CHAPITRE II : MÉTHODES ET MATÉRIAUX D’ÉTUDE
II.3. Choix des polymères
Les polymères utilisés pour des applications de protection et/ou de réparation des surfaces en béton peuvent être de différente nature (chap. I.1.1.2), et se présenter sous différentes formes: latex (dispersion colloïdale de polymères) ou encore poudres redispersibles (latex séchés par atomisation ou pulvérisation). Les paragraphes qui suivent présentent la démarche adoptée afin de sélectionner les polymères dans le cadre de cette étude, et leurs propriétés.
La première étape de la sélection des polymères d’étude consiste à choisir entre polymères sous forme de poudre et polymères sous forme de latex. L’objectif de ces travaux étant d’étudier l’influence des polymères sur l’hydratation, le séchage contrôlé ou encore la biocolonisation de mortiers, il est préférable de travailler avec des échantillons les plus purs possible. Ainsi, une étude préliminaire visant à sélectionner la forme sous laquelle les polymères sont le plus purs possible est conduite.
Le second critère de choix des polymères de cette étude porte sur leur nature. Dans le cadre d’applications de génie civil, les monomères les plus fréquemment utilisés pour la formulation de latex sont les acrylates, les styrènes, les vinyles acétate ou encore les éthylènes (chap. I.1.2.1). Enfin, il est indispensable de sélectionner des polymères capables de former des films continus à température ambiante. En effet, la formation d’une co-matrice polymère-ciment de bonne qualité est garante de l’atteinte de propriétés souhaitées (chap. I.1.3.3).
Dans les paragraphes qui suivent, les essais de caractérisation ont été réalisés sur au moins trois échantillons afin d’évaluer la répétabilité. Les résultats chiffrés présentés sont alors la moyenne de tous les résultats obtenus.
II.3.1. Pureté des polymères
Une étude préliminaire sur la pureté des polymères en fonction de leur forme solide ou liquide a été réalisée au moyen d’une analyse thermogravimétrique (ATD-TG). En effet, au cours de cette analyse thermique, les échantillons sont dégradés. La température de dégradation des composés ainsi que la présence éventuelle de résidus permet alors d’évaluer la pureté des polymères analysés.
59 Deux d’entre eux sont initialement sous forme de poudre redispersible, et ont été utilisés dans le cadre de l’étude de Ngassam [NGAS13]. Les deux autres se présentent sous forme de latex, avec une teneur en polymère de l’ordre de 50%, d’après les données fournies par le fabriquant. Les polymères sous forme de poudre sont redispersés dans de l’eau distillée de manière à avoir une teneur en polymère de 50 %. Dans les quatre cas, les polymères sont ensuite séchés à température ambiante (20-25°C) afin d’obtenir des films continus. 70 mg de films sont prélevés, et analysés sous balayage d’argon.
Tableau II.7 – Identification des quatre polymères dont la pureté est analysée
Identification Nature du polymère Forme du polymère Poudre a Copolymère styrène-acrylate Poudre redispersible
Poudre b Copolymère éthylène vinyle acétate Poudre redispersible
Latex a Copolymère styrène-acrylate Latex
Latex b Polymère acrylique Latex
La perte de masse relative à la dégradation des échantillons en fonction de la température sont présentées sur la Figure II.56. Dans le cas des polymères sous forme de poudre redispersible, deux pics de dégradation apparaissent : le premier se situant autour de 400°C, et le second autour de 800°C. Le premier pic est caractéristique de la dégradation des polymères [LIDE03, OHAM95]. Le second est caractéristique de la dégradation de carbonates de calcium. En revanche, dans le cas des latex, un seul pic de dégradation apparaît autour de 400°C. Ainsi, seuls des polymères sont en présence dans les latex, ce qui n’est pas le cas des poudres redispersibles.
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De plus, des différences peuvent être observées entre poudres redispersibles et latex en comparant les résidus à 1000°C (Tableau II.8). En effet, les polymères sous forme de poudre redispersible peuvent contenir entre 10 % et 14 % de composés autres que les polymères ou les carbonates de calcium, ce qui concorde avec les valeurs trouvées par Ngassam [NGAS13] pour les mêmes polymères. Dans le cas des latex, la part de composés non dégradés est inférieure à 5 %. Il en résulte que la part de composés inconnus est plus faible dans le cas des latex que dans le cas des poudres redispersibles. Les latex sont donc retenus pour ces travaux.
Tableau II.8 – Résidus à 1000°C pour tous les échantillons analysés
Échantillons Poudre a Poudre b Latex a Latex b
Résidu à 1000°C (%) 10,0 13,7 4,4 0,2
II.3.2. Présentation des polymères sélectionnés
Dans cette étude, deux latex sont étudiés, tous deux formulés à partir d’acrylates. Ces deux latex, fournis par Dow Chemical, sont le PRIMAL CM-230 ER, et le latex PRIMAL CM-330. Dans la suite de ces travaux, ils sont désignés par CM-230 ER et CM-330 respectivement.
Le CM-230 ER est une émulsion de polymères styrène acrylique, principalement utilisée à des fins de modification de ciment, notamment pour des applications de collage de carreaux en céramique. Le CM-330 est une émulsion de polymères acryliques, spécialement conçue à des fins de modification de compositions à base de ciment. Les principales applications évoquées par le fournisseur pour ce dernier latex comprennent la réparation et le resurfaçage, la formulation de coulis de ciment et la réparation d’autoroutes et de tabliers de ponts.
Peu de données relatives aux polymères sélectionnés sont fournies par le fabriquant (Tableau II.9). Ils ont tous deux l’aspect d’un liquide blanc laiteux, et ont des densités proches. Une information importante recensée dans ce tableau concerne les températures minimales de formation de film (TMFF). En effet, il s’agit de la température minimale à laquelle les particules de polymères sont capables d’interdiffuser pour former des films continus. On peut noter que les polymères sélectionnés ont des TMFF différentes : 19°C pour le CM-230 ER, contre 10°C pour le CM-330. Toutefois, le fabriquant ne précise pas comment, ni dans quelles conditions ces température ont été déterminées.
Tableau II.9 – Principales données fabriquant sur les polymères
Polymères Aspect Densité du latex (g/cm3) TMFF (°C)
CM-230 ER Liquide blanc laiteux 1,04 +19
CM-330 Liquide blanc laiteux 1,06 +10
Ainsi, des essais ont été réalisés en laboratoire afin de valider les données fournies par le fabriquant. Des essais complémentaires ont également été effectués afin d’en savoir plus sur les polymères sélectionnés.
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