HomeGuide pratique du béton3.7 Bétonnage sous des conditions météorologiques extrêmes

3.7 Bétonnage sous des conditions météorologiques extrêmes

3.7.1 Temperature du béton frais

La température du béton frais influe sur le raidissement, sur l’ouvrabilité et sur la prise du béton. La température du béton frais relève d’une importance particulière tant sous de fortes chaleurs que par temps froid et sous des conditions de gel. Il est possible de calculer la température du béton frais à partir de la masse, de la température T et de la capacité thermique c (anc. chaleur spécifique) des composants individuels du béton:
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Eq. 3.7.1
La température du béton frais peut être calculée d’une manière simplifiée, mais suffisamment précise avec la formule approchée suivante:
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Eq. 3.7.2
Normalement, la température absolue d’un élément d’ouvrage est indiquée en ° C contrairement aux changements de température indiqués en Kelvin (K). Pour des raisons de simplification 1° C équivaut à 1 K dans le calcul ci-dessus.

La température du granulat a le plus grand impact sur la température du béton, tandis que la température du ciment et de l’eau n’a qu’une influence relativement faible. Un changement de 1 K de la température du béton frais d’un béton courant avec 300 kg/m3 ciment, 1900 kg/m3 granulat (sec) et 150 kg/m3 eau est obtenu en variant:
  • la température du granulat d’env. 1.6 K ou
  • la température de l’eau de 4 K ou
  • la température du ciment de 10 K

Mesures pour abaisser la température du béton frais

  • stockage à l’ombre du granulat ou refroidissement des gravillons par un arrosage d’eau (voir chapitre 7.8)
  • utiliser de l’eau de gâchage additionnée de glace pilée (réduire la quantité d’eau de gâchage en conséquence)
  • refroidir la gâchée ou les composants individuels avec de l’azote liquide
  • parquer les véhicules de transport à l’ombre

Mesures pour élever la température du béton frais (exemple 19)

  • chauffer l’eau de gâchage (eau chaude)
  • chauffer le granulat
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3.7.2 Bétonnage par temps chaud

En comparaison avec des températures de béton frais de 15° C à 20° C, les températures élevées (> 25° C) affectent les propriétés du béton frais et du béton durci. Les raisons principales sont:
  • l’hydratation du ciment s’accélère lorsque la température s’élève et provoque un raidissement plus rapide du béton, donc un raccourcissement du temps d’ouvrabilité.
  • plus la température est élevée pendant le processus de durcissement, plus l’hydratation du ciment progresse rapidement. Ceci a initialement un effet positif sur le développement de la résistance. Or, les produits d’hydratation se forment et se répartissent de manière plus hétérogène, p. ex. sous forme d’aiguilles d’ettringite plus courtes, et la porosité de la pâte de ciment devient plus grossière. De ce fait, la résistance à la compression à 28 jours ou plus est plus basse que celle d’un béton frais qui durcit à env. 20° C. L’expérience montre que la perte de résistance à 28 jours peut atteindre environ 10 %, lorsque les températures du béton frais et durant le durcissement s’élèvent de 20° C à 30° C (fig. 3.7.1).
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Fig. 3.7.1: Evolution de la résistance à la compression du béton à l’âge de 1 et 28 jours en fonction de la température.
Une conservation constante à des températures nettement supérieures à 20° C augmente considérablement les résistances au jeune âge mais abaisse la résistance à la compression à 28 jours. L'influence inverse s'observe pour des basses températures.

Selon la norme SIA 262 des mesures de protection particulières sont à prendre si la température du béton frais dépasse 30° C. Ces mesures de protection doivent comprendre la planification et la préparation des travaux de bétonnage jusqu’à la fin du traitement de cure, p. ex.:
  • reporter le bétonnage à un moment plus frais de la journée (tôt le matin ou durant la nuit)
  • utiliser des retardateurs de prise, qui retardent l’hydratation du ciment et prolongent le temps d’ouvrabilité. A noter qu’ils ne sont pas efficaces contre un raidissement prématuré par dessiccation du béton et qu’ils exigent une durée de cure prolongée
  • tenir compte des temps de transport du béton au moyen d’une marge de consistance lors de la confection du béton.

Mise en place et compactage

  • Mise en place et compactage
  • mise en oeuvre la plus rapide possible du béton frais
  • familiariser les ouvriers du chantier avec les particularités et les exigences du bétonnage par temps chaud
  • si l’ouvrabilité du béton est insuffisante, renoncer à un rajout d’eau et améliorer la consistance à l’aide d’un fluidifiant

Creux de l’été

Pendant la période d’été, on observe souvent une baisse de l’ordre de quelques N/mm2 des valeurs moyennes de la résistance à la compression à 28 jours – ce phénomène est appelé creux de l’été. Lors de l'observation de ce creux l’ouvrabilité du béton reste quasi constante (fig. 3.7.2).
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Fig. 3.7.2: Relevé typique de la résistance à la compression et de l’ouvrabilité durant une période d’été. Données du contrôle de qualité d’une centrale à béton.
La baisse de la résistance à la compression à des températures élevées peut être encore accentuée sur le chantier si l’ouvrabilité est augmentée par un ajout ultérieur d’eau et/ou si les éprouvettes ne sont pas conservées conformément à la norme.

