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Ciments SR et HSR: lesquels résistent le mieux aux sulfates'

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Ciments SR et HSR:  lesquels résistent le mieux aux sulfates'

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Les sulfates sont les ennemis du béton. Ils forment un sel expansif qui peut venir le détériorer. Les rédacteurs de normes et de cahiers des charges le savent bien et c'est pourquoi, bien souvent, on peut y lire que le ciment à incorporer au béton doit être «à haute résistance aux sulfates» ou «HSR» («High Sulfate Resisting»). Cette dénomination était la seule reconnue en Belgique jusqu'en 2011. Mais les normes évoluent et les ciments résistant aux sulfates portent désormais deux appellations: il y a toujours ceux qui portent l'appellation «HSR», mais aussi ceux qu'on appelle «SR» («Sulfate Resisting»). On pourrait croire que cette dernière appellation désigne des ciments moins résistants aux sulfates, mais ce n'est nullement le cas! Quelques mots d'explication s'imposent donc'

Quand utilise-t-on un ciment à haute résistance aux sulfates'

Le sol et les eaux souterraines peuvent conte­nir des sulfates provenant quelques fois d'activités industrielles antérieures et qui peuvent aussi apparaître suite à l'utilisation de certains engrais. Les eaux les charrient et ils peuvent se retrouver en contact avec le béton. Ces sulfates peuvent alors pénétrer dans les bétons, surtout par diffusion ou par absorption capillaire et quand ils y ont pénétré, ils se mettent à réagir avec les produits d'hydratation du ciment. Cette réaction donne un produit expansif, qui dégrade progressivement le béton: l'ettringite - également appelée sel de Candlot - se forme et dégrade et fragilise le béton (cfr. photo).

Quand un béton est très compact, avec une teneur cor­recte en ciment et un poids d'eau de gâchage pas trop élevé par rapport à celui du ciment (le fameux rapport «E/C»), ainsi qu'un bon squelette de granulats bien répartis dans la masse du béton, sa résistance aux sulfates est meilleure. Mais même ce caractère compact ne suffit plus, dès que l'eau ou les terres qui sont en contact avec le béton ont une teneur en sulfates qui dépasse 500 mg/l ou 3.000 mg/kg. Avec de telles teneurs en sulfates, la norme NBN B 15-001 préconise de passer à un ciment à haute résistance aux sulfates.

Nouvelles normes et nouvelles dénominations'

En 2000, la norme européenne NBN EN 197-1 intitulée «Ciment» répertoriait les ciments sans faire la moindre mention de leur résistance aux sul­fates.

C'est à travers des normes nationales que la résistance aux sulfates est prise en compte. La norme belge NBN B 12-108 intitulée «Ciments. Ciments à haute résistance aux sulfates» désigne certains ciments comme «HSR»: ce sont ceux qui possèdent une haute résistance aux sulfates.

En 2011 enfin, la nouvelle édition de la norme européenne NBN EN 197-1 introduit sept ciments considérés comme résistant aux sulfates et les désigne par la mention «SR». L'annexe A de cette norme européenne admet cependant que d'autres ciments puissent être considérés, sur le plan national, comme résistant aux sulfates. Ce qui nous renvoie, dans le cas de la Belgique, vers la norme NBN B 12-108 qui, elle, utilisait comme on l'a vu une autre dénomination, à savoir HSR.

Cette norme belge NBN B 12-108 datant de 2006 a dès lors été révisée, pour la rendre conforme à la norme européenne, dernière en date. Chez nous, certains ciments peuvent être considérés comme résistant aux sulfates, alors qu'ils ne sont pas définis comme tels dans la norme européenne. Ils sont dénommés HSR. Certains ciments SR de la norme européenne sont repris dans la norme belge, d'autres ne le sont par contre pas.

De plus, la marque BENOR est liée à la norme belge en ce qui concerne la caractéristique «résistance aux sulfates». Cette marque permet d'avoir un contrôle de qualité plus sévère que ce qui est requis au niveau européen pour le marquage CE. Par exemple, un contrôle externe de la com­position des CEM III/B-SR (celle qui définit la résistance aux sulfates) est réalisé dans le cadre de la marque BENOR, mais pas dans celui du marquage CE, qui ne fait mention que d'un simple autocontrôle.

La révision de la norme belge NBN B 12-108, dont la publication est attendue dans le courant de cette année 2015, définira deux types de ciments à considérer chacun comme à haute résistance aux sulfates:

1. les ciments SR: ces ciments considérés par l'Europe comme «résistant aux sulfates» (SR) devraient être considérés chez nous comme «hautement résistant aux sulfates», mais comme ils sont déjà marqués «SR» dans leur dénomination cou­verte par le marquage CE, il n'était plus possible de les appeler «HSR» en Belgique.

2. les ciments HSR: ce sont ceux qui ne figurent pas parmi ceux considérés comme résistant aux sulfates dans la norme européenne, mais qui restent néanmoins considérés comme à haute résistance aux sulfates au niveau belge.

On comprend mieux, dès lors, que cette distinction entre SR et HSR ne préjuge paradoxalement en rien du degré de résistance aux sulfates. Le SR signifie simplement que le ciment est repris dans la norme européenne comme résistant aux sulfates. Et le HSR signifie qu'il ne l'est pas' mais qu'il l'est bien dans la norme belge. Tous ces ciments sont doréna­vant dénommés «ciments à haute résistance aux sulfates selon la NBN B 12-108». C'est cette appellation complète qui devrait figurer dans les cahiers des charges à la place de l'ancienne désignation «HSR».

Quels sont les ciments à haute résistance aux sulfates'

Lors de la réaction d'hydratation (la réaction du ciment en présence de l'eau), certains constituants du ciment (les oxydes de calcium et les aluminates, par exemple) forment des produits pouvant réagir avec les sulfates et provoquer une réaction expansive. En limitant ou en évitant complètement ces constituants dans le ciment, on obtient un béton qui résiste mieux aux sulfates. On retrouve cette propriété dans:

n les ciments Portland naturellement pauvres en aluminates C3A;

n les ciments de haut fourneau à forte teneur en laitier;

n les ciments composés dont la teneur en chaux (CaO), source d'ion calcium, est faible.

Ces considéra­tions scientifiques ont été traduites dans les normes imposées aux ciments. Le tableau ci-dessous répertorie les types de ciment à (haute) résistance aux sulfates selon les différentes normes.

On y constate que la norme belge révisée de 2015 n'a pas repris tous les ciments «SR» figurant dans la norme européenne de 2011. C'est le cas des ciments pouzzolaniques CEM IV SR qui n'ont jamais été utilisés en Belgique dans des ouvrages en contact avec des sulfates. C'est aussi le cas du ciment Portland CEM I-SR 5 avec une teneur en C3A allant jusqu'à 5 %, la Belgique estimant qu'à un taux si élevé de C3A, la résistance aux sulfates n'est plus suffisante. On voit également que l'édition 2006 de la norme belge donnait certaines limites qui ont été revues en 2015.

Référence

Le texte qui précède se base sur un article rédigé dans le cadre de l'Antenne Normes Béton-Mortier-Granulats, subsidiée par le SPF Economie. Seul ce texte original rédigé par des spécialistes du CSTC (L. Kupers, m. sc. geol., chercheur, laboratoire Technologie du béton, V. Dieryck, ir., chef de projet senior de la division Béton et chimie du bâtiment et V. Pollet, ir., chef adjoint du département Matériaux, technologie et enveloppe) peut être cité en référence.

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