Brevet FR2765572A1 — publié le 19990108

Procédé de traitement d'ouvrages en béton touchés par l'alcali-réaction. La présente invention concerne un procédé de traitement d'ouvrages en béton touchés par l'alcali-réaction. L'alcali-réaction est une réaction chimique solide-liquide se développant dans le béton. Un béton atteint par l'alcali-réaction comporte une phase solide, constituée de granulats, et une phase liquide, appelée solution interstitielle. Cette solution interstitielle présente la particularité d'être fortement alcaline. Lorsque l'alcali-réaction se développe, cette solution interstitielle va dissoudre la silice contenue dans les granulats. Le produit issu de cette solution va précipiter sous la forme d'un gel silico-calco-alcalin. Ce gel est qualifié de gel expansif, c'est à dire qu'il possède des propriétés gonflantes. Les gels ainsi formés auront pour conséquence de provoquer un gonflement du béton et ainsi entraîner une surtension de ce dernier. Cette surtension va se traduire par des fissurations anormales de ces ouvrages. La réaction d'alcali-réaction peut apparaître rapidement ou plus tardivement après la construction de l'ouvrage en béton. Néanmoins, dans les deux cas, la réaction d'alcali-réaction, une fois en place, se développe très rapidement. Des vitesses d'évolution d'ouverture des fissures de 0,05 mm par an ont été observées. L'alcali-réaction aura donc pour conséquence une détérioration importante et rapide des ouvrages atteints. Son importance dépend de l'abondance et de la réactivité des espèces minérales, de la quantité d'alcalin et de la présence d'eau. Dans certains pays comme par exemple le Canada, l'alcali réaction représente la première cause de dégradation des ouvrages en béton. En France, les régions du Nord et du Nord Ouest présentent le plus d'ouvrages touchés. Afin de déterminer si les ouvrages en béton sont détériorés par l'alcali-réaction, un simple examen visuel peut suffire. Par la présence de nombreuses fissurations, les ouvrages attaqués par l'alcali-réaction sont facilement repérables. Ces fissurations peuvent être sous la forme d'un réseau de petites fissurations anarchiques appelées faïençage ou sous la forme d'un réseau de fissures de dimension plus grande et de profondeur plus importante. Des fissurations orientées, qui reproduisent le tracé des armatures, ont également été observées. Un gonflement de la structure peut également être visualisé, comme par exemple la fermeture totale des joints de dilatation avec une mise en butée de l'ouvrage, ou des mouvements différentiels de parties d'ouvrages provoquant un rejet de certaines fissures (déplanation de parement). Dans certains cas, l'expansion du béton peut provoquer la rupture de certaines armatures en acier passif. Afin de diagnostiquer l'alcali-réaction, il est également possible d'effectuer des prélèvements de béton qui pourront etre visualisés par microscopie et ainsi permettre de mettre en évidence les gels d'alcali-réaction. Une observation par microscope électronique à balayage (MEB) permettra de confirmer ce diagnostic. Les premières tentatives de traitement de cette maladie ont consisté en l'injection de résines époxydes dans les fissures. Ces tentatives se sont soldées par un échec; en effet, certaines fissures se sont à nouveau réouvertes et de nouvelles fissures sont apparues à côté de celles traitées. Des revêtements ont également été mis en oeuvre sur les ouvrages atteints d'alcali-réaction: - la mise en peinture des ouvrages n'a pas empêché le développement de l'alcali-réaction, - l'application de résine acrylique sur la surface des ouvrages malades a été décevante; après une période de stagnation, il a été constaté que l'alcali-réaction continuait de progresser, - des applications de silanes ont également été tentées. Bien que présentant une bonne résistance à la pénétration d'eau, le béton ne résiste pas à long terme à l'alcali-réaction. Les seuls traitements efficaces à ce jour sont des traitements mécaniques consistant à scier le béton afin de libérer les contraintes internes de ce dernier. Néanmoins, cette méthode est très inesthétique et ne peut être appliquée que sur les ouvrages de dimension très importante. La demanderesse a maintenant découvert, de façon surprenante, un traitement mettant en oeuvre une solution colloïdale de silicates de métaux alcalins permettant de stopper efficacement l'alcali-réaction. La présente invention a donc pour objet l'utilisation d'une solution colloïdale de silicates de métaux alcalins pour le