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Digeste de la construction au Canada, 1963-11
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Finition des dalles de béton
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 22F
Finition des dalles de béton
Publié à l'origine en novembre 1963 H. B. Dickens
Veuillez noter
Cette publication fait partie d'une série qui a cessé de paraître et qui est archivée en tant que référence historique. Pour savoir si l'information contenue est toujours applicable aux pratiques de construction actuelles, les lecteurs doivent prendre conseil auprès d'experts techniques et juridiques.
La plupart des sols industriels sont constitués aujourd'hui par du béton. Un béton bien placé constitue une surface dure et durable capable de répondre à la plupart des exigences pour un prix relativement modeste.
Cependant les dalles de béton donnent souvent beaucoup d'ennuis. Une enquête effectuée en 1960 par l'American Institute of Plant Engineers a montré que les sols de béton constituent un des trois éléments qui, dans les usines, donnent lieu aux plus graves ennuis. L'importance de ce problème au Canada est peut-être mise en lumière par le grand nombre de demandes de renseignements qui sont envoyées chaque année à la Division des recherches en construction en ce qui concerne les causes de la détérioration des dalles de béton et les mesures à prendre pour les réparer.
La rupture prématurée d'un sol industriel est très grave pour l'architecte, pour le constructeur, pour le propriétaire et pour l'utilisateur. Un rapiéçage rapide sera rarement suffisant et très souvent il faudra que toute la partie supérieure de la dalle soit enlevée et qu'une nouvelle surface de béton soit coulée, ce qui donnera lieu à de coûteuses interruptions dans l'exploitation de l'usine.
On sait par expérience que la plupart des ruptures sont attribuables à des plans mal faits ou à des constructions peu soignées et qu'il aurait été possible de les éviter en faisant bien attention aux facteurs qui sont à la base d'une installation de qualité. Le but du présent digeste est de passer ces facteurs en revue. Des renseignements sont également donnés quant aux meilleures façons d'apprêter les sols de béton.
La dalle de base
Pour simplifier on assumera que la dalle de base est capable de résister aux charges prévues. Le béton droit être constitué par des agrégats durs ayant une bonne granulation et il ne doit normalement pas contenir plus de 4¾ gallons d'eau pour chaque sac de ciment. Il doit former un mélange plastique pouvant être coulé sans vides et sans accumulations d'eau à la surface. La proportion des agrégats fins et des agrégats grossiers doit être fixée de façon à ce qu'on obtienne un mélange se travaillant facilement. Une bonne proportion serait 1 partie de ciment
pour 2½ parties d'agrégats fins et 3½ parties d'agrégats grossiers. Les agrégats doivent être très variés, les fines particules devant avoir un maximum de ¼ de pouce et les particules grossières devant aller de ¼ de pouce à 1½ pouces. Le béton doit être compacté comme il faut par vibration ou par bourrage et bêchage. Les autres choses à faire dépendent du type de finition choisi.
Choix de la finition
La méthode utilisée pour finir un nouveau sol doit dépendre de l'usage qu'on en fera. Pour les usages légers, où l'abrasion n'est pas un problème grave, il peut suffire de finir la dalle de base simplement par lissage au bouclier ou à la truelle. Si l'on se sert d'un bouclier mécanique le sol peut convenir aux camions munis de pneus et même aux petits camions sans pneus. Le béton doit être lissé au niveau voulu et ne pas être dérangé jusqu'à ce que le miroitement de l'eau ait disparu. Le lissage final ne doit être effectué que lorsque le béton est si dur qu'aucun mortier ne s'accroche à la truelle et qu'un bruit métallique se produit quand on passe la truelle à la surface.
