Lorsque la température dépasse 30 °C, la réaction d'hydratation et l'évaporation de l'eau du béton s'accélèrent, ce qui entraîne une forte baisse des performances, affectant gravement la qualité de la construction et la durabilité structurelle. Dans cet article, nous analyserons en détail l'impact des températures élevées sur le béton et proposerons des solutions pour vous aider dans vos projets.
Quels effets un environnement à haute température aura-t-il sur les performances du béton ?
>> Perte d'affaissement et temps de prise
La perte par affaissement est accélérée. Pour chaque augmentation de température de 10 °C, le taux d'hydratation du ciment est multiplié par 2 à 3. À 30 °C, l'affaissement du béton ordinaire peut diminuer de plus de 50 % en une heure. De plus, le taux d'évaporation de l'eau augmente considérablement, ce qui entraîne d'importants ressuages en surface.
Temps de prise anormal. Le temps de prise initial peut être réduit de 40 à 60 %. Un phénomène de « faux durcissement » est fréquent : la surface est durcie, mais l'intérieur reste plastique. Le temps de prise final est difficile à contrôler, ce qui affecte le processus de construction ultérieur.
>> L'eau de surface s'évapore trop rapidement et le retrait du plastique se fissure
Une température élevée accélère l'évaporation de l'eau à la surface du béton, provoquant une perte rapide d'eau superficielle, alors que l'eau interne n'a pas encore migré vers la surface, créant ainsi un gradient d'humidité. Lorsque le taux d'évaporation dépasse le taux d'infiltration d'eau, des contraintes de traction se forment à la surface, augmentant significativement le risque de fissures de retrait plastique.
Les fissures de retrait plastique apparaissent souvent avant la prise initiale, notamment en cas de vents forts ou de faible humidité. Elles peuvent s'étendre à la structure, réduisant ainsi la durabilité du béton.
>> Accélération de la réaction d'hydratation et déséquilibre entre le développement de la force
Pour chaque augmentation de température de 10 °C, le taux d'hydratation du ciment silicate est multiplié par 2 à 3. Le C₂S réagit rapidement à haute température pour former un gel CSH, mais la répartition du produit est inégale.
Les produits d'hydratation précoce s'accumulent en masse autour des particules, entravant la pénétration ultérieure de l'eau. Le développement de la résistance initiale est trop rapide et la croissance ultérieure est limitée, ce qui entraîne une réduction de 5 à 15 % de la résistance à 28 jours. La porosité du béton durci à haute température est de 3 à 8 % supérieure à celle du béton durci classiquement.
>> Contraintes thermiques et fissures dues à la température
La température au cœur du béton de grand volume peut atteindre 70 à 80 °C, tandis que la surface est refroidie à 30 à 40 °C par l'environnement. Lorsque la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur est supérieure à 25 °C, des contraintes de traction peuvent facilement se former et des fissures se forment.
Type de fissure : Les fissures de température précoces sont généralement perpendiculaires au côté long de la structure, tandis que les fissures de retrait de séchage ultérieures sont fissurées. Pour chaque augmentation de 10 °C de la différence de température, la déformation due au coefficient de dilatation thermique augmente de 0.01 %.
>> Dégradation de la durabilité à long terme
Perméabilité accrue : Une température élevée entraîne une connectivité accrue des pores capillaires, le coefficient de diffusion des ions chlorure peut augmenter de 50 % à 100 % et la profondeur de carbonatation augmente de 30 % à 60 %.
Érosion chimique : Dans un environnement sulfaté, une température élevée (> 40 °C) accélère la conversion du sulfonate de calcium en gypse, et le taux d'expansion est multiplié par 2 à 3. La vitesse de réaction alcali-granulat à 80 °C est 10 fois supérieure à celle à 20 °C.
Dégâts dus au gel-dégel : La détérioration de la structure des pores réduit la résistance au gel et le module d'élasticité dynamique relatif peut être inférieur à 60 % après 300 cycles de gel-dégel (la norme exige > 80 %).
>> Détérioration de la microstructure
Déshydratation à haute température : Le gel CSH perd l'eau liée à 100-300℃, le ciment Portland se décompose au-dessus de 300℃, Ca(OH)₂ se déshydrate en CaO à 500℃ et la réhydratation conduit à une expansion secondaire.
Effet de changement de phase : L'agrégat de quartz subit un changement de phase α-β à 573℃, avec une expansion volumique de 0.85 %, ce qui exacerbe le risque de fissuration.
Observation microscopique : Au-dessus de 400℃, la porosité du béton augmente de 10% à 25% et la distribution de la taille des pores migre vers >100 nm.
>> Les performances de liaison des barres d'armature diminuent
Effet de la température : La résistance de liaison entre les barres d'acier et le béton diminue d'environ 15 % à 100 °C et de plus de 50 % à 400 °C. La force de traction mécanique des barres d'acier filetées est affaiblie par le desserrage du béton.
Montant du bordereau : La quantité de glissement limite peut augmenter de 200 à 300 % à haute température, ce qui entraîne une réduction de la capacité de travail collaboratif.
Quelles mesures peuvent être prises pour réduire l’impact des températures élevées sur les performances du béton ?
>> Contrôle et refroidissement des matières premières
(1) Abaissement de la température globale
Ombres. Un parasol est installé dans la cour agrégée pour éviter la lumière directe du soleil, ce qui peut réduire la température de 5 à 10 ℃.
