Pathologie : La carbonatation

Rédaction
24/09/2022
Modifié le 21/10/2022 à 14:36

La carbonatation est un phénomène naturel de vieillissement du béton. Cependant, son apparition puis, son évolution peuvent avoir des conséquences sur la pérennité des ouvrages. Le Lerm* (groupe Setec) dresse le portrait de ce phénomène.

Article paru dans le n° 102 de Béton[s] le Magazine.

1 – Qu’est-ce que la carbonatation ?

Fig. 1 - Cristal de portlandite non carbonaté (microscopie électronique à balayage, MEB). 1 = portlandite non carbonatée, 2 = C-S-H. [©Lerm]
Fig. 1 – Cristal de portlandite non carbonaté (microscopie électronique à balayage, MEB). 1 = portlandite non carbonatée, 2 = C-S-H. [©Lerm]

La carbonatation est un phénomène de vieillissement naturel des matériaux à base de liant hydraulique minéral. Ce phénomène conduit à la formation de carbonates de calcium par réaction entre les hydrates de la pâte de ciment (la portlandite et les silicates de calcium hydratés communément appelés C-S-H et le dioxyde de carbone (CO2), présent dans l’atmosphère à un taux moyen de 0,035 % en volume. Ce taux est plus important en milieu urbain qu’en milieu rural. Cette réaction entraîne la consommation de bases alcalines présentes dans la solution interstitielle des bétons aboutissant à une diminution du pH, qui passe d’une valeur de 13 à une valeur inférieure à 9. D’un point de vue chimique, les principales réactions se présentent ainsi :

  • Portlandite : Ca(OH)2 + CO2 à CaCO3 + H2O
  • Silicates de calcium hydratés : xCaO.ySiO2.zH2O + xCO2 à xCaCO3 + ySiO2,zH2O

La cinétique de carbonatation de la pâte de ciment des bétons, qui évolue suivant une fonction en racine carrée du temps, est dépendante de l’humidité relative environnante. Elle est maximale pour une humidité relative comprise entre 60 et 80 %. Au-delà de 80 %, la cinétique diminue rapidement pour atteindre des valeurs très faibles, lorsque les pores sont saturés d’eau, sachant que la diffusion du CO2 dans l’eau est 10 000 fois plus faible que dans l’air. A l’opposé, si un béton est placé dans un environnement très sec, la quantité d’eau présente dans les pores est insuffisante pour dissoudre le dioxyde de carbone. La cinétique de carbonatation est donc faible à très faible, lorsqu’un béton est immergé ou lorsqu’il est placé dans un environnement très sec.

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