HomeGuide pratique du béton8.6 Dégradations dues aux attaques chimiques dissolvantes

8.6 Dégradations dues aux attaques chimiques dissolvantes

8.6.1 Introduction

Une attaque chimique dissolvante intervient sous l’effet d’acides, de sels échangeurs d’ions, d’eau douce ou de bases fortes (tab. 8.6.1). L’attaque dissolvante progresse de la surface vers l’intérieur du béton. Les composants de la pâte de ciment et parfois du granulat sont dissous par des substances pénétrantes puis lessivés (fig. 8.6.1). Dans la littérature, on retrouve souvent le terme de corrosion du béton pour désigner l’attaque chimique dissolvante.

Le degré d’attaque dépend du type, de la concentration et de la quantité des fluides chimiquement agressifs et de la solubilité, notamment du taux de lessivage des sels produits dans le béton. L’évolution des dégradations dépend donc de la porosité du béton qui détermine l’infiltration des fluides agressifs et le lessivage de la pâte de ciment. Le degré d’attaque est aussi influencé par la température et la vitesse d’écoulement des solutions agressives.

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Fig. 8.6.1: Attaque chimique dissolvante d’un prisme de mortier.



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Tab. 8.6.1: Aperçu des types d’attaques chimiques dissolvantes.

8.6.2 Typologie apparente

Les dégradations par une attaque chimique dissolvante se caractérisent normalement par une érosion de la surface du béton (fig. 8.6.2 et 8.6.3).




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Fig. 8.6.2: Erosion de la surface du béton d’un bassin de station d’épuration.


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Fig. 8.6.3: Attaque de la surface d’un bassin de décantation. (Source: Betonsuisse Marketing AG, Bern).



8.6.3 Causes et mesures préventives

Acides

L’attaque par des acides conduit à la dissolution des phases hydratées de la pâte de ciment et engendre la formation de sels solubles de Ca, Al et Fe ainsi que la dissolution de la silice. Le degré d’agressivité dépend de la concentration de l’acide mais surtout de la valeur du pH. L’attaque touche surtout la pâte de ciment, mais, lors d’une attaque par un acide fort, le granulat soluble à l’acide est aussi dissous.

Les phases hydratées de la pâte de ciment sont dissouses au contact des acides et il se forme une zone de lixiviation, d’où les produits de la dissolution (sels solubles de Ca, Al et Fe) sont lessivés et emportés. Un gel siliceux amorphe reste comme résidu insoluble. Ces résidus insolubles créent une pellicule de protection à la surface du béton empêchant que la solution agressive, qui doit diffuser à travers cette couche de gel protectrice, n’entre en contact direct avec le béton encore intact. Derrière celle-ci se trouve la zone de lixiviation, caractérisée par un appauvrissement en hydroxyde de calcium, c.-à-d. par une plus faible valeur pH de la solution interstitielle des pores que celle du béton encore intact. Le front de réaction proprement dit se situe dans la zone de lixiviation entre la couche de gel et le béton intact. Avec le temps, le processus se ralentit parce que la couche de protection devient plus épaisse. Si la couche protectrice est détruite ou enlevée par un nettoyage, le front d’attaque pénètre alors plus profondément dans le béton.
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Fig. 8.6.4: Photo microscopique d’une couche protectrice de résidus amorphes insolubles à la surface du béton.

Gaz carbonique

Le gaz carbonique est un acide faible que l’on rencontre dans les eaux de montagne et la nappe phréatique. L’agressivité des eaux contenant du gaz carbonique dépend en partie de la valeur du pH et principalement de leur composition. Dans l’eau règne un équilibre entre l’hydrogénocarbonate de calcium (bicarbonate de calcium) et le gaz carbonique dit d’équilibre, nécessaire au maintien en solution des carbonates. La part libre de gaz carbonique, c.-à-d. qui n’est pas nécessaire pour équilibrer le bicarbonate, est appelée gaz carbonique agressif car elle est capable de dissoudre plus de calcaire.

L’équilibre entre le gaz carbonique et les bicarbonates est régi par la teneur en gaz carbonique libre, la température, la dureté de l’eau ainsi que la concentration en ions d’hydrogène et en autres ions. L’eau dure a besoin d’une teneur plus élevée en gaz carbonique pour avoir un effet dissolvant vis-à-vis du calcaire. De ce fait, le risque d’une attaque par gaz carbonique agressif est plus important dans le cas des eaux douces.

