Le froid et notamment le gel, peuvent sérieusement altérer les propriétés du béton. Le durcissement est ralenti et la résistance finale est moindre. 

Accélération du durcissement / béton d’hiver

Pendant le transport, le béton doit être protégé de la pluie et du gel. En cas de gel, le bétonnage n’est autorisé qu’après avoir pris les mesures de protection nécessaires.

Celles-ci doivent être maintenues depuis le début de la fabrication du béton jusqu’à la fin du traitement de cure. Elles dépendent de la température ambiante extérieure, de l’humidité de l’air, des conditions de vent, de la température du béton frais, du développement et de la perte de chaleur du béton ainsi que des dimensions du chantier. A moins de prendre des mesures adéquates, la température du béton frais ne doit, jamais descendre audessous de +5 °C pendant le gâchage et la mise en place. Si nécessaire, préchauffer l’eau de gâchage et les granulats. 

Recommandations :

  •     Placer un ou plusieurs thermomètres à proximité de l’ouvrage, sur sa partie exposée et noter l’évolution de la température T.
  •     Si T ˃ +5°C, il n’est pas nécessaire de prendre de précautions particulières.
  •     Si 0°C  ≤ T ≤ +5°C les dispositions à prendre sont les suivantes :
    • Vérifier que les granulats ne sont pas gelés
    • Ne pas employer un ciment trop faiblement exothermique et les faibles dosages
    • Prévoir un accélérateur de prise
    • Eviter l’excès d’eau de gâchage

Le problème
Lors de basses températures, la prise du ciment est fortement ralentie. En cas de températures inférieures à 10 °C, les réactions chimiques du ciment sont suspendues (elles reprennent toutefois dès qu’il y a réchauffement). La situation la plus dangereuse est donnée lorsque le béton gèle pendant la prise, c’est-à-dire avant d’avoir atteint une résistance minimale. Il y a détérioration de la structure, accompagnée d’une perte correspondante de la résistance et de la qualité. Expérience faite, la résistance minimale à laquelle le béton doit résister sans dommage au premier gel est appelée résistance au gel. Elle est de 10 N/mm² environ. L’objectif principal est donc d’atteindre cette résistance au gel le plus rapidement possible.

Précautions

Température minimale 
La température du béton frais ne doit, pendant la mise en œuvre, jamais descendre en dessous de +5 °C. (Pour les éléments de construction minces et élancés et par des températures de +3 °C et plus basses, la norme exige une température du béton frais de +10 °C qui doit être maintenue durant 3 jours!). Ces températures minimales sont importantes pour que la prise puisse avoir lieu correctement. Le béton doit être protégé des pertes de chaleur pendant le transport et après la mise en place.

Mesures de protection sur le chantier 

  1. Ne pas bétonner sur ou contre un béton gelé existant. 
  2. La température des fers d’armature doit être supérieure à 0 °C. 
  3. La mise en place du béton doit être rapide et suivie immédiatement d’une protection contre les pertes de chaleur et l’évaporation (cette mesure est aussi importante qu’en été!). La mesure la plus appropriée est l’utilisation de nattes thermiques. 
  4. Pour les dalles: Prévoir éventuellement un chauffage du coffrage depuis le dessous 
  5. Contrôler régulièrement la température ambiante, de l’air et du béton, ainsi que l’évolution de la résistance (p.ex. au moyen d’un scléromètre) 
  6. Prolonger les délais de décoffrage

Les conditions climatiques ont une influence très importante sur la qualité finale du béton. On doit s’en préoccuper dès sa fabrication et jusqu’à sa maturité en passant par son transport, sa mise en œuvre et sa cure.

En règle générale, lorsque la température mesurée sur chantier est inférieure à  5 °C, la mise en place du béton est déconseillée. Entre  - 5 °C et + 5 °C,elle ne peut se faire qu’avec des moyens efficaces pour prévenir les effets dommageables du froid. Le présent document ne traite que de l’effet des basses températures sur le béton frais. 

