Qu'est-ce que l'écaillage des chaussées en béton ?
Écaillage est la perte de la surface supérieure d’une dalle de chaussée en béton, normalement sur 3 à 13 mm de profondeur. Il peut apparaître n’importe où sur la dalle. Le manuel LTPP (Long-Term Pavement Performance) de la FHWA le code comme dégradation 8b sur une chaussée en béton à joints et comme dégradation 4b sur une chaussée en béton armé continu. Le manuel PAVER de la FAA pour les aéroports en béton le code comme dégradation 70.
Le terme a le même sens sur une route, une aire de stationnement ou une chaussée d’aérodrome. La chaussée rigide est en général une chaussée en béton. Le PAVER décrit l’écaillage comme un délaminage ou une désagrégation de la surface de la dalle sur la profondeur du défaut.
Aspect
L’écaillage laisse une surface rugueuse et piquetée. La FHWA décrit l’écaillage dû aux produits de déglaçage comme une désagrégation de la couche la plus externe de pâte de ciment. Il reste une couche de pâte pulvérulente, des granulats libérés, ou des granulats propres, dépourvus de pâte. Le déneigement ou d’autres travaux peuvent enlever cette couche meuble. Il ne reste alors que la surface écaillée.
La FHWA ajoute que l’écaillage peut progresser, si bien que de nouvelles couches de pâte se perdent lors des cycles suivants. Dans bien des cas, l’écaillage reste dans la couche la plus externe pendant un hiver et ne progresse pas les hivers suivants.
Causes
Le manuel PAVER classe les causes en trois catégories.
- Défauts de construction : sur-finition, eau ajoutée à la surface pendant la finition, défaut de cure et réparations de surface du béton frais au mortier. Ils touchent en général une partie d’une dalle.
- Défauts des matériaux : entraînement d’air insuffisant pour le climat. Ils touchent en général plusieurs dalles coulées avec les mêmes gâchées de béton.
- Facteurs environnementaux : béton qui gèle alors qu’il est encore faible, et cycles thermiques dus à certains aéronefs. Le gel touche une grande zone. Les effets thermiques touchent des zones isolées.
L’AC 150/5380-6C de la FAA donne les mêmes deux causes principales sous une forme plus courte. Une surface affaiblie par une cure ou une finition inadéquate, puis exposée à des cycles de gel-dégel, peut s’écailler. Le faïençage, un réseau de fines fissures capillaires, peut mener à l’écaillage.
Écaillage dû aux produits de déglaçage
La FHWA désigne l’écaillage dû aux produits de déglaçage comme une forme de dommage dû au gel-dégel qui reste à la surface de la dalle. Des recherches récentes montrent que la couche superficielle de pâte se délamine de la dalle. La cause est la force de traction dans cette couche. La dilatation de la couche de glace à la surface du béton crée cette force. La force est maximale lorsque la solution qui gèle en surface contient environ 3 pour cent de sel. Le type de sel n’a pas d’importance.
Une pâte bien entraînée en air résiste à l’écaillage dû aux produits de déglaçage. La FHWA relie donc l’écaillage à la finition :
- La finition pendant que l’eau de ressuage monte peut emprisonner de l’eau juste sous la surface. Lorsque cette eau gèle, un écaillage ou une épaufrure peut suivre.
- Finir alors que l’eau de ressuage est présente fait pénétrer l’eau dans la surface. Cela augmente le rapport eau sur liant en surface et rend la pâte plus faible.
- Trop travailler la surface fait disparaître l’air entraîné près de la surface. La FHWA désigne cette perte d’air comme une cause fréquente d’écaillage.
L’entraînement d’air relève de la spécification du mélange. L’AC 150/5370-10H de la FAA, Item P-501, recommande une teneur en air plus élevée à mesure que l’exposition devient plus sévère. Pour un granulat maximal de 3/4 de pouce, elle recommande 3,5 % pour une exposition légère, 5,0 % pour une exposition modérée et 6,0 % pour une exposition sévère. L’exposition sévère comprend le béton exposé aux produits de déglaçage. La page sur les dommages dus au gel-dégel explique le mécanisme des vides d’air en détail.