Il existe cependant de nombreux usages industriels pour lesquels la simple finition de la dalle n'est pas suffisante et il faut alors améliorer la surface en y appliquant un matériau capable de résister à l'usure. Ce matériau peut être placé, soit d'une façon monolithe durant le coulage de la dalle de base et avant qu'elle prenne, soit comme couche séparée appliquée une fois que la dalle de base a durci. Les deux méthodes sont employées et chacune d'elle a ses avantages. Un des avantages de la finition monolithe est qu'elle assure une bonne liaison entre la base et la finition. Le fendillement et le gondolement des revêtements résultant d'une mauvaise adhérence et de rétrécissements sont des défauts courants dans les finitions appliquées séparément et ils sont d'autant plus graves que ces finitions sont plus épaisses.
Par contre la finition monolithe doit généralement être placée plus tôt au cours de la construction aussi risque-t-elle d'être endommagée durant les travaux ultérieurs à moins qu'elle ne soit protégée avec soin. Il se peut aussi qu'on ait à l'appliquer dans d'assez mauvaises conditions étant donné qu'elle doit être installée dans le cadre du programme régulier de la construction. Une finition séparée peut être placée dans de bonnes conditions lorsque le bâtiment est fermé et lorsque l'on peut disposer d'un système de chauffage. De plus on dit que les finitions séparées permettent de mieux ajuster le rapport eau-ciment, un facteur qui a une grande influence sur la qualité de la finition.
Lorsqu'on place des finitions de béton il y a lieu de tenir compte des exigences particulières des différents types de fini. Dans la construction monolithe la dalle de base doit être constituée par du béton n'ayant pas moins d'une partie de ciment pour 2½ parties d'agrégat fin et 5 parties d'agrégat grossier de telle sorte qu'il aura une force suffisante pour résister aux efforts de rétrécissement provoqués par une finition plus riche. Il doit être d'une consistance ferme pour empêcher l'eau libre de pénétrer au travers de la finition et d'augmenter son rapport eau-ciment. Par ailleurs la finition ne doit pas être placée tant que la base n'a pas pris partiellement et tant que l'eau libre n'est pas complètement partie.
Avant d'appliquer une finition séparée il faut passer un balai métallique sur la dalle de base avant qu'elle ne durcisse de façon à en rendre la surface rugueuse en exposant l'agrégat et en enlevant la laitance, les saletés ou les particules libres. Il faut mouiller généreusement la dalle avant d'y placer la finition mais il ne doit pas y avoir de flaques d'eau sur la surface. Une fine couche de mortier liquide doit être étendue à la brosse juste avant de placer la finition. De cette façon on obtiendra une bonne adhérence entre la finition et la base. Les éléments d'étanchéité employés dans la dalle de base doivent être choisis avec précaution car ces éléments risqueraient de restreindre la pénétration du lait de ciment et de réduire l'adhérence. Contrôle de la qualité
Les grands principes de la bonne construction des dalles de béton ne sont pas nouveaux. Ils découlent de la technologie courante du béton. Une bonne partie des considérations qui
figurent dans le Digeste no. 15 relatif au béton s'appliquent directement à ce problème qui comprend
(i) la qualité des agrégats,
(ii) les proportions du mélange et la quantité d'eau utilisée, (iii) les opérations du coulage et de la finition,
(iv) les mesures prises pour faciliter la prise de la dalle nouvellement coulée et pour assurer sa protection jusqu'à ce qu'elle soit suffisamment résistante pour être mise en service.
Il ne faut pas oublier que le mauvais béton est fait de ciment, d'eau et d'agrégats tout comme le bon béton. La différence réside dans la granulométrie des agrégats, dans les proportions du mélange et dans le soin apporté aux opérations essentielles que sont le coulage, la finition et la prise.