Conséquences de la baisse de température sur les bétons frais

Sur béton frais, la baisse de température dans une plage n’atteignant pas le gel, ralentit les réactions exothermiques d’hydratation du ciment.

On constate :

  • un retard du début de prise 
  • un allongement du temps de durcissement 

On observe aussi une augmentation du ressuage.

Conséquences du gel sur le béton frais

Lorsque le béton frais gèle, les réactions d’hydratation cessent et le durcissement est complètement arrêté.
Si le gel intervient avant le début de prise, il provoque uniquement un gonflement, le durcissement reprenant normalement dès que la température redevient positive (vers 5 °C). L’effet du gonflement conduit néanmoins à une baisse de résistance. Si le gel intervient au début du durcissement, la porosité est augmentée, l’adhérence pâtegranulat diminue et les résistances mécaniques sont fortement altérées. Dans ce cas, les dommages sont irréversibles, il est donc extrêmement important d’anticiper l’évolution climatique avant la mise en oeuvre et de prendre les dispositions nécessaires. La résistance finale du béton est d’autant plus affectée que le gel du béton est précoce.

Précautions à prendre pour le bétonnage par temps froid

Pour mettre en oeuvre correctement par temps froid, il est indispensable :

  • d’adapter la composition du béton,
  • d’apporter et de maintenir une quantité de chaleur au béton frais,
  • de maintenir ces dispositions de protection en place audelà des délais habituels.

Composition du béton

La composition du béton devra être soigneusement étudiée notamment sur :

  • le choix du ciment : un ciment de type CEM I de classe 52,5 ou 42,5 (ou de sous classe R) est recommandé,
  • le dosage du ciment : il est recommandé de se tenir à des dosages élevés supérieurs à 30 kg/m3,
  • le choix des granulats : les granulats seront non poreux, non gélifs, propres et non gelés,
  • le dosage en eau : le dosage en eau devra être le plus faible possible,
  • l’adjuvantation : l’emploi d’adjuvants tels que réducteurs d’eau, accélérateurs de prise et accélérateurs de durcissement est conseillé. Il est indispensable de réaliser des études préalables de compatibilité ciment-adjuvant et de les mener dans les conditions voisines du chantier.

Apport et maintien de chaleur

Le béton peut être chauffé lors de sa fabrication par l’eau ou les granulats. Il peut être ensuite maintenu à température par chauffage de l’atmosphère ambiante ou du coffrage. Le ciment, l’eau et les granulats contribuent dans des proportions variables à l’élévation de la température du béton.

Calorifugeage

Les coffrages pourront comporter une isolation qui limitera les échanges thermiques avec l’extérieur.

Transport

Le transport du béton frais ainsi que l’attente des toupies seront le plus court possible.

Étuvage

L’étuvage du béton au cours de son durcissement accélérera l’hydratation du ciment.

Protection de surface

La surface du béton en contact avec l’air devra être protégée du froid, par exemple avec une bâche isolante. 

Maintien des dispositions de protection :
les protections de surface doivent être maintenues au moins pendant 72 heures ;
le décoffrage ne doit être effectué que si le béton a atteint une résistance mécanique suffisante de l’ordre de 10 MPa,  les dispositifs d’étaiement doivent être maintenus en place pendant la période froide en particulier en présence de gel.Toutes ces mesures peuvent générer des coûts supplémentaires qui, de toute façon, seront moindres que ceux liés aux réparations ultérieures.

Cas des ciments à durcissement rapide
Les ciments à durcissement rapide comme le ciment d’aluminates de calcium fondu et le prompt, dégagent leur chaleur d’hydratation sur un temps très court. L’échauffement obtenu permet le bétonnage par des temps très froids ( 10 °C) ou dans des chambres froides. Les précautions à prendre sont identiques à celles des bétons de ciments courants. On se référera aux préconisations d’utilisation des fabricants.