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NORME FRANCAISE NF P 18-011

 juin 1992

bétons

classification des environnements agressifs

E : concretes - classification of aggressive environments

D : beton - klassifizierung von angreifenden umgebungen

fascicule de documentation publié par l'afnor en juin 1992.

remplace le fascicule de documentation de même indice, de mai 1985.

correspondance A la date de publication, il existe des travaux européens traitant du même sujet.

Ce fascicule de documentation ajoute à la définition de classe d'agressivité des

milieux environnant le béton, des mesures préventives recommandées, au niveau dela confection du béton, pour lui assurer une bonne durabilité.

Les publications étrangères ainsi que les travaux européens et internationaux ont étépris en considération lors de l'établissement de ce document, dont l'intérêt estreconnu, bien que les valeurs limites choisies restent très discutées entre experts.

descripteurs Thésaurus International Technique : matériau de construction, béton armé, béton précontraint,durabilité, classification, environnement,protection contre les agents naturels, mesure de protection, attaquechimique, eau douce, milieu acide, milieu alcalin, milieu marin, eau de mer, salinité, ion, gaz solide, table dedonnées.

modifications Par rapport à l'édition précédente, modification des tableaux 5, 6 et 7 .

Membres de la commission de normalisation

Président : M TUTENUIT 

Secrétaire : MME FERNANDEZ - AFNOR

M ADAM INGENIEUR CONSEIL

M ALEXANDRE  CTPL

M BENSIMHON  CSTB

M BESSET  SNBPE

M BILLHOUET  SABLOCRETE

M BOUINEAU  CEBTP

M BOUTIN  SOCOTEC

M BROCHERIEUX  SPIE BATIGNOLLES

M BRUSIN  CERIB

M CHARONNAT LCPC

M CLAUZON  UNION NATIONALE DE LA MACONNERIE

M COQUILLAT  CEBTP

M DELORT  ATILH

M GALLET  EDF

M GROSJEAN  CH SYND ENTREPRENEURS

M HAWTHORN  UNIMIX

M JACQUES  LCPC

M LAINE FIB

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M LARAVOIRE  DAEI

M LECAM  EDF GDF

M LEROUX  LAFARGE BETONS GRANULATS

M LESAGE  LCPC

MME MARMOTTAN  SABLOCRETE

M MIERSMAN  SURSCHISTE SA

M MONACHON  CAMPENON BERNARD

M NOVAK  SIKA SA

MME PAILLERE  LCPC

M PLUMAT  ATILH

M POITEVIN  INGENIEUR CONSEIL

M SCHMOL  SNBATI

M THONIER  FNTP

M TUTENUIT  CONSEIL GENERAL DES PONTS ET CHAUSSEES

M VAUTRIN  SETRA

MLLE VINCENSINI  AFNOR

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Sommaire 

1 objet

2 références3 généralités

4 nomenclature des environnements agressifs

5 classification des environnements agressifs

6 mode d'action des environnements agressifs

6.1 liquides

6.1.1 eaux douces

6.1.2 solutions acides

6.1.3 solutions basiques

6.1.4 les solutions salines

6.1.5 Cas particulier de l'eau de mer6.1.6 cas particulier des graisses et des huiles

6.1.7 cas particulier d'une agression d'origine interne : la réaction alcalis-granulats

6.2 gaz

6.2.1 anhydride sulfureux SO2 :

6.2.2 acide sulfhydrique H2 S :

6.2.3 anhydride carbonique CO2 :

6.3 solides

7 recommandations

7.1 recommandations générales

7.2 recommandations particulières

8 bibliographie

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1 objet 

Le présent fascicule de documentation a pour objet :

- de définir les environnements agressifs les plus courants vis-à-vis des bétons armés et

bétons précontraints,- de donner des recommandations pour la confection de bétons résistant aux environnements

agressifs.

Il fournit au praticien les informations de base pour le choix des mesures préventives. Cependant, desétudes particulières sont nécessaires dans certains cas pour adapter ces mesures aux conditionsspécifiques de l'environnement.

2 références 

P 18-584 Granulats - Réactivité potentielle de type alcali-silice.