Il est possible d’empêcher le phénomène du creux de l’été en adaptant la formulation du béton, en évitant de hautes températures du béton frais et un ajout ultérieur d’eau ainsi qu’en assurant une conservation des éprouvettes à une température de 20° C.
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3.7.3 Bétonnage par temps froid

Les basses températures entraînent un ralentissement du raidissement et du développement de la résistance à la compression et engendrent un risque de gel de l’eau non liée dans le béton.

Ralentissement du raidissement et du développement de la résistance à la compression

Le raidissement ralentit avec l’abaissement de la température et prolonge non seulement le temps d’ouvrabilité du béton, mais aussi le temps pendant lequel il est sujet aux dégâts de gel. La figure 3.7.3 illustre la montée en résistance du béton à différentes températures. A une température basse de 5° C, la résistance au jeune âge à 2 et à 7 jours n’atteint que la moitié de celle d’un béton similaire à une température de 20° C. Avec le temps, les deux courbes d’évolution se rapprochent mais, même à 28 jours, la résistance à la compression du béton conservé à 5° C reste encore inférieure et n’atteint qu’après 50 à 90 jours celle du béton conservé à 20° C.
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Fig. 3.7.3: Montée relative en résistance du béton en fonction de la température.

Congélation du béton jeune

Le béton doit être protégé du gel jusqu’à ce qu’il ait atteint une résistance à la compression d’au moins 5 N/mm2. Cette résistance est appelée la résistance à la congélation. En général, le béton jeune peut subir sans conséquences majeures un ou deux cycles de gel. Par contre, des cycles de gel-dégel répétés peuvent entraîner des dégradations significatives de la structure du béton. Un béton ainsi dégradé perd sa capacité de portance et doit être remplacé.

La figure 3.7.4 montre en fonction du type de ciment, de la classe de résistance du ciment, du rapport E/C et de la température du béton, le temps nécessaire pour obtenir une résistance à la congélation ≥ 5 N/mm2. Il faut compter environ 100 heures pour un béton de la sorte A (E/C = 0.65, CEM 42,5). Pour un béton de la sorte C (E/C = 0.50, CEM 42,5) la résistance nécessaire est atteinte au bout de 50 heures.

Le bétonnage par temps froid nécessite donc des mesures supplémentaires lors de la production et de la mise en place du béton. En l’absence de dispositions particulières, la norme SIA 262 précise que la température du béton frais au moment de la mise en place ne doit pas descendre au dessous de + 5° C.
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Fig. 3.7.4: Temps nécessaire au développement d’une résistance à la congélation suffisante du béton (résistance à la compression du béton ≥ 5 N/mm2) en fonction du rapport E/C pour différentes températures de béton et type de ciment.



Mesures lors de la production du béton

Par temps froid, les mesures suivantes, prises déjà au stade de la production, peuvent améliorer la montée en résistance et en température:
  • élever la température du béton frais par le chauffage ciblé de l’eau de gâchage et/ou du granulat (le granulat ne doit pas contenir d’éléments gelés)
  • choisir un ciment d’une classe de résistance élevée (Normo 5R)
  • accélérer le développement des résistances par l’introduction d’un accélérateur de durcissement (HBE) et l’augmentation du dosage en ciment
  • abaisser le rapport E/C en ajoutant un fluidifiant (FM)

Mesures sur le chantier

Le bétonnage par basses températures impose également des mesures adéquates sur le chantier:
  • Il est proscrit de bétonner sur un sol gelé ou contre du béton gelé; le cas échéant, il faut prévoir une «couche sacrificielle».
  • Lorsque la température de l’armature est inférieure à 1° C, il faut éviter, par un apport de chaleur, la formation de glace pendant le bétonnage qui pourrait affecter son adhérence au béton.
  • Le béton préchauffé doit être mis en place rapidement dans le coffrage libéré de glace et de neige et compacté sans délai.
  • Immédiatement après sa mise en place, protéger le béton des déperditions de chaleur, afin de maintenir le développement de la chaleur d’hydratation propre au ciment. La solution la plus simple consiste à utiliser des coffrages en bois possédant des propriétés d’isolation thermique.
  • Le béton fraichement décoffré doit être couvert de nattes thermiques (fig. 3.7.5).
  • Protéger également le béton contre la dessiccation pendant toute la période de durcissement. Par temps froid et/ou sec, l’humidité relative de l’air est très basse.
  • Prolonger les délais de décoffrage. Si pendant le durcissement la température du béton s’abaisse en dessous du point de congélation, il faut prolonger les délais de décoffrage au minimum d’une durée correspondante au nombre de jours de gel.
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Fig. 3.7.5: Nattes thermiques protégeant le béton jeune de la dessiccation et du refroidissement.



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