Étant donné que les agrégats représentent près de 75% de la masse du béton et fournissent la principale résistance à l'usure de la finition de la dalle, ils doivent être de bonne qualité. Ils doivent être propres et libres de toute poussière, argile, limon ou matériau gelé; ils doivent avoir une dureté suffisante et subir avec succès les essais standards de durabilité. La
granulométrie est aussi importante que la dureté étant donné que des agrégats trop uniformes laissent des vides qui nécessitent un montant excessif de pâte de ciment. Cette situation amène la surface à se fendiller et à se réduire en poussière et elle la rend moins résistante à l'usure. Quand il y a trop d'agrégats fins il faut une grande quantité d'eau et un rapport élevé eau-ciment ce qui signifie un béton peu résistant qui a tendance à rétrécir. On peut ajouter du ciment pour maintenir un faible rapport eau-ciment mais ceci aggrave le rétrécissement. Une bonne granulométrie facilite également l'installation de la finition. Il est recommandé que les agrégats fins consistent surtout en particules ayant de 1/16 à ¼ de pouce et dont pas plus de 5% passent au travers d'un tamis de 100 mailles et pas plus de 15% passent au travers d'un tamis de 50 mailles; la dimension des agrégats grossiers doit être au minimum de 1/8 de pouce et au maximum de 3/8 de pouce et toutes leurs particules doivent passer au travers d'un tamis d'un demi-pouce. Des agrégats spéciaux ayant une bonne résistance à l'abrasion et des propriétés antidérapantes peuvent être ajoutés à la finition de surface en les répartissant dans un mélange d'agrégats et de ciment puis en placant le tout avec une règle sur la finition de béton encore fraîche.
Lorsqu'on fixe les proportions d'une finition de dalle deux exigences ne doivent pas être perdues de vue. Le mélange doit contenir un minimum d'eau et de ciment pour diminuer les risques de rétrécissement, de fendillement, d'ondulation et de réduction en poudre. Le mélange doit être suffisamment maniable pour qu'il puisse être placé sans le compactage ou les
vibrations qui provoquent la ségrégation des particules et font ont monter les agrégats fins à la surface laquelle est ainsi affaiblie.
Une surface de haute qualité comporte une répartition uniforme des agrégats grossiers dans l'épaisseur entière de la finition et jusqu'à la surface d'usure sans film de laitance et sans mortier faible dans la couche de surface. Les proportions du mélange de la finition jouent un rôle très important en ce qui concerne les qualités que nous venons d'indiquer. Quoique les meilleures finitions s'obtiennent à partir de mélanges relativement rigides il est difficile de placer comme il faut un mélange trop sec. La consistance dépend de la méthode employée pour placer la finition soit qu'on travaille à la main soit qu'on ait recours à des moyens mécaniques. Un mélange relativement sec qui est difficile à travailler avec des outils à main peut être facilement compacté et unifié avec des machines. On obtient un tel mélange en employant une partie de ciment, une partie d'agrégats fins et deux parties d'agrégats grossiers par volume et un rapport eau-ciment de seulement 3½ gallons par sac de ciment. Cela donne un mélange très peu susceptible de rétrécissement. Il n'est pas facile de répartir ce mélange sec
uniformément mais mécaniquement, comme par exemple avec un vibrateur ou une règle à lisser mécanique, on peut le faire de façon satisfaisante et les qualités d'usure améliorées qui en résultent justifient pleinement l'emploi de ces matériels. S'il est nécessaire de le travailler à
la main le rapport eau-ciment doit être porté à 4 ou 4½ gallons par sac de ciment et de plus un mélange légèrement plus riche peut être nécessaire.
Les machines sont particulièrement efficaces pour venir à bout d'une cause assez commune de rupture: des opérations de finition qui ne sont pas effectuées en temps voulu. Quand on place une couche de finition à la main on a besoin de mélanges plus riches contenant davantage d'eau et alors il faut attendre que la finition soit assez rigide pour être lissée à la truelle. Cette période d'attente est une source de beaucoup d'ennuis dans la finition des sols de béton. Le lissage qui a pour but de compacter la surface, de remplir les vides et d'aplanir les bosses qui restent après le nivellement ne doit pas être fait trop tôt sinon il se produira un effet de
ressuage avec de la laitance et une couche mole de matériaux à la surface. Le lissage final à la truelle aura également tendance à faire monter de l'humidité et des matériaux fins à la surface s'il est effectué avant que le mélange ait atteint une résistance suffisante. Grâce au mélange rigide rendu possible par l'emploi des machines ces dangers sont en grande partie éliminés; il y a peu ou pas de période d'attente et les finisseurs peuvent commencer leur travail dès que la couche de finition est posée. Un contrôle sévère de toutes les opérations est néanmoins nécessaire pour obtenir des sols d'excellente qualité. Ce contrôle doit empêcher qu'on ait recours à des subterfuges comme par exemple pulvériser du sable sec ou du ciment pour hâter le séchage de la surface ou ajouter de l'eau pour faciliter le lissage à la truelle une fois que le mélange a atteint une consistance rigide. Ces subterfuges en effet peuvent avoir des résultats particulièrement graves et il faut absolument les éviter.