P 18-585 Granulats - Essai de stabilité dimensionnelle en milieu alcalin.

NF T 90-036 Essais des eaux - Détermination de l'alcalinité (titre alcalimétrique et titre

l'alcalimétrique complet).ASTM C 227 Test for potential alkali reactivity of cement - Aggregate combinations (mortar-bar

method)

ASTM C 289 Test for potential reactivity of aggregates (chemical method).

3 généralités 

Le béton fabriqué conformément aux règles de l'art est un matériau normalement durable si sesqualités intrinsèques sont adaptées au milieu auquel il est exposé.

Les qualités intrinsèques d'un béton (compacité, perméabilité) qui conditionnent sa durabilité, sont enrelation :

- avec sa composition : catégorie de ciment, dosage en ciment, teneur en éléments fins,rapport eau/ciment (E/C), composition de l'eau de gâchage, texture, courbe granulométriqueet nature minéralogique des granulats, adjuvants,

- avec sa mise en oeuvre : mise en place, compactage, cure, enrobage des armatures.

A l'agressivité des milieux définies au paragraphe 5 , correspondent ici trois niveaux de protection dubéton décrits dans le tableau 1 .

tableau 1 niveaux de protection

4 nomenclature des environnements agressifs Trois catégories peuvent être distinguées :

- milieux gazeux : gaz, vapeurs,

- milieux liquides eaux douces, eaux de mer, solutions de sels, d'acides ou de bases, eauxrésiduaires, liquides organiques (huiles, pétrole, solvants),

- milieux solides : sols, produits de stockage. Ils agissent surtout par extraction ou dissolution,le plus souvent par l'eau des agents nocifs.

L'agressivité du milieu dépend :

- de la concentration de l'agent agressif,

- de la viscosité (huiles),

- de l'humidité relative. L'atmosphère peut être : sèche (H.R. < 60 %), humidité

(60 % ≤ H.R.≤ 75 %), très humide (H.R. > 75 % ou lorsqu'un condensat peut se former à lasurface du béton). Le degré d'agressivité, notamment pour les gaz, augmente généralement

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avec l'humidité relative,

- de la température : une élévation de température accroît les vitesses de réaction. Toutefois,dans le cas de l'attaque par les sulfates, les dégradations sont plus importantes à basse

température. Par ailleurs, les effets du gel peuvent s'ajouter à ceux de l'attaque par lessulfates, les dégradations sont plus importantes à basse température. Par ailleurs, les effetsdu gel peuvent s'ajouter à ceux de l'attaque chimique,

- de la pression (gaz, liquides).

- de la mobilité du milieu (gaz, solutions) qui facilite le renouvellement de l'agent agressif et leséchanges, et qui peut induire un effet mécanique supplémentaire (courant, vagues),

- des cycles éventuels de température et d'humidité relative (variations journalières,saisonnières, zones de marnage) qui augmentent considérablement les vitesses dedégradation,

- d'actions biologiques (micro-organismes, algues, bactéries).

La dégradation du béton en milieu agressif est aussi fonction de la durée d'exposition.

5 classification des environnements agressifs 

Quatre classes d'agressivité sont définies : environnements faiblement agressifs, moyennementagressifs, fortement agressifs et très fortement agressifs.

Elles sont regroupées dans le tableau 2 .qui donne en outre leurs symboles, les mesures deprotection et les niveaux de protection correspondants.

tableau 2 définition des classes d'agressivité

le tableau 3 donne le degré d'agressivité des solutions et des sols les plus courants.

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tableau 3 agressivité de solutions et de sols

Si plusieurs agents agressifs sont présents simultanément, la classe d'agressivité à prendre en

compte est celle de l'agent dont la concentration ou le pH correspond au plus fort degré d'agressivité.Si les agents agressifs sont en concentrations inférieures à celles qui correspondent au degréfaiblement agressif, l'environnement est considéré comme non agressif (Ao).