Refroidissement par pulvérisation d'eau. Pulvérisez de l'eau froide sur les agrégats grossiers et fins avant de mélanger, mais faites attention à la quantité d'eau pulvérisée pour éviter qu'une humidité excessive n'affecte le rapport de mélange.
Utiliser des granulats refroidis. De l'azote liquide ou de l'air froid est utilisé pour refroidir les granulats si nécessaire. Cette méthode convient aux bétons de gros volumes.
(2) Abaissement de la température de l'eau de mélange
Ajout de glace au mélange. Le remplacement d'une partie de l'eau de mélange par de la glace pilée peut réduire la température du béton de 5 à 8 °C.
Mélange d'eau froide. Utilisez de l’eau froide à 4 à 10 °C et évitez d’utiliser de l’eau souterraine à haute température ou de l’eau en circulation.
(3) Sélection du ciment
Utilisez de préférence du ciment à faible chaleur ou ajoutez des cendres volantes ou des scories pour réduire la chaleur d'hydratation.
>> Optimiser la conception du mélange
(1) Réduire le dosage du ciment
Ajoutez des cendres volantes ou de la poudre de laitier pour réduire l'augmentation de la température de la chaleur d'hydratation de 10 à 15 ℃.
Utilisez un mélange de béton à haute résistance pour réduire le rapport eau-ciment et réduire le retrait.
(2) Utiliser des adjuvants retardateurs
L'utilisation d'un réducteur d'eau à base d'acide polycarboxylique et d'un retardateur de gluconate de sodium peut retarder le temps de prise de 1 à 3 heures et réduire la perte d'affaissement.
L'agent entraîneur d'air peut améliorer la résistance au rétrécissement du plastique.
>> Contrôle du processus de construction
(1) Contrôler la température de coulée
La température du moule doit être ≤ 30 ℃, qui peut être relâchée à 35 ℃ dans les zones chaudes, mais un entretien est nécessaire.
Verser la nuit ou pendant les périodes de basses températures, en évitant les périodes de fortes températures.
(2) Réduire le temps de transport et de coulage
Utilisez un pare-soleil ou une peinture réfléchissante sur les camions malaxeurs pour réduire l’augmentation de la température pendant le transport.
Utiliser un agent de pompage pour améliorer la fluidité et réduire le temps de stagnation.
(3) Coulée et refroidissement en couches
Du béton de grand volume est coulé en couches et des tuyaux d'eau de refroidissement sont enterrés pour faire circuler l'eau froide nécessaire au refroidissement.
Les structures à parois minces accélèrent le coulage et empêchent la perte d'eau prématurée à la surface.
>> Mesures d'entretien
(1) Entretien hydratant en temps opportun
Recouvrir immédiatement de toile de jute humide ou de géotextile après la prise initiale et continuer à arroser pendant plus de 7 jours.
Agent de durcissement par pulvérisation pour réduire l'évaporation de l'eau.
(2) Coupe-vent et pare-soleil
Installer des brise-vent pour réduire l’évaporation causée par le flux d’air.
Couvrir d'un film réfléchissant blanc pour réduire la température de surface de 5 à 10 ℃.
(3) Durcissement à la vapeur des composants préfabriqués
Utilisez un durcissement à la vapeur à basse température pour éviter les microfissures causées par une température élevée.
>> Suivi et contrôle qualité
(1) Surveillance de la température
Enterrez des capteurs de température pour surveiller la différence de température entre le noyau et la surface.
Utilisez des thermomètres infrarouges pour vérifier la température de surface afin d’éviter une surchauffe locale.
(2) Résistance et détection des fissures
Des tests de résistance précoces sont effectués les premier, troisième et septième jours pour évaluer l’impact des températures élevées afin que des contre-mesures puissent être prises en temps opportun.
Utilisez un microscope à ultrasons ou à fissures pour vérifier les microfissures précoces.
Quels adjuvants pour béton peuvent résister à l’impact des températures élevées ?
>> Béton Ralentisseurs
Fonction: Retardez le taux d'hydratation du ciment, compensez la prise prématurée causée par une température élevée, réduisez la température de pointe de 5 à 10 ℃ et réduisez le risque de fissures plastiques.
Matériaux typiques:
Le gluconate de sodium: Retarder le temps de prise initial de 1 à 3 heures, dosage de 0.03 % à 0.1 %.
Lignosulfonate de sodium: A des effets retardateurs et réducteurs d'eau, dosage de 0.1% à 0.3%.
>> Réducteur d'eau à haute efficacité
Fonction: Réduit la consommation d'eau (15 à 30 %) et améliore la perte d'affaissement à haute température. Parallèlement, il permet de réduire le rapport eau/ciment et d'augmenter la résistance ultérieure de 10 à 20 %.
Matériaux typiques:
Superplastifiant à base de polycarboxylate: meilleure résistance aux hautes températures, l'affaissement peut être maintenu pendant plus de 2 heures à 30 ℃, dosage 0.1 % ~ 0.3 %.
Naphtaline à base de superplastifiant ou série mélamine : doit être utilisé en combinaison avec un retardateur de prise pour béton.
>> Agents entraîneurs d'air
Fonction: Introduire de minuscules bulles pour soulager la pression causée par l'évaporation rapide de l'eau à haute température. Le dosage est contrôlé entre 0.005 % et 0.02 %, et la teneur en air entre 4 % et 6 %. Un entraînement d'air excessif réduira la résistance.