Finalement il faut absolument que la prise ait lieu dans de bonnes conditions. Le fait de négliger ce facteur est une cause fréquente de détérioration prématurée. Les réactions chimiques qui se produisent entre le ciment et l'eau et qui font durcir le mélange ne se poursuivent qu'en
présence d'une humidité suffisante et que si la température est favorable. La structure interne du béton est constituée de telle sorte qu'elle fournit une force et une résistance à l'usure ainsi qu'une bonne étanchéité. La couche superficielle, elle, couvre des surfaces tellement grandes qu'une perte rapide d'humidité par évaporation est inévitable à moins que des mesures ne soient prises pour l'empêcher. Un séchage rapide non seulement arrête les réactions chimiques mais il peut provoquer la pulvérisation et la fissure de la surface du fait qu'un rétrécissement se produirait avant que le béton ne soit assez solide. Pour empêcher le séchage rapide il faut mouiller le béton dès que possible sans pourtant gâcher la surface. Pour la prise on a souvent recours à un arrosage fréquent ou à une couverture de sable mouillé. L'application d'un film de polyéthylène aidera beaucoup la prise si les joints sont hermétiquement fermés pour empêcher toute évaporation. On a quelquefois recours à l'immersion: la dalle de béton est entourée par de petites digues de sable et la zone ainsi fermée est immergée par une couche d'eau d'au moins 1 pouce d'épaisseur. La durée de la prise doit être d'au moins une semaine lorsque le temps est assez beau et elle doit être plus longue lorsqu'il fait froid quoiqu'on puisse réduire cette durée en employant des ciments à prise rapide. Pour obtenir les meilleurs résultats possibles il faut que la température soit supérieure à 50°F étant donné que le béton durcit très lentement aux températures plus basses. Aux températures inférieures à 32°F tous les
ouvrages de béton doivent être protégés jusqu'à ce qu'ils aient atteint une résistance
suffisante. On chauffera si besoin est. Ces précautions sont particulièrement importantes pour les sols de béton par suite de leur grande superficie et de leur faible épaisseur.
C'est avec beaucoup de précaution qu'on doit employer les dispositifs de chauffage artificiel étant donné que les fortes températures qui se dégagent près d'eux provoquent un séchage trop rapide à moins que le béton ne soit bien protégé. Les appareils de chauffage doivent être élevés et le sol sur lequel ils se trouvent doit être couvert pendant toute la période de prise d'une couche de sable humide de 3 à 4 pouces d'épaisseur. De plus les appareils de chauffage qui consomment du fuel doivent être aérés pour empêcher les accumulations de gaz carbonique sur les lieux. Ce gaz peut endommager le béton frais durant les 24 premières heures en
provoquant une carbonisation excessive de la surface. Traitements de surface
Même les meilleurs sols de béton tendent se réduire en poudre là où ils servent le plus. On peut restreindre cette pulvérisation en appliquant un matériau qui aidera le béton à durcir et à être bien compact mais ce type de traitement ne doit pas être considéré comme une panacée pour les mauvais matériaux ou les travaux mal faits. Quoique ces traitements puissent améliorer de nombreuses surfaces il ne faut pas s'attendre à ce qu'ils donnent une bonne surface d'usure à une dalle mal construite. On peut se procurer dans le commerce un certain nombre d'agents de durcissement.