Exemples :

a) Béton en immersion totale dans l'eau de mer : environnement moyen agressif, niveau deprotection 2 :

- ciment pour travaux à la mer (spécification COPLA) (1) 

- dosage en ciment ≥ 350 kg.m-3 (granulat D = 30 mm),

- E/C ≤ 0,55.

b) Béton dans une solution sulfatée de concentration 4 000 mg/l : environnement fortementagressif, niveau de protection 2 :

- ciment résistant aux sulfates (spécification COPLA) (1) 

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- dosage en ciment ≥ 350 kg.m-3 (granulat D = 30 mm),

- E/C ≤ 0,50.

NOTE(1)COmmission interministérielle Permanente des liants hydrauliques et des Adjuvants des bétons,mortiers et coulis du Ministère de l'Urbanisme, du Logement et des Transports.

6 mode d'action des environnements agressifs 

6.1 liquides 

6.1.1 eaux douces 

Les eaux pures ou très peu chargées peuvent dissoudre les constituants calciques du béton. Ladissolution est accélérée en présence d'ions CI- et NA+ et retardée par les ions Mg++ et Ca++ . Leseaux dont le titre alcalimétrique complet (TAC) est inférieur à 1 mé/l sont faiblement agressives.

6.1.2 solutions acides 

Les solutions acides sont caractérisées par un pH < 7. L'agressivité des acides minéraux ouorganiques dépend de la solubilité des sels formés.

Les acides minéraux libres (HCI, HNO3 , H2 SO4 ) sont des acides forts ayant un effet dissolvant sur le

ciment et les granulats calcaires. L'acide sulfurique H2 SO4 est doublement agressif par son acidité et

par la formation de sulfate qui donne naissance à des composés secondaires expansifs (ettringite).

Pour l'acide carbonique contenu dans certaines eaux, la valeur du pH ne constitue pas un critèresuffisant et la concentration de l'anhydride carbonique agressif doit être mesurée séparément.

Les acides organiques libres, tels que les acides acétique, lactique, butyrique, formique contenusdans certaines eaux usées provenant des sucreries, papeterie, teintureries, conserveries, distilleries,tanneries, laiteries, etc, attaquent les constituant calcique du ciment. Ils sont généralement moinsagressifs que les acides minéraux et peuvent même former des couches protectrices dans le cas des

acides oxalique et tartrique par exemple. Toutefois, ces acides faibles peu dissociés peuvent être trèsagressifs vis-à-vis du béton malgré des pH peu inférieurs à 7 : leur neutralisation par des ions alcalinsou alcalino-terreux entraîne la permanence de la dissociation et par suite une importante émissioncumulée d'ions H+ .

Les acides humiques présentent moins de risques pour les bétons durcis. Mais, dans certains cas, ilspeuvent échanger leurs ions H+ contre des cations de sels neutres et former ainsi des acides libresqui sont surtout des acides minéraux. Ils sont susceptibles également de retarder ou d'inhiber la prisedu ciment.

6.1.3 solutions basiques 

Les solutions basiques sont caractérisée par un pH > 7. Les ciments Portland résistent généralementbien aux solutions basiques de concentration modérée (exemple NaOH < 10 %). Toutefois, desprécautions (durcissement suffisant, imperméabilité) doivent être prises si le béton est en contact parl'une de ses faces avec la solution, l'autre face étant soumise à l'évaporation. Dans ce cas,l'accumulation des sels peut provoquer des dégradations même pour de faibles concentrations.

Les ciments avec ajouts résistent un peu moins bien à ces solutions que les ciments Portland. Lesciments alumineux sont détruits.

6.1.4 les solutions salines 

L'agressivité des solutions salines dépend des propriétés des produits formés (solubilité, expansion)qui sont en relation avec les types de cations et d'anions constitutifs des sels.

6.1.4.1 cations 

- magnésium : (chlorure et sulfate) ils provoquent une réaction d'échange de base Ca++

Æ Mg++ qui aboutit à la dissolution partielle des constituants calciques du ciment et à laformation de Mg(Oh)2 .

- ammonium (chlorure, sulfate, nitrate) très nocifs, ils agissent également par échange debase.

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6.1.4.2 anions 

- Les sulfates : ils réagissent avec les aluminates du ciment en donnant des composés

expansifs : gypse CaSO4 , 2H2 O et ettringite 3CaO.Al2 O3 .3CaSO4 .31H2 O dont lacristallisation peut provoquer la fissuration du béton.