Distinguer l’écaillage des dégradations voisines
| Dégradation | En quoi elle diffère de l’écaillage |
|---|---|
| Fissuration en carte | LTPP 8a. Une série de fissures qui ne s’étendent que dans la surface supérieure. L’AC 150/5380-6C indique qu’elle peut mener à l’écaillage. Le LTPP inclut la fissuration typique de la réactivité alcali-silice. |
| Faïençage (crazing) | Un réseau de fines fissures capillaires superficielles. Le PAVER classe l’écaillage de faible gravité comme faïençage, et ne le compte que si davantage d’écaillage est prévu dans les 2 à 3 ans. |
| Éclatement | Dégradation PAVER 68. Un petit morceau unique, de 25 à 100 mm de large et de 13 à 50 mm de profondeur, qui se détache sous l’effet du gel-dégel sur un granulat expansif. |
| Fissuration en D | Dégradation PAVER 64. De fines fissures parallèles à un joint, avec une coloration sombre autour. Elle peut mener à une désagrégation sur 0,3 à 0,6 m du joint. |
| Épaufrure de joint | Dégradation PAVER 74. La dégradation du bord de la dalle à moins de 2 pieds (0,6 m) du joint. Elle ne traverse en général pas la dalle et rejoint le joint en biais. |
| Dégradation chimique due aux produits de déglaçage | Une forme récente de dommage que décrit la FHWA. Elle part des joints et s’étend à partir d’eux. Elle se manifeste souvent d’abord par un assombrissement du béton près du joint. |
Gravité selon le PAVER
| Gravité | Ce que voit l’inspecteur |
|---|---|
| Faible | Perte minime de pâte de surface. Aucun potentiel FOD. |
| Moyenne | Un certain potentiel FOD. Fragments de mortier détachés, côtés des gros granulats exposés (sur moins du quart de leur largeur), ou gros granulats qui se détachent. |
| Forte | Béton de faible durabilité qui continue de se détacher. Une couche de mortier de surface est visible au bord de la zone écaillée, et le balayage courant n’arrête pas le FOD. |
Le PAVER note que le balayage retire le FOD, mais que le béton continue de s’écailler tant que la profondeur touchée n’a pas disparu.
Comment l’écaillage est compté
Dans un relevé PAVER, l’inspecteur compte une dalle écaillée comme une seule dalle. Si une dalle présente deux gravités, il retient la plus élevée. Lorsqu’il compte sur la dalle une fissuration en D ou une réaction alcali-silice, l’écaillage n’est pas compté. Si une réparation se trouve sur une zone écaillée, seul l’écaillage est compté. L’écaillage de faible gravité n’est compté que si l’inspecteur prévoit davantage d’écaillage dans les 2 à 3 ans.
Le manuel LTPP n’enregistre aucune gravité pour l’écaillage. Il enregistre le nombre d’occurrences et les mètres carrés touchés.
Comment la résistance à l’écaillage est essayée
L’ASTM C672 essaie la résistance à l’écaillage d’une surface de béton qui gèle et dégèle sous l’effet de produits de déglaçage chimiques. Le jugement se fait par examen visuel. Le manuel de cours de la FHWA décrit la méthode :
- Le laboratoire recouvre la surface d’une couche de 6 mm de solution de chlorure de calcium, soit 4 g dans 100 mL d’eau.
- Chaque cycle gèle l’éprouvette pendant 16 à 18 heures, puis la dégèle à l’air pendant 6 à 8 heures.
- Après chaque groupe de cinq cycles, le laboratoire rince la surface, l’examine et remplace la solution.
- L’essai dure en général environ 50 cycles, voire davantage, jusqu’à ce que la surface puisse être évaluée.
L’essai montre l’effet des proportions du mélange, du traitement de surface et de la cure sur la résistance à l’écaillage. Pour la résistance générale du béton au gel-dégel, voir l’ASTM C666 dans la page sur les dommages dus au gel-dégel.
Comment prévenir l’écaillage
La FHWA donne ces indications pour les chaussées en béton à joints.
- Système de vides d’air. Ajoutez un agent entraîneur d’air qui crée un système de vides d’air protecteur. Pour une exposition aux produits de déglaçage, la FHWA cite l’ACI : 6 ± 1,5 pour cent d’air total et un rapport eau sur liant (w/cm) inférieur à 0,45.
