L’eau, un élément essentiel à la fabrication du béton.

L’eau est un ingrédient indispensable à la fabrication du béton. Elle facilite la mise en œuvre du béton frais et enclenche sa prise, grâce à l’hydratation du ciment. L’augmentation ou la réduction de la quantité d’eau dans la composition du béton agit directement sur sa maniabilité, mais aussi sur sa résistance et sa durabilité. Toutefois, comme le durcissement résulte d’une combinaison complexe de plusieurs réactions chimiques d’hydratation, comment trouver le juste dosage ? Quelles sont les conséquences d’un excès ou d’un manque d’eau ?

Pour fabriquer du béton, suffit-il de mélanger du ciment, des granulats, d’ajouter de l’eau, puis d’attendre le séchage complet ? La réalité est plus compliquée qu’elle n’y paraît. D’une part, le ciment ne sèche pas pour durcir, pour preuve celui-ci peut parfaitement prendre sous l’eau ! Son durcissement est lié à des réactions chimiques d’hydratation en chaîne dont l’eau est le déclencheur. D’autre part, le béton en formation va également subir plusieurs variations de sa température, en alternant des périodes d’augmentation de chaleur et de refroidissement.

Néanmoins, une chose est certaine : la quantité d’eau présente dans le béton lui confère des caractéristiques spécifiques de résistance à la compression, à la traction et à la flexion. L’eau influe également sur le niveau d’élasticité et de porosité du matériau. En d’autres termes, le manque ou l’excès d’eau a des conséquences directes sur la performance et sur la longévité d’une construction en béton. C’est pourquoi il est indispensable de connaître la composition exacte des ouvrages réalisés. Il faut également considérer la quantité d’eau déjà présente dans les constituants du béton (humidité des granulats, notamment) avant d’ajouter l’eau de gâchage.

Le rapport eau/ciment

Le rapport eau/ciment (ou rapport E/C) est l’élément clé à connaître pour agir sur la résistance, la porosité et l’élasticité des bétons. Ce rapport est théoriquement communiqué par les fabricants qui effectuent un suivi régulier, voire permanent, du taux d’humidité des constituants du béton. Le rapport E/C est généralement de 0,4 et 0,6 pour un béton ordinaire. Les bétons à haute performance ou à très haute performance, quant à eux, ont des valeurs comprises entre 0,3 et 0,4.

Un béton avec un rapport E/C > 0,6 devient poreux, et donc très capillaire. Par conséquent, sa capacité à résister aux contraintes de compression, de traction et de flexion diminue également fortement ! Le béton est alors plus sensible aux déformations.

Le tableau ci-après vous présente les différences fondamentales entre un matériau avec un rapport E/C haut et un rapport E/C faible.

Le test du cône d’Abrams

Le test du cône d’Abrams permet de vérifier si la consistance du béton est bonne en vérifiant tout simplement son comportement à l’affaissement. Le cône utilisé fait 20 cm de diamètre à sa base, 10 cm de diamètre sur sa partie haute et 30 cm de hauteur.

Il s’effectue en 5 étapes :

1. Le cône est positionné au sol sur une surface plane.
2. Il est rempli de béton frais en 3 couches. Chaque couche est piquée 25 fois à l’aide d’une tige d’acier de 16 mm.
3. L’excédent de béton est raclé en partie haute.
4. Le cône est démoulé en position parfaitement verticale et rapidement (en 5 à 10 sec), mais surtout sans à-coups.
5. Sans attendre, l’affaissement est mesuré. Cette donnée correspond à la différence entre la hauteur du cône et du point le plus haut du béton coulé (cf. illustration ci-après).

Ensuite, la valeur obtenue est comparée avec les données des classes d’affaissement de la norme NF EN 12350-2 :

Comportement du béton face à l’eau : les facteurs à risque pour une perte de résistance

Le béton doit contenir le juste dosage en eau. En théorie, cela paraît simple. Mais dans la pratique, cela l’est beaucoup moins ! En effet, même un béton qui provient d’une centrale de béton prêt à l’emploi, et qui a subi pourtant de nombreux contrôles de qualité, peut contenir de l’eau en excès.

Ainsi, de nombreux paramètres peuvent interférer sur la teneur en eau du béton :

• Le stockage des composants du béton avant la fabrication. Les granulats sont parfois entreposés en plein air, ce qui peut faire varier leur hygrométrie ;
• La quantité d’eau de gâchage permettant de lier les constituants entre eux ;
• La porosité. Plus un béton est poreux, plus sa perméabilité et sa capillarité augmentent, comme c’est le cas avec les bétons drainants. Par ailleurs, sa résistance à la compression est aussi plus basse ;
• Les conditions météorologiques lors de la mise en œuvre (pluie battante, température excessive, etc.) ;
• L’ajout d’eau, de liants ou d’adjuvants. Les adjuvants améliorent les propriétés de résistance d’un béton. Toutefois, certains additifs retiennent une plus grosse quantité d’eau. C’est le cas notamment des superplastifiants ou des entraîneurs d’air qui forment des agglomérats d’une taille de 5 à 10 fois supérieure aux grains de ciment ;
• L’âge du béton, l’état de sa couche d’usure ou de protection, l’absence de pathologies (carbonatation, gélivité, etc.).