- Les nitrates : excepté le nitrate d'ammonium fortement agressif par l'action combinée de soncation, la plupart des nitrates sont faiblement agressifs.

- Les chlorures : dans les bétons non armés, s'ils sont en forte quantité, ils peuvent êtrelégèrement agressifs pour le ciment durci par l'influence qu'ils exercent sur la solubilité deses constituants. Dans les bétons armés et précontraints, le chlore est capable de détruire laprotection alcaline des armatures et de provoquer leur corrosion.

- Les sulfures : en présence d'air et d'humidité, leur oxydation peut conduire à la formation desulfates. En milieu acide, il peut se former H2 S qui par oxydation, donne de l'acide sulfurique

très agressif.

- les carbonates, phosphates, oxalates, fluorures : ils forment avec la chaux des composés

insolubles et n'attaquent pas le béton.6.1.5 Cas particulier de l'eau de mer 

Les dégradations du ciment par l'eau de mer sont dues essentiellement aux actions combinées desions sulfates et des ions Mg++ telles qu'elles ont été décrites plus haute. La présence d'ions chloruresréduit notablement l'action des sulfates, mais agit sur les armatures.

Dans les climats froids, l'agressivité des sulfates est accrue. Elle diminue légèrement dans les climatschauds alors que l'intensité des autres attaques augmente.

Au total, l'attaque par l'eau de mer des bétons armés est plus sévère dans les climats chauds.

L'eau de mer n'a qu'une action assez faible sur les bétons totalement immergés. Les bétons qui nesont pas en contact direct avec l'eau de mer mais qui sont soumis aux embruns peuvent subir delégères dégradations. Les attaques les plus sévères ont lieu dans les zones de marnage et les zonesaspergées.

Aux actions chimiques de l'eau de mer peuvent s'ajouter l'action mécanique des vagues, l'effet du gelet les attaques biologiques.

6.1.6 cas particulier des graisses et des huiles 

Si elles sont exemptes d'acides, leur agressivité vis-à-vis du béton imperméable est négligeable, lesréactions de saponification donnent des produits insolubles protecteurs.

Leur action dépend de la température qui modifie leur viscosité et leur possibilité de pénétration.

Certaines huiles telles que les huiles de foie de morue, de baleine, de ricin, de noix de coco sontagressives et nécessitent une protection superficielle du béton.

6.1.7 cas particulier d'une agression d'origine interne : la réaction alcalis-granulats 

Les alcalins contenus dans la phase aqueuse interstitielle des bétons provenant soit du ciment, soitdes granulats eux-mêmes ou encore du milieu extérieur sont susceptibles de réagir avec certainstypes de granulats et de compromettre la pérennité des ouvrages. Deux types de réactions peuventse produire :

6.1.7.1

Réaction alcali-carbonate (dédolomitisation) avec les granulats dolomitique, qui se traduit par ladissolution superficielle du granulat et la formation de Mg (OH)2 avec régénération de l'hydroxyde

alcalin suivant les équations :

CaMg(Co3 )2 ) + 2MOH Æ Mg(OH)2 + CaCO3 + M2 CO3

M2 CO3 + Ca(OH)2 Æ 2MOH + CaCO3

avec M = Li, Na, K.

Ces réactions conduisent à la décohésion de l'interface pâte de ciment-granulat et à la fissuration dubéton.

6.1.7.2

Réaction alcali-silice qui a lieu en présence de roches contenant des variétés de silice mal

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cristallisées (opales, calcédoine, schistes, gneiss, certains granits altérés, quartzites, etc.). Elleconduit à la formation d'un gel de silicate calco-alcalin expansif.

Les réactions alcalis-granulats sont en relation avec :

- la teneur en alcalins du ciment.Les limites suivantes encore controversées sont indiquées :

Na2 O équivalent (2) ≤ 0,6 % dans les ciments Portland,

Na2 O équivalent (2)  ≤ 0,9 % dans les ciments au laitier (> 50 % laitier),

Na2 O équivalent (2)  ≤ 2 % dans les ciments au laitier (> 65 % laitier).