traitement d'ouvrages en béton touchés par l'alcali-réaction. Les métaux alcalins sont choisis de préférence parmi le sodium, le potassium et le lithium. Une solution colloïdale de silicates de métaux alcalins selon la présente invention est définie comme une solution colloïdale de silicates de sodium et/ou de silicates de potassium et/ou de silicates de lithium. Dans une forme particulière de l'invention, le silicate de métal alcalin mis en oeuvre est un silicate de sodium et la solution colloïdale de silicates de sodium comprend à l'analyse 30 à 70% en poids de silice, 5 à 20% en poids de sodium et préférentiellement 40 à 55% en poids de silice et 8 à 14 % en poids de sodium exprimé par rapport au poids total de la composition. Un autre objet de l'invention consiste en l'utilisation d'une solution de silicates de métaux alcalins comprenant en outre des sels de potassium et/ou de fer et/ou d'aluminium et/ou de magnésium. Ces derniers sont compris dans les solutions utilisées dans la présente invention dans des proportions en poids inférieures à 1%. La présente invention concerne également l'utilisation d'une solution colloïdale comprenant à l'analyse 40% en poids de silice, 11,5% en poids de sodium ainsi que des sels de potassium, de fer, d'aluminium et de potassium seuls ou en mélange dans des proportions inférieures à 1% en poids par rapport au poids de la composition. La présente invention concerne également un procédé de traitement d'ouvrages touchés par l'alcali-réaction consistant en l'application d'une solution colloïdale de silicates de métaux alcalins telle que définie ci-dessus sur lesdits ouvrages. Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, on applique dans un premier temps une solution à base d'ions Ca2+ et, après séchage, on applique une solution colloïdale telle que définie cidessus. Un autre procédé de traitement consiste en l'application d'une solution à base de silicates de métaux alcalins telle que définie ci-dessus suivie, après séchage, de l'application d'une solution à base d'ions Ca2+. Une solution à base d'ions Ca2+ est, par exemple, une solution de chaux saturée. Un mode d'application d'une composition telle que définie cidessus consiste à pulvériser cette composition sur toute la surface de l'ouvrage en béton. Un autre mode d'application consiste en l'injection sous pression d'une solution colloïdale de silicates tel que définie ci-dessus. Pour cela, il suffira de forer préalablement le béton et d'y injecter les solutions préconisées ci-dessus. Cette pression peut être maintenue pendant un certain temps afin d'optimiser la pénétration des solutions dans le béton. Les forages sont ensuite bouchés au mortier. Un autre procédé de traitement d'ouvrages touchés par l'alcali-réaction consiste en l'application sur une surface horizontale desdits ouvrages d'une solution colloïdale de façon à ce que cette solution pénètre par gravité dans lesdits ouvrages. D'autres modes d'application peuvent également convenir, comme par exemple des procédésspar ultra-sons ou électriques. Ces procédés d'application peuvent également être utilisés afin d'appliquer une solution à base d'ions Ca2+. Un des procédés particulièrement préféré de la présente invention consiste en une ou plusieurs applications d'une solution colloïdale telle que définie ci-dessus et en une ou plusieurs applications d'une solution à base d'ions Ca2+, ces applications pouvant être successives et/ou alternées. Par exemple, il est possible d'appliquer plusieurs couches de solutions colloïdales définies ci-dessus, ces solutions pouvant être diluées différemment. Une solution à base d'ions Ca2+ peut être ensuite appliquée sur l'ouvrage traité. Cet ouvrage peut aussi être traité d'abord par une solution à base d'ions Ca2+ puis par des solutions colloïdales définies ci-dessus, pouvant être de différentes dilutions. Une solution d'ions Ca2+ peut alors être appliquée. Ces applications peuvent être suivies de l'application d'une solution colloïdale, préférentiellement diluée. Un autre objet de l'invention concerne les ouvrages en béton atteints d'alcali-réaction traités par une solution colloïdale de silicates de métaux alcalins. Un objet de l'invention concerne aussi les ouvrages en béton atteints d'alcali-réaction traités par un procédé tel que défini cides sus. Les exemples suivants sont destinés à illustrer l'invention, sans pour autant présenter un caractère limitatif. Exemple 1 Dans un premier temps, l'alcali-réaction a été diagnostiqué sur des balcons. Ces balcons