Étonnamment, le béton et la bière ont beaucoup en commun : Tous deux ne comprennent que quelques ingrédients, il existe de nombreuses formules et recettes pour les fabriquer, et le béton comme la bière vieillissent lorsqu’ils sont exposés aux éléments. Alors que la durée de conservation de la boisson est principalement affectée par les processus d’oxydation, le béton armé est le plus souvent affecté par la corrosion de l’armature causée par les éléments. L’une des principales causes de ce phénomène est la pénétration de chlorures dans le béton. La deuxième cause principale du vieillissement prématuré du béton armé est le CO₂, qui peut pénétrer dans les couches extérieures du béton par l’air ou l’eau contenant du CO2. Ce processus chimique est appelé carbonatation dans le jargon.

La carbonatation brièvement expliquée

Les principaux ingrédients du béton sont l’eau, les granulats et le ciment. Des adjuvants et/ou des additifs sont souvent ajoutés au mélange de béton pour améliorer son ouvrabilité ou sa durabilité. Comme le béton a une résistance à la compression extrêmement élevée, mais une faible résistance à la traction, il est généralement renforcé par des tiges ou des barres d’acier. Au départ, l’armature est complètement entourée de béton et donc bien protégée contre la corrosion. L’hydroxyde de calcium Ca(OH)₂, très alcalin et soluble dans l’eau, qui se forme lorsque le béton durcit par réaction des silicates de calcium avec l’eau, en est responsable. Le pH élevé de l’eau dans les pores du ciment hydraté forme une couche de passivation inerte d’oxyde de fer sur l’acier d’armature, empêchant ainsi la formation de rouille.

Si, au fil du temps, la combinaison de l’humidité et du CO₂ affecte la structure, l’hydroxyde de calcium réagit pour former du carbonate de calcium (CaCO₃), abaissant ainsi le pH. En conséquence, l’armature n’est plus protégée contre la corrosion. La profondeur du front de carbonatation dépend de plusieurs critères tels que

• la teneur en eau,
• la porosité
• et l’âge du béton.

Les classes d’exposition du béton sont utilisées comme guide

En Europe, la norme DIN EN 206-1 précise comment les effets des différentes influences environnementales sont classés dans lesdites classes d’exposition du béton. Ces classes ne s’excluent pas mutuellement, ce qui signifie que plusieurs classes d’exposition peuvent s’appliquer à une même structure.

En fonction de la classe, la norme spécifie des limites de tolérance pour le rapport eau/ciment, la teneur minimale en ciment et la teneur en air du béton, entre autres, afin de garantir la durabilité du béton utilisé pour toutes les applications imaginables. La carbonatation du béton est définie comme la classe XC.

Le Comité européen de normalisation(CEN) révise actuellement la norme EN 206 en adoptant une nouvelle approche pour garantir la durabilité du béton : la classification en classes de résistance basées sur la vitesse de progression du front de carbonatation dans le béton. Les premiers essais pratiques de la classification de différentes qualités de béton sont actuellement réalisés en divers endroits, notamment chez Holcim HüttenZement GmbH à Dortmund, en Allemagne.

Calcul de la profondeur de carbonatation

Comme c’est le cas dans la plupart des industries, il est possible d’utiliser le vieillissement artificiel pour prédire la durée de vie.
 

1. L’opération est effectuée en immergeant des éprouvettes – cubes ou poutres en béton – dans l’eau pendant 28 jours.
2. Elles sont ensuite séchées dans une atmosphère standard (20 °C et 65 % de hr) pendant 14 jours dans une enceinte climatique ou une pièce à climat contrôlé
3. avant que l’équipe de la directrice du laboratoire, la Dre Christine Eckhardt, ne les place en stockage pendant 70 jours à 20 °C, 55 % de hr et 3 % de CO₂ dans une enceinte à climat constant Memmert ICH750C.
4. La profondeur de carbonatation est déterminée après 56, 63 et 70 jours. Pour ce faire, l’éprouvette est divisée et sa surface est vaporisée avec un indicateur. À des valeurs de pH élevées, la surface devient rouge/violet (voir image), ce qui signifie qu’une protection adéquate contre la corrosion est assurée, tandis que la surface reste incolore là où le CO₂ a pénétré. La profondeur de carbonatation est mesurée à l’aide d’un pied à coulisse.

L’enceinte à climat constant ICH de Memmert : une enceinte flexible et mobile avec contrôle du climat

L'enceinte à climat constant Memmert ICH C , dans laquelle les cubes de béton sont exposés au CO₂ dans une atmosphère constante, est équipée de glissières télescopiques et de grilles en acier inoxydable renforcées pour vous aider à exploiter au mieux le volume disponible de l’enceinte de 749 litres. Chaque grille supporte environ 50 kilogrammes, et chaque éprouvette pèse 12 kilogrammes.

La Dre Eckhardt apprécie particulièrement la flexibilité de l’enceinte climatique. « Fondamentalement, l’ICH est conçue pour une utilisation semi-mobile, car elle peut facilement être déplacée d’une pièce à l’autre. Elle dispose de sa propre unité de contrôle du climat. L’apport de CO₂ peut être réglé séparément, ce qui signifie que je n’ai pas besoin d’une énorme enceinte climatique et que je n’ai pas à contrôler le climat de toute la pièce pour réaliser des expériences de carbonatation. "

_{^{(Source: AtmoSAFE)}}