- la nature des granulats composition, texture, granularité, teneur en éléments réactifs(existence d'une teneur critique qui peut être de l'ordre de 3 à 5 % seulement).

- l'humidité relative : c'est un facteur essentiel. Les réactions alcalis-granulats ont lieugénéralement dans des milieux d'humidité relative > 85 %.

- la température : aux environs de 40 °C, les réact ions sont très fortement accélérées.

- les cycles d'humidification-dessiccation (gel-dégel, zones de marnage, variations

saisonnières), accélèrent les réactions.- le temps : la fissuration du béton peut apparaître entre 5 et 40 ans.

Chaque fois que les conditions d'environnement (température, humidité relative) sont favorables à uneréaction alcalis-granulats, un contrôle de la réactivité potentielle des granulats doit être effectué(analyse pétrographique, reconnaissance des minéraux potentiellement réactifs, tests tels que ceuxprévus par les normes françaises P 18-584, P 18-585 les normes américaines ASTM C 289,ASTM C 227, ou autres).Dans l'état actuel des connaissances, la mesure préventive la plus efficaceest l'utilisation de ciments composés : ciments contenant 30 % de pouzzolane réactive, cimentsrenfermant au moins 65 % de laitier.

NOTE(2)Na2 O équivalent = Na2 O + 0,658 K2 O.

6.2 gaz 

Les gaz de combustion et les gaz rejetés par l'industrie peuvent contenir des acides minéraux libres,des acides organiques, de l'anhydride sulfureux, de l'acide sulfhydrique et de l'anhydride carbonique.Des solutions agressives peuvent se former lorsqu'on descend au-dessous du point de rosée. De plusles composants gazeux, non agressifs en eux-mêmes,peuvent se dissoudre dans l'eau (eauinterstitielle du béton, eau de pluie, neige) et exercer une action nocive sur le béton : l'agressivité desgaz augmente fortement avec l'humidité relative du milieu (H.R. > 60 %).

6.2.1 anhydride sulfureux SO2 : 

son oxydation en présence d'humidité peut provoquer la formation d'acide sulfurique et de sulfates.

6.2.2 acide sulfhydrique H2

S : 

se rencontre dans les eaux thermales sulfureuses et ferrugineuses et surtout dans les eaux usées(égouts), peut également donner lieu par oxydation à la formation d'acide sulfurique et de sulfates.Une teneur supérieure à 5 mg/l de H2 S est considérée comme agressive.

6.2.3 anhydride carbonique CO2 : 

la carbonatation du béton est favorisée lorsque le CO2 est en présence d'humidité (50% ≤ H.R. ≤ 

70 %). Elle a pour effet d'augmenter la résistance chimique du béton.

Mais dans les bétons armés et précontraints, en présence d'humidité et d'oxygène, le CO2 peut

provoquer la dépassivation et la corrosion des armatures insuffisamment enrobées.

6.3 solides 

Les sols contenant des sulfates présentent les mêmes risques d'agressivité que les eaux riches en

sulfates, s'ils sont humides.L'agressivité dépend de l'eau contenue dans le sol (niveau de la nappe, variations saisonnières,courant, porosité du sol), de la quantité et de la nature des sulfates qu'il renferme (le sulfate de

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calcium, peu soluble, est potentiellement moins dangereux que les sulfates de sodium et magnésiumtrès solubles).

Les sols marécageux peuvent contenir de l'acide carbonique, des acides organiques (acides

humiques).Les décharges de déchets industriels, ordures ménagères, etc. peuvent renfermer des substances,déjà énumérées plus haut, susceptibles d'être entraînées par les eaux d'infiltration et d'attaquer lebéton.

Les sols dont l'acidité mesurée suivant BAUMAN-GULLY est ≥ 20 sont faiblement agressifs (aciditéBAUMAN-GULLY = nombre de cm3 d'acide 0,1 N libéré par 100 g de sol lors du traitement avec200 cm3 d'une solution 0,1 N d'acétate de sodium neutre).