- Mélange. Utilisez une teneur minimale en ciment de 335 kg/m³ et un rapport eau sur liant (w/c) de 0,45 ou moins. L’item P-501 de la FAA fixe un rapport eau sur liant entre 0,38 et 0,45.
- Finition. Finissez après que l’eau de ressuage est montée puis s’est dissipée. Ne travaillez pas trop la surface.
- Cure. Curez le béton correctement. Idéalement, il serait curé 28 jours, puis séché 28 autres jours avant qu’il ne gèle. Avec des cendres volantes ou du ciment au laitier, la FHWA suggère 56 jours de cure.
- Produits de déglaçage. Prévoyez une période de séchage minimale de 30 jours après la cure avant que les produits de déglaçage ne touchent la surface. Utilisez-les avec parcimonie sur le béton jeune, surtout la première année.
- Produits de scellement. Les produits de scellement pénétrants, comme le silane et le siloxane, aident en réduisant la pénétration de l’eau, lorsqu’ils sont appliqués correctement.
- Joints. Un scellement de joint en bon état empêche l’eau et la solution de déglaçage de pénétrer dans la dalle. Un scellement endommagé laisse entrer la solution et augmente la saturation du béton au joint.
L’item P-501 fixe aussi une période de cure de 7 jours pour le béton d’aérodrome.
Réparation et traitement
Le choix dépend de la profondeur du dommage. Les indications de la FHWA pour les dégradations liées aux matériaux donnent les options suivantes.
- Meulage au diamant. Il enlève une fine couche de béton. L’écaillage superficiel est un bon candidat. Le meulage ne fait que gagner du temps, car il ne traite pas la cause et la nouvelle surface se dégradera. Ne l’utilisez pas pour un dommage plus profond.
- Réparation partielle. L’écaillage et la dégradation due aux produits de déglaçage sont des candidats lorsque le dommage reste dans le tiers supérieur de la dalle. Elle n’est pas recommandée pour un dommage plus profond.
- Produit de scellement de surface. Pour l’écaillage au sel, la FHWA suggère un meulage, puis un produit de scellement de surface. Un produit de scellement traite aussi une dégradation étendue.
- Réparation sur toute l’épaisseur, recouvrement ou remplacement de la dalle. La FHWA les cite, avec la réparation partielle et le meulage, comme options de réhabilitation possibles pour l’écaillage dû aux produits de déglaçage.
L’AC 150/5380-6C de la FAA indique qu’une réparation de béton de moins de 2 pouces (5 cm) se dégrade en général rapidement sur une chaussée d’aérodrome. Le balayage retire le FOD du béton écaillé, mais il n’arrête pas l’écaillage.
Sur un aérodrome
L’écaillage compte sur un aérodrome, car le matériau détaché est du FOD. C’est pourquoi le PAVER classe chaque gravité selon son potentiel FOD. L’Annexe 14, Volume I, paragraphe 10.2.1 de l’OACI, impose aux aérodromes d’inspecter et de surveiller les surfaces de l’aire de mouvement. Ces surfaces sont contrôlées dans le cadre d’un programme d’entretien qui évite et élimine le FOD.
L’écaillage fait aussi partie de l’inventaire des dégradations à la base de l’indice de l’état de la chaussée (PCI) selon l’ASTM D5340. L’AC 150/5380-6C de la FAA indique que l’ASTM D5340 détermine le PCI. TarmacView planifie des vols de relevé de chaussée et prend les photos dès aujourd’hui. La détection des fissures et la notation ASTM D5340 sont en développement et proposées en accès anticipé.
Foire aux questions
- Qu'est-ce que l'écaillage d'une chaussée en béton ?
- L'écaillage est la perte de la surface supérieure d'une dalle de béton. Le manuel du programme LTPP (Long-Term Pavement Performance) de la FHWA lui attribue une profondeur normale de 3 à 13 mm. Il peut apparaître n'importe où sur la chaussée. Le manuel PAVER de la FAA le classe comme dégradation 70.
- Quelles sont les causes de l'écaillage ?