présentaient notamment un décalage très net entre leur plancher et le plancher des balcons adjacents. Cette différence pouvait atteindre plusieurs centimètres. Le carrelage en surface des balcons a été déformé. Il a été également constaté la présence d'un réseau de fissures important. Par analyse par MEB, des signes nets d'alcali-réaction sous la forme de gels et parfois de cristaux silico-calco-potassiques ont été mis en évidence. Sur ces balcons, le traitement suivant a été appliqué a) Dans un premier temps une solution à base de Ca2+, en l'occurrence une solution de chaux saturée, a été dispersée sur la surface du balcon. Après séchage, une pulvérisation d'une solution A, contenant 40% de silice, 11,5% de sodium et moins de 1% de potassium et des traces de fer et d'aluminium, diluée à 80% d'eau a été pulvérisée sur la surface du balcon. Après séchage, la même solution A, mais diluée à 70% d'eau a été pulvérisée sur la surface du balcon. Après séchage, une solution à base de Ca2+, en l'occurrence une solution de chaux saturée a été dispersée sur le balcon. Finalement, la solution A, diluée à 30% d'eau a été appliquée sur la surface du balcon. b) Des forages, à raison de 25 trous au m2 ont été réalisés dans lesquels il a été injecté sous pression une solution de chaux saturée, puis la solution A diluée à 60% a été injectée sous pression; cette pression étant maintenue pendant 4 heures. Les forages ont été ensuite bouchés au mortier. c) Il a ensuite été effectué une mise en charge du balcon, sur une hauteur de 4 cm, de solution A diluée à 80% d'eau. Trois jours après, une mise en charge du balcon sur une hauteur de 4 cm avec de l'eau de ville a été réalisée. Les balcons ainsi traités présentent une résistance à l'alcali-réaction. Exemple 2 Des essais comparatifs ont été effectués sur des prismes de béton préparés avec un gravillon potentiellement réactif. Cinq séries de prismes ont été testées, trois de ces séries étant dopées en alcalin par ajout de NaOH à l'eau de gâchage, cet ajout permettant d'accélérer l'alcali-réaction en se plaçant dans des conditions très sévères. La solution A est une solution selon la présente invention à base de silicates de sodium. La solution B est une solution selon la présente invention à base de silicates de potassium. Le traitement des prismes est effectué suivant des cycles alternés immersion dans une solution A ou B diluée dans de l'eau séchage. Les cycles sont les suivants immersion dans la solution A ou B, 10% en volume 5 jours séchage à l'air à 20 OC 3 jours immersion dans la solution A ou B, 20% en volume 5 jours séchage à l'air 20 OC 3 jours immersion dans la solution A ou B, 30% en volume 5 jours séchage à l'air 20 OC 3 jours immersion dans une solution A ou B, 50% en volume 5 jours séchage à l'air 20 "C 2 jours Une autre série de prismes (série 5) a subi les cycles ci-dessus après immersion préalable de 5 jours dans une solution d'ions Ca++ suivis de 2 jours de séchage à 200C. Une autre série de prismes (série 4) a subi les cycles décrits ci-dessus, après conservation préalable en réacteur à 600C et 100% d'humidité relative; il est ainsi possible de tester la capacité des solutions de la présente invention à stopper une réaction d'alcali-réaction en cours. Les résultats obtenus ont été résumés dans le tableau I. Tableau I Série Traitement des prismes Dopage Expansion NaoH ( m/m) + oui -non 3 mois 6 mois 12 mois 1 Béton témoin sans traitement + 640 730 830 2 Solution A 50 60 185 Cycles immersion/séchage 3 Solution A + 110 210 260 Cycles immcrsionlsecba e 4 Solution A - Activé + 80 80 200 Cycles inimersionisécha e 5 Ca2+ puis solution A 10 85 180 Cycles immersionisécha e 6 Solution B + 30 85 200 Cycles immersion/séchage Après 12 mois en réacteur à 600C et 100% d'humidité relative, le béton témoin présente un gonflement très important, tandis que les bétons traités selon la présente invention présentent un gonflement environ quatre fois moindre. Par analyse au MEB, il a été observé que le béton témoin contient des gels silico-calco-alcalins tandis que les bétons traités selon la présente invention n'en contiennent pas ou n'en contiennent plus pour la série 4. REVENDICATIONS 1. Utilisation d'une solution colloïdale de silicates de métaux alcalins pour le traitement d'ouvrages en béton touchés par l'alcaliréaction. 2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les métaux alcalins sont choisis parmi le sodium, le potassium et le lithium. 