On s'est servi avec succès de solutions de fluosilicate de zinc ou de magnésium soit
séparément, soit sous forme d'un mélange comprenant 20% de zinc et 80% de magnésium. On a également utilisé de l'huile de lin, du bois de Chine ou de l'huile de soya pour traiter les surfaces. Tout en scellant le fini du béton ces substances le protègent contre certaines matières employées dans l'industrie qui attaquent le béton. Dans les locaux industriels les plus exposés comme les laboratoires chimiques et les usines de fabrication des acides, ces traitements ne serviront pas à grand chose et il faudra placer des revêtements spéciaux capable de résister aux acides.
Lorsque l'apparence et l'esthétique sont importantes on peut employer des peintures spéciales pour le béton ou des teintures chimiques inorganiques. Les peintures doivent être protégées dans les zones de grand passage et les teintures doivent faire l'objet de plusieurs couches avant que la couleur souhaitée ne soit obtenue. On peut également colorier les dalles en
mélangeant des pigments chimiques purs avec la couche finale du béton au moment où elle est placée. On a parfois pulvérisé de la couleur mais cette méthode ne convient qu'aux dalles de béton peu piétinées. Son application comporte une opération délicate et il n'est pas facile d'obtenir des résultats satisfaisants. Tous ces traitements de surface peuvent être eux-mêmes protégés au moyen d'une cire en pâte ordinaire.
Au lieu d'un traitement de surface les dalles de béton peuvent recevoir l'un des nombreux types de revêtements de sol qui existent actuellement et qui sont à base d'asphalte, de linoléum, de vinyle, d'ardoise, de béton, de céramique, de terrazzo ou de bois. La façon de choisir et d'appliquer ces revêtements n'entrent pas dans le cadre de la présente étude mais il y a lieu d'indiquer certaines exigences en ce qui concerne principalement les problèmes
d'humidité. Les dalles de béton qui sont en contact avec la terre (soit au niveau du sol soit plus bas que ce a niveau) exigent un revêtement qui puisse résister à l'humidité et à l'alcali. De plus il est recommandé de placer une membrane capable de résister à l'humidité sous la dalle de base et d'installer des tuiles de drainage.
Lorsque la dalle de béton est surélevée l'eau du sol n'est pas un problème mais le béton lui-même doit être séché complètement avant que des revêtements comme l'asphalte, le linoléum, le vinyle ou le bois soient installés. Un essai facile permettant de déterminer si une dalle de béton est sèche ou non consiste à placer sur elle plusieurs morceaux de matière comme le polyéthylène, le caoutchouc ou le linoléum qu'on fait bien adhérer avec un poids. Si au bout de 24 heures il n'y a aucune trace d'humidité à l'emplacement de ces matières le revêtement peut être appliqué en toute sûreté.
Sommaire
On a considéré dans le présent digeste les facteurs qui affectent la qualité de la finition des dalles de béton. La compagnie Canada Cement distribue au Canada une brochure de la Portland
Cement Association intitulée "Concrete Floor Finishes" laquelle comporte de nombreux
renseignements utiles et des spécifications. Il y a lieu cependant de ne pas oublier qu'une bonne spécification n'est pas suffisante pour assurer la qualité d'une dalle de béton. C'est encore la façon dont elle est exécutée qui compte le plus. Les agrégats peuvent être choisis avec soin, les matériaux peuvent être proportionnés comme il faut, la dalle de base peut être préparée et cependant on pourra obtenir une finition de mauvaise qualité si le mélange est trop humide ou si les opérations ne sont accomplies en temps voulu.
Il est regrettable que le moyen le plus facile de placer une dalle de béton soit d'employer un mélange humide car justement c'est ce type de mélange qui provoque la dissociation des
agrégats, la laitance à la surface, un rétrécissement très prononcé au moment du séchage et une faible résistance. Tout ce qu'on obtient en fin de compte avec un mélange trop humide c'est une mauvaise résistance à l'abrasion, au rétrécissement et des décollements. Pour éviter ces ennuis il faut que les dalles soient bien conçues dans les bureaux d'étude et que leur fabrication donne lieu à un sévère contrôle de qualité sur le chantier.