- Les défauts de construction, les défauts des matériaux et les conditions météorologiques causent l'écaillage. Le manuel PAVER cite la sur-finition, l'eau ajoutée à la surface pendant la finition, un défaut de cure et un entraînement d'air insuffisant pour le climat. Le béton qui gèle alors qu'il est encore faible s'écaille aussi.
- Qu'est-ce que l'écaillage dû aux produits de déglaçage ?
- L'écaillage dû aux produits de déglaçage est une forme de dommage dû au gel-dégel qui reste à la surface de la dalle. La FHWA explique que la couche de glace en surface se dilate et arrache la couche supérieure de pâte de la dalle. La force de la glace est maximale lorsque la solution contient environ 3 pour cent de sel.
- Comment l'écaillage est-il classé dans un relevé de chaussée ?
- Le manuel PAVER classe l'écaillage en gravité faible, moyenne ou forte selon le potentiel FOD. Une gravité faible correspond à une perte minime de pâte de surface, sans potentiel FOD. Une gravité forte correspond à un béton de faible durabilité qui continue de perdre des matériaux, et le balayage ne supprime pas le FOD. Le manuel LTPP ne donne aucun niveau de gravité.
- L'écaillage est-il un danger FOD ?
- Oui, lorsque la surface perd des matériaux détachés. Le PAVER classe l'écaillage de faible gravité comme sans potentiel FOD et l'écaillage de gravité moyenne comme ayant un certain potentiel FOD. L'écaillage de forte gravité est un danger FOD permanent que le balayage courant ne maîtrise pas.
- Comment répare-t-on le béton écaillé ?
- La méthode dépend de la profondeur du dommage. La FHWA indique que le meulage au diamant convient à l'écaillage de surface, et que la réparation partielle convient aux dommages situés dans le tiers supérieur de la dalle. Un dommage plus profond exige une réparation sur toute l'épaisseur, une couche de recouvrement ou le remplacement de la dalle. Ces réparations ne suppriment pas la cause, si bien que la nouvelle surface peut s'écailler à nouveau.
- Comment prévenir l'écaillage d'une chaussée en béton ?
- Utilisez un béton à air entraîné avec un faible rapport eau sur liant, puis finissez-le et curez-le correctement. La FHWA fixe une teneur minimale en ciment de 335 kg/m3 et un rapport eau sur liant de 0,45 ou moins. Elle conseille aussi une période de séchage minimale de 30 jours après la cure avant que les produits de déglaçage ne touchent la surface.
- En quoi l'écaillage diffère-t-il d'un éclatement ou de la fissuration en D ?
- L'écaillage touche une zone continue de la surface. Un éclatement est un petit morceau unique, de 25 à 100 mm de large et de 13 à 50 mm de profondeur, qui se détache de la surface. La fissuration en D est un réseau de fines fissures parallèles à un joint. Elle peut mener à une désagrégation sur 0,3 à 0,6 m du joint.
Références
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- Concrete Surfaced Airfields, PAVER Distress Identification Manual US Army Engineer Research and Development Center (ERDC-CERL), for the US Air Force, June 2009
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- Distress Identification Manual for the Long-Term Pavement Performance Program (FHWA-HRT-13-092, revised May 2014) Federal Highway Administration
- fhwa-hif-15-018
- Materials-Related Distress: Hardened Cement Paste, Best Practices for Jointed Concrete Pavements (FHWA-HIF-15-018) Federal Highway Administration, Tech Brief, June 2015
- fhwa-hif-17-008
- Chemical Deicers and Concrete Pavement: Impacts and Mitigation (FHWA-HIF-17-008) Federal Highway Administration, Tech Brief, March 2018
- fhwa-rd-01-163
- Guidelines for Detection, Analysis, and Treatment of Materials-Related Distress in Concrete Pavements, Chapter 3 (FHWA-RD-01-163) Federal Highway Administration, March 2002 (archived)
- fhwa-hmec-module-g
- Testing Hardened Concrete, Participant Workbook, Laboratory Manual (Module G) FHWA, Highway Materials Engineering Course
- faa-ac-150-5380-6c
- AC 150/5380-6C, Guidelines and Procedures for Maintenance of Airport Pavements FAA
- faa-ac-150-5370-10h
- AC 150/5370-10H, Standard Specifications for Construction of Airports FAA
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