3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la solution colloïdale de silicates de métaux alcalins est une solution colloïdale de silicates de sodium et/ou de silicates de potassium et/ou de silicates de lithium. 4. Utilisation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la solution colloïdale de silicates est composée à l'analyse de 30 à 70% en poids de silice et de 5 à 20% en poids de sodium, préférentiellement de 40 à 55 % en poids de silice et de 8 à 14 % en poids de sodium par rapport au poids total de la composition. 5. Utilisation selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la solution colloïdale de silicates de sodium comprend 40% en poids de silice et 11,5% en poids de sodium par rapport au poids total de la composition. 6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisée en ce que la solution colloïdale de silicates de métaux alcalins comprend en outre des sels potassium et/ou de fer et/ou d'aluminium et/ou de magnésium dans des proportions en poids inférieures à 1% par rapport au poids total de la composition. 7. Procédé de traitement d'ouvrages touchés par l'alcaliréaction, caractérisé en ce que l'on applique sur lesdits ouvrages une solution colloïdale de silicates de métaux alcalins. 8. Procédé de traitement d'ouvrages selon la revendication 7, caractérisé en ce que les métaux alcalins sont choisis parmi le sodium, le potassium et le lithium. 9. Procédé de traitement d'ouvrages selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la solution colloïdale de silicates de métaux alcalins est une solution colloïdale de silicates de sodium et/ou de silicates de potassium et/ou de silicates de lithium. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la solution colloïdale de silicates de sodium comprend à l'analyse 30 à 70% en poids de silice et 5 à 20% en poids de sodium, préférentiellement 40 à 55%, de silice et 8 à 14% de sodium, par rapport au poids total de la composition. 11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la solution colloïdale comprend à l'analyse 40% en poids de silice et 11,5% en poids de sodium par rapport au poids total de la composition. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la solution colloïdale de silicates de métaux alcalins utilisée comprend en outre des sels de potassium et/ou de fer et/ou d' aluminium et/ou de magnésium dans des proportions inférieures à 1% en poids par rapport au poids total de la composition. 13. Procédé de traitement d'ouvrages en béton touchés par l'alcali-réaction, caractérisé en ce que l'application d'une solution telle que définie dans l'une quelconque des revendications 7 à 11, est précédée de l'application d'une solution à base d'ions Ca2+. 14. Procédé de traitement d'ouvrages touchés par l'alcaliréaction, caractérisé en ce que l'application d'une solution telle que définie dans l'une quelconque des revendications 7 à 11, est suivie de l'application d'une solution à base d'ions Ca2+. 15. Procédé de traitement d'ouvrages touchés par l'alcaliréaction, caractérisé en ce qu'une solution telle que définie dans l'une quelconque des revendications 7 à 1 1 est appliquée sur lesdits ouvrages par pulvérisation. 16. Procédé de traitement d'ouvrages touchés par l'alcaliréaction, caractérisé en ce qu'une solution telle que définie dans l'une quelconque des revendications 7 à 1 1 est appliquée à l'intérieur desdits ouvrages par injection sous pression. 17. Procédé de traitement d'ouvrages touchés par l'alcaliréaction, caractérisé en ce qu'une solution telle que définie dans l'une quelconque des revendications 7 à 11 est appliquée sur une surface horizontale desdits ouvrages de façon à ce que cette solution pénètre par gravité dans lesdits ouvrages. 18. Procédé dc traitement d'ouvrages touchés par l'alcaliréaction selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'application d'une solution telle que définie dans l'une quelconque des revendications 7 à 11 est précédée et/ou suivie par l'application d'une solution à base d'ions Ca2+. 19. Procédé de traitement d'ouvrages touchés par l'alcaliréaction caractérisé en une ou plusieurs applications d'une solution telle que définie dans l'une quelconque des revendications 7 à 11, et en une ou plusieurs applications d'une solution à base d'ions Ca2+, ces applications pouvant être successives et/ou alternées. 20. Ouvrage en béton touché par l'alcali-réaction traité par une solution colloïdale de silicates de métaux alcalins. 21. Ouvrage en béton touché par l'alcali-réaction traité selon l'un des procédés définis dans l'une quelconque des revendications 7 à 19.