Bon à savoir : Il est possible d’utiliser un défloculant (de type plastifiant réducteur d’eau) pour briser les chaînes de grains du ciment et libérer l’excédent d’humidité.

Le rôle des adjuvants « réducteurs d’eau » et des « superplastifiants »

Comme précisé plus haut, pour faire simple : moins votre béton contient d’eau, meilleure est sa résistance. En revanche, il devient également moins maniable, et donc plus difficile à mettre en œuvre sur le chantier de construction ou de rénovation. L’emploi d’adjuvants permet de résoudre en partie ce problème !

Ainsi, les adjuvants permettent :

• De réduire la quantité d’eau de gâchage de 5 à 10 % pour les réducteurs d’eau et de 12 à 30 % pour les superplastifiants ;
• De diminuer la quantité de ciment ;
• D’abaisser le rapport eau/ciment, et donc d’améliorer la résistance du béton, notamment à son jeune âge ;
• D’augmenter la résistance à la pénétration des ions chlorures, et donc de limiter les agressions extérieures.

Les 4 phases de l’hydratation du béton

L’hydratation du ciment est l’étape qui permet d’obtenir un béton solide à partir d’un élément semi-liquide (la pâte de ciment). Elle comprend 4 phases :

1. La formation de l’ettringite et des métastables (C-S-H). Le malaxage du ciment avec de l’eau produit des réactions chimiques, presque immédiatement. La température s’élève et la concentration en ions augmente.
2. La période « dormante ». La structure de base du béton se met en place. Pendant 1 à 4 h, l’activité chimique est faible, peu de chaleur se dégage. L’eau de gâchage se sature progressivement en ions. À ce stade, le raidissement et le durcissement du béton commencent à peine à s’opérer !
3. La reprise de l’hydratation. Les réactions chimiques s’accélèrent. La pâte de ciment commence à prendre. La chaleur générée à ce stade est maximale. Les hydrates se combinent pour créer un élément solide.
4. Le durcissement définitif. Cette étape peut parfois prendre plus de 1 an. La densité de la pâte cimentaire augmente, alors que l’activité chimique se réduit peu à peu. La température diminue progressivement jusqu’à atteindre le refroidissement complet du matériau.

La parfaite hydratation du ciment permet de réduire la porosité du béton et donc améliore sa résistance mécanique et sa résistance aux agents agressifs (sulfates, chlorures, CO₂, etc.). À l’inverse, une évaporation trop rapide de l’eau, à cause d’une température extérieure trop élevée lors de la mise en œuvre par exemple, provoque des phénomènes de retrait et de dessiccation. On peut éviter ce problème en effectuant une cure du béton.

L’importance de la bonne mise en œuvre sur le chantier

Lorsque tous les constituants du béton se mélangent avec de l’eau, un compteur s’active. Les 24 heures qui suivent sont essentielles pour assurer une bonne prise. Des règles de mise en œuvre sont donc à respecter sur le chantier de construction ou de rénovation !

L’eau ne doit pas s’évaporer trop vite, mais le béton ne doit pas en manquer non plus. Il faut trouver la juste mesure de l’hydratation du béton, en tenant compte également de la température ambiante. C’est pourquoi une cure est systématiquement pratiquée (selon les normes DTU 21 et NF EN 13 670). La cure vise à assurer la protection du béton face aux aléas climatiques, notamment en cas de pic de chaleur. Elle lui confère également une bonne résistance à la compression, à la déformation, à la fissuration, aux cycles de gel-dégel, ainsi qu’une bonne durabilité.

Méthode de cure

Plusieurs méthodes de cure sont pratiquées selon le type d’ouvrage :

1. Coffrage du béton frais afin de bien le maintenir, pour les bétons banchés ou moulés.
2. Installation d’une bâche étanche à la vapeur d’eau, d’un papier imperméable ou d’une pellicule de plastique pour éviter que l’air n’assèche trop vite le béton ;
3. Pose d’une toile absorbante (géotextile) continuellement humidifiée ;
4. Pulvérisation d’un produit de cure (conforme à la norme NF P 18-370) à appliquer après évacuation de l’eau de ressuage. Ce traitement va assurer l’étanchéité à la surface du béton.
5. Pulvérisation d’eau sous forme de brouillard, par jet ou par arrosage, pour maintenir le béton suffisamment humide. Les phases de moulage et de séchage s’effectuent alternativement. Elles doivent varier en fonction de la température extérieure.

Par ailleurs, d’autres précautions sont également à prendre. En effet, Il est essentiel de contrôler le niveau de planéité avec un laser. Il ne faut pas interrompre un chantier de construction ou de rénovation pendant une durée trop longue. Enfin, des joints de retrait (ou « joint de fractionnement »), des joints de dilatation et de désolidarisation sont à réaliser pour éviter la fissuration du béton.