7 recommandations 

7.1 recommandations générales 

Les recommandations générales pour fabriquer un béton résistant aux attaques chimiques sontrésumées dans le tableau 4 .

tableau 4 recommandations générales

Il convient par ailleurs, d'attacher une attention particulière à la cure du béton avant son exposition aumilieu agressif. La température et l'humidité relative pendant la confection sont les deux paramètresles plus importants conditionnant les performances à long terme du béton. Le risque d'évaporationexcessive est maximum par temps chaud. Par temps froid le processus est moins rapide maisl'hydratation est également plus lente. Une cure insuffisante aura des conséquences néfastes sur laperméabilité, les résistances et la durabilité du béton.

L'eau de mer ne doit pas être utilisée comme eau de gâchage dans les bétons armés.

Dans la mesure du possible, les éléments de structures trop minces et les angles vifs doivent êtreévités.

La compacité et la perméabilité du béton sont en relation respectivement avec la teneur en élémentsfins (≤ 80 µm) et leur réactivité.

7.2 recommandations particulières 

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Les recommandations particulières concernant le choix du ciment en fonction de la nature et du degréd'agressivité sont données dans les tableaux 5, 6 et 7 respectivement pour les milieux contenant dessulfates, l'eau de mer et les solutions acides.

tableau 5 milieux contenant des sulfates (sols ou solutions), recommandations pour le choix duciment.

tableau 6 eau de mer, recommandations pour les choix du ciment

tableau 7 milieux acides, recommandations pour le choix du ciment

Le tableau 8 donne à titre indicatif les limites en chlore admissibles dans les bétons armés et non

armés, compte-tenu des chlorures extérieurs qui pourraient diffuser dans un béton perméable.

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tableau 8 teneurs limites en ions chlore dans les bétons armés et non armés (% de la masse deciment)

8 bibliographie 

1 BICZOK I, « Concrete corrosion, concrete protection ». Akadémiai, Kiodo, Budapest(1972).

2 CEMBUREAU, « Use of Concrete in agressive environments ».U.D.C.389.6.666.94.620.193.25/27, janvier 1978.

3 Norme DIN 4030, TMS l'eau, avril 1979, pp.227-240, « Appréciation de l'agressivité deseaux, des sols et des gaz vis-à-vis du béton ».

4 Technical Note TN 37 Australia, Cement and Concrete Association of Australia« Durability of Concrete Structure », (Nov. 1980).

5 Building Research Establishment digest, digest 250, (Juin 1981, Concrete in sulfate-bearing soils and groundwaters ».

6 Recommandation RILEM 32 RCA, « Sea-Water attack on Concrete and PrecautionnaryMeasures », à paraître.

ISO/TC 71/SC 3N 143 Classification of chemically agressive environmental conditionsaffecting concrete.

8 ISO/TC 71:SC 3N 144 Classification of climatic actions of environmental conditions

affecting concrete.9 ISO/TC 71/SC 3N 145 Classification of environmental exposure conditions for concretestructures.

10 Nomenclature RILEM 32 RCA, (1981). « Résistance chimique du béton » Mater etConstr., Vol. 14, n°80.

11 Bulletin CEB n°148, (Février 1982), « Durabili ty of concrete Structures ».

12 KLEINLOGEL A., « L'influence des divers éléments physico-chimiques sur les bétons »,DUNOD, Paris, (1960).

13 Bulletin du ciment (Suisse)(fév. 1982), « Action de diverses substances sur le béton ».

14 BAEL83 Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et constructionsen béton armé, suivant la méthode des états limites.

15 Fascicule 65 du CCTG « Exécution des ouvrages et constructions en béton armé ouprécontraint ».

16 DTU 21.4 Prescriptions techniques concernant l'utilisation du chlorure de calcium etdes adjuvants contenant des chlorures dans la confection des coulis, mortiers et bétons.

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Liste des documents référencés 

Règles BAEL 91 révisées 99 (DTU P 18-702) (mars 1992, février 2000) : Règlestechniques de conception et de calcul des ouvrages et constructions en béton armé,

suivant la méthode des états limites (fascicule 62, titre 1er, section I du CCTG) (CahiersCSTB 3192)

DTU 21.4 : Utilisation du chlorure de calcium et des adjuvants contenant des chloruresdans la confection des coulis, mortiers et bétons - Prescriptions techniques