Acides biogènes

Pour se développer, les microorganismes ont besoin de substances organiques et inorganiques de compositions variables et, selon le type, de certaines conditions de pH. L’énergie nécessaire à la vie vient de la lumière du soleil, des substances organiques et des composés inorganiques oxydables ou réductibles. La plupart des microorganismes produisent, par leur métabolisme, des acides organiques ou inorganiques qui peuvent attaquer la pâte de ciment.

Dans les bassins d’activation biologique des stations d’épuration communales se développe sur les murs en béton une couche gélatineuse bactérienne (biofilm). Selon la teneur en oxygène de l’air, la composition de l’eau usée et les processus de dénitrification, des valeurs de pH très basses peuvent s’installer par la nitrification dans ce biofilm. Ceci conduit à une attaque acide de la surface du béton.

Acide sulfurique biogène
L’acide sulfhydrique (H2S) peut se former, p. ex. au-dessus des eaux usées dans les canalisations ou dans le compartiment des gaz des installations de production de biogaz, par décomposition bactérienne des protéines en l’absence d’oxygène. Si celui-ci n’est pas évacué par ventilation, il se condense sur les surfaces froides et peut se transformer sous l’action des microorganismes en acide sulfurique, fortement agressif (fig. 8.6.5).
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Fig. 8.6.5: Corrosion d’un tube de canalisation par attaque d’acide sulfurique biogène.

Sels échangeurs d’ions

Les solutions aqueuses de sels de magnésium et d’ammonium (à l’exception des hydrogénocarbonates , des oxalates et des fluorures de magnésium et d’ammonium) ont un effet dissolvant sur le béton. Le calcium de l’hydroxyde de calcium de la pâte de ciment est échangé avec les ions magnésium ou ammonium de façon à ce qu’il se forme un sel de calcium très facilement soluble qui peut être lessivé hors du béton.
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Eq. 8.6.1
L’hydroxyde de magnésium forme une masse gélatineuse et molle qui constitue une couche protectrice contre une attaque continue. Elle est efficace tant qu’elle n’est pas enlevée par l’eau courante.
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Eq. 8.6.2
Les sels d’ammonium se décomposent en ammoniaque volatile dans un milieu alcalin et aucune couche protectrice ne peut donc se former. L’attaque continue de manière inchangée.

Eaux douces

Les eaux de fonte, de pluie, de surface et de source ne contiennent que peu de sels de calcium et de magnésium dissous. Les eaux dites douces, d’une dureté plus faible que 7° fH, sont peu ou faiblement minéralisées. Elles sont capables de dissoudre de l’hydroxyde de calcium et des alcalins de la pâte de ciment. D’autres ions présents dans l’eau peuvent influencer la vitesse de dissolution de l’hydroxyde de calcium. Les composés alcalins de la pâte de ciment ne sont stables qu’à des valeurs du pH > 12.5 et peuvent se décomposer à un niveau de pH entre 7–12. L’hydroxyde de calcium, présent dans le béton comme produit d’hydratation du ciment sous forme solide ou dissouse, est lessivé par de l’eau douce. Simultanément, l’hydratation du ciment avance et il se forme de nouveau de l’hydroxyde de calcium. Dès que le ciment est complètement hydraté et qu’il ne peut plus se former d’hydroxyde de calcium, la valeur du pH descend en dessous de 12.5. Les phases hydratées du ciment deviennent alors instables et se décomposent. Sous une exposition continue à l’action de l’eau douce, la pâte de ciment est lessivée.

Bases fortes

La pâte de ciment n’est pas attaquée par des solutions basiques en faible concentration. Par contre, les bases fortes, en haute concentration, comme p. ex. la soude caustique (> 10 %) ou la potasse caustique (> 20 %) dissolvent les aluminates de la pâte de ciment. Les solutions concentrées de bases fortes peuvent aussi attaquer des granulats silicatés ou siliceux.

Mesures préventives

Les dégradations dues aux attaques chimiques dissolvantes peuvent être empêchées par des mesures de technologie du béton, renforcées le cas échéant par des mesures supplémentaires (béton résistant aux attaques chimiques).
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Fig. 8.6.6: Carte des degrés de dureté de l’eau en Suisse. Echelle: blanc: 0–15° fH, jaune: 15–25° fH, rouge: > 25° fH. (Source: www.trinkwasser.ch).

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Fig. 8.6.7: Vue de l’intérieur d’un réservoir d’eau potable.



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