Prise et durcissement du béton

Prise et durcissement du béton

Lorsque le béton est gâché dans la bétonnière ou dans le malaxeur de la centrale à béton, des réactions chimiques débutent dès que les grains de ciment entrent en contact avec l’eau. Dans un premier temps, ces réactions sont très lentes. Le béton reste alors frais et maniable ce qui lui permet d’être utilisable sur le chantier et remplir aisément les coffrages. Puis ces réactions chimiques, appelées réactions d’hydratation, vont s’accélérer et provoquer la perte de fluidité progressive du béton et ensuite la prise et le durcissement progressif du ciment. Elles vont se poursuivre sur le long terme (au-delà de 28 jours).

La prise et le durcissement du béton : les différentes phases

La prise et le durcissement du béton se fait en 3 étapes :

    1. Phase dormante : le béton frais conserve sa maniabilité et reste utilisable. L’hydratation des grains de ciment reste lente.
    2. Début et fin de prise : à la fin de la période dormante succède le phénomène de prise qui correspond à l’accélération des réactions chimiques d’hydratation du ciment. Ces réactions donnent naissance à des hydrates, qui sont des microcristaux ayant la forme de fibres, de plaquettes ou d’aiguilles. Des ponts d’hydrates commencent à relier les grains de ciment entre eux. Le début de prise s’observe généralement sur un béton classique après 2h et se traduit par une augmentation de la viscosité du béton.
      La fin de prise correspond au moment où la pâte cesse d’être déformable et devient un matériau rigide. Les grains de ciment sont tous solidarisés.
    3. Durcissement : La poursuite de l’hydratation se traduit par le durcissement. Résultat de la formation progressive de cristaux dont l’enchevêtrement et la croissance assurent la cohésion des différents grains du béton. La résistance mécanique continue à croître pendant très longtemps, même après 28j.

 

Quelle est ensuite la vitesse d’acquisition des résistances ?

Nous avons vu que la résistance du béton augmente avec l’hydratation du ciment. La montée en résistance du béton est donc progressive. La majeure partie de sa résistance est obtenue à 28 jours. C‘est pour cela que le béton est classé conventionnellement selon sa résistance en compression mesurée à 28 jours. Elle est exprimée en méga-pascals (MPa). Pour rappel, la norme NF EN 206/CN (anciennement normes NF EN 206-1 de 2004 et NF EN 206-1/CN de 2012) définie 16 classes de résistance normalisées allant de C8/10 à C100/115.

Le graphique suivant présente l’évolution typique de la résistance à la compression d’un béton traditionnel. On observe que 1/3 de la résistance à 28 jours est obtenue au bout de 2 jours ; les 2/3 de la résistance à 28j sont obtenus au bout de 7 jours. La montée en résistance se poursuit même au-delà des 28 jours conventionnels.

(*) valeurs indicatives, pour une formule de béton courante à base de ciment CEM II/A ou B, 32,5 ou 42,5 sans addition ou adjuvant modifiant la vitesse de durcissement, et pour une température moyenne de 20°C.

Les facteurs qui influencent la vitesse de durcissement

La résistance en compression du béton à un âge donné dépend de sa composition et des conditions de maturation.

Facteurs liés à la composition du béton

    • Qualité du béton : notamment sa classe de résistance à 28 jours et sa classe d’exposition.
    • Type de ciment : la classe de résistance à court terme impacte la montée en résistance du béton. Pour une montée en résistance plus rapide, privilégier un ciment de type « R » (exemple : CEM II/B-LL 32,5 R CE CP2 NF).
    • Dosage en ciment : plus le dosage en ciment est important, plus la montée en résistance sera rapide.
    • Quantité d’eau : au-delà du fait que la quantité d’eau a un impact très important sur la résistance à 28 jours du béton, plus la quantité d’eau de gâchage est importante, plus la montée en résistance sera lente.
    • Adjuvants plastifiant ou superplastifiant : leur utilisation permet de réduire la quantité d’eau de gâchage, ce qui augmente indirectement la vitesse de montée en résistance du béton.
    • Adjuvants accélérateurs de durcissement : ils permettent d’augmenter la vitesse de développement des résistances initiales du béton, avec ou sans modification du temps de prise. Ils sont surtout utilisés par temps froid pour pouvoir continuer de bétonner normalement.
    • Adjuvants accélérateurs/retardateurs :
      • Les accélérateurs de prise et/ou de durcissement : ils permettent d’augmenter la vitesse de prise et/ou le développement des résistances initiales du béton. Ils sont surtout utilisés par temps froid pour pouvoir continuer de bétonner normalement.
      • Les retardateurs de prise : l’utilisation d’un retardateur de prise permet d’augmenter le temps de prise du béton et ainsi d’avoir un délai d’utilisation du béton plus important. Ils sont utilisés par temps chaud ou bien en cas de temps de transport allongé ou de mise en place compliquée pour éviter les reprises de bétonnage.

Facteurs liés aux conditions climatiques

    • La température ambiante :
      Le taux d’hydratation du ciment, et donc la résistance du béton, augmente avec la température. Plus la température de fabrication et/ou de mûrissement est élevée, plus la résistance à court terme (1 à 3 jours) est élevée. Alors qu’à long terme (28 jours et plus), l’influence de la température est inversée, c’est-à-dire que plus la température initiale est élevée, moins bonnes sont les résistances (voir le graphique suivant illustrant l’influence de la température extérieure sur la progression des résistances).

    • Les conditions de séchage et de cure :
      Une fois mis en œuvre, le béton ou le mortier est très vulnérable pendant les premières heures voire les premiers jours de sa vie (ce qu’on appelle le jeune âge). En effet, pendant cette période de prise et de début de durcissement du béton, et particulièrement quand les conditions atmosphériques sont défavorables (température élevée, vent, soleil, air sec), il convient d’éviter que l’eau du béton ne s’évapore trop rapidement avant d’avoir pu hydrater l’ensemble des grains de ciment. Ceci afin que l’hydratation soit optimale.
La cure permet de protéger de la dessiccation (perturbation de l’hydratation par manque d’eau) le béton au jeune âge. Elle est normalement obligatoire (cf documents techniques unifiés DTU 21 et norme NF EN 13670).

La cure a pour objectif :

      • d’éviter la fissuration de la chape ou de la dalle ;
      • de permettre une montée en résistance dans de bonnes conditions ;
      • de conférer au béton des performances satisfaisantes.

La solution à privilégier pour curer une dalle ou une chape consiste à pulvériser un produit de cure à la surface du béton ou du mortier frais.

Comment mesure-t-on la résistance ?

Pour les chantiers importants qui le nécessitent, on fait appel à différentes méthodes pour estimer la résistance du béton de l’ouvrage avant de donner le feu vert pour le décoffrage béton :

    • Essai non destructif à l’aide d’un appareil spécifique appelé scléromètre.
    • Réalisation d’éprouvettes mises en œuvre et conservées dans les mêmes conditions que l’ouvrage pour mesure de la résistance à la compression.

Evaluation de la résistance du béton à l’aide d’un scléromètre.