles que d’autres

Ainsi, les structures en béton les plus sensibles sont celles qui sont soumises aux cycles de gel/dégel, et donc en contact avec l’extérieur.

Le risque augmente lorsque la structure est exposée à des stagnations d’eau comme les trottoirs, les dalles en béton et les tabliers de pont, les bordures de fenêtre, les balcons et les escaliers.

gel du béton avec sels de déverglaçagePont dégradé par l’action du gel et des sels de déverglaçage (beton gel).

 

Il est donc impératif de concevoir ces éléments en minimisant ces stagnations et en favorisant l’écoulement de l’eau.

Sur une même structure, les conditions d’expositions ne sont pas identiques. Il est nécessaire de choisir le bon béton en fonction de son type d’exposition et de chaque particularité de l’élément de structure.

gel d'un trottoir en bétonTrottoir dégradé par les cycles de gel/dégel avec présence d’écaillage en surface.

Des agressions prises en compte dans des classes d’exposition

La norme béton NF EN 206/CN  prend en compte les environnements agressifs auxquels le béton peut être confronté pendant sa durée de vie en spécifiant différentes classes d’exposition  pour le béton.

Ces classes d’exposition définissent les différents environnements auxquels le béton pourra être soumis et les traduit en termes de choix de type de ciment et d’addition, de dosage minimal en ciment, de résistance minimale du béton, de quantité d’eau maximale autorisée dans le béton.

En ce qui concerne le gel et le sel, la France est découpée en zones qui présentent les mêmes niveaux de gel et les mêmes niveaux d’exposition aux sels de déverglaçages. C’est sur la base de ces deux cartes que la classe d’exposition du béton doit être spécifiée.

carte des zones de gel en FranceCarte des zones de gel en France.

 

carte des zones de salage en FranceCarte des zones de salage en France.

 

Cela se traduit au sein de la norme NF EN 206/CN par quatre classes d’exposition. En fonction de la zone où se situe l’ouvrage, il est alors exigé d’utiliser l’une de ces classes :
XF1 : gel faible ou modéré, sans salage ou salage peu fréquent
XF2 : gel faible ou modéré, salage fréquent ou très fréquent
XF3 : gel sévère, sans salage ou salage peu fréquent
XF4 : gel sévère, salage fréquent ou très fréquent

 

Gel    \   SalageAucun salageSalage peu fréquentSalage fréquentSalage très fréquent
 Gel faible ou modéréXF1XF1XF2XF2
 Gel sévèreXF3XF3XF4XF4

Tableau : classes d’exposition en fonction de l’intensité du gel et de la fréquence de salage.

Comment prévenir les dégradations

Précautions concernant le choix du béton

Pour que votre ouvrage soit résistant au gel, il est recommandé d’utiliser un béton conforme à la norme NF EN 206/CN, et de choisir une classe d’exposition adaptée par rapport à l’intensité du gel et du salage auxquels seront soumis votre ouvrage.

En effet, pour que le béton soit durable, la norme NF EN 206/CN impose selon la classe d’exposition choisie :

  • Une quantité d’eau maximale.
  • Une classe de résistance minimale.
  • Un dosage en ciment minimal.
  • Un type de ciment spécifique.
  • L’utilisation de granulats (sable et gravillons) non gélif pour les classes d’exposition XF3 et XF4.
  • Une teneur en air minimale dans le béton de 4% (cas des classes d’exposition XF2, XF3 et XF4).

 

Classe d’expositionXF1XF2XF3XF4
Classe de résistance minimaleC25/30C25/30C30/37C30/37
Teneur minimal en liant équivalent en kg/m3 (Dmax = 20mm)280300315340
Rapport maximal Eau efficace / Liant équivalent0,600,550,550,45
Teneur minimale en air4%4%4%
Type de cimentCiment SR ou PM ou ES
GranulatsNon gélifsNon gélifs

Tableau : Valeurs limites pour la composition du béton en fonction de la classe d’exposition (extrait de la norme NF EN 206/CN).

 

L’obtention d’une quantité d’air occlus minimale de 4% nécessite l’utilisation d’un adjuvant entraîneur d’air (à ne pas confondre avec les accélérateurs de prise, qui sont des adjuvants antigel beton utilisés pour le bétonnage par temps froid).

L’entraîneur d’air est introduit lors de la fabrication du béton sur la centrale. Il permet de créer un réseau de micro bulles d’air bien réparties et suffisamment rapprochées dans la masse de béton, dit entraîné. Ce réseau de bulles joue le rôle de vase d’expansion de la pression produite lors du gel de l’eau. Il évite ainsi la dégradation du béton par le gel.

 

Précautions pour la réalisation de l’ouvrage

Choisir le bon béton ne suffit pas pour se prémunir vis-à-vis du gel.

Ainsi, il convient également :

  • De respecter les enrobages des armatures lors de la mise en place du béton.
  • De curer efficacement le béton frais après sa mise en œuvre , à l’aide d’un produit de cure par exemple.
  • Si possible, de concevoir l’ouvrage en éloignant les eaux, pour ne pas saturer le béton en eau (prévoir des formes de pente de 2% minimum).
  • De ne pas exposer le béton jeune à des températures négatives tant qu’il n’a pas atteint une résistance d’au moins 5 MPa. Eviter le bétonnage par temps froid.
  • De ne pas appliquer de sels de déverglaçage tant que le béton n’a pas atteint une résistance suffisante (attendre 28 jours de durcissement du béton).