CHAPITRE III : HYDRATATION ET SÉCHAGE À L’AIR LIBRE DE COMPOSITES MORTIER-POLYMÈRE
III.2. Séchage à l’air libre de composites mortier-polymère au jeune âge
III.2.5. Discussion sur l’influence des polymères sur le séchage à l’air libre des mortiers
Dans cette partie, des composites mortier-polymère ont été formulés en maintenant constante la quantité d’eau dans les formulations. Les premières observations réalisées ont concerné la maniabilité des mortiers obtenus. En effet, selon la nature du polymère, l’effet de l’augmentation de la quantité de polymère sur la consistance des mortiers n’est pas le même. Dans le cas du CM-230 ER, l’augmentation du rapport P/C conduit à rendre le mortier moins fluide. L’effet inverse a été observé dans le cas du latex CM-330. De plus, une fois placés dans les moules, les quantités d’air entraînés par les composites mortier-polymère se sont révélées supérieures à celles obtenues dans le cas d’un mortier non modifié, avec un effet entraîneur d’air plus marqué dans le cas du latex CM-330. Ces effets sont dus à l’influence de ces deux polymères sur la tension de surface, caractérisée dans le chapitre précédent. En outre, l’effet fluidifiant du latex CM-330 a pu être corrélé à l’influence plus précoce, et plus sévère de ce polymère sur la tension de surface.
Les différentes formulations de composites mortier-polymère ont ensuite été exposées à un flux d’air sec au jeune âge, afin de mettre en évidence l’influence de la présence de polymère, ainsi que de l’épaisseur des mortiers sur le comportement des mortiers dans de telles conditions. Les résultats obtenus dans le cas de mortiers non modifiés ont montré qu’il existe une épaisseur caractéristique (entre 5,5 mm et 10 mm) à partir de laquelle le mortier est capable de s’hydrater correctement malgré les conditions de séchage imposé. Cette grandeur caractéristique est directement reliée à la vitesse d’évaporation. Ainsi, dans des conditions extrêmes (ensoleillement direct et exposition au vent), on peut imaginer que cette épaisseur caractéristique va augmenter.
Les résultats ont également montré que la présence de polymère a un effet aggravant sur l’évaporation de l’eau au jeune âge. L’ajout de polymère dans les formulations de mortier ne permet donc pas d’augmenter la rétention d’eau dans des conditions de séchage à l’air libre au jeune âge. De plus, en présence de polymère, cette épaisseur caractéristique se trouve plutôt entre 14 mm et 30 mm. Cette observation semble logique car, malgré le fait que le ratio eau/ciment initial est plus élevé en présence de polymère, le temps de prise est fortement rallongé avec l’augmentation de la quantité de polymère.
115 Enfin, la nature du polymère influe sur l’évolution du taux de séchage au cours du temps. Les résultats ont montré que dans le cas d’un copolymère styrène-acrylate (CM-230 ER), et pour des mortiers d’épaisseur supérieure à la valeur caractéristique identifiée, l’augmentation du taux de séchage conduit à un allongement du temps de séchage maximal, qui tend alors vers le temps de début de prise. Or, dans le cas d’un polymère acrylique (CM-330), le temps de séchage maximal est réduit avec l’augmentation du taux de polymère.
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Conclusions du chapitre III
L’objectif de ce chapitre était d’étudier les propriétés de composites mortier-polymère appliqués en couche mince avec des échanges possibles avec le milieu extérieur. Pour ce faire, l’hydratation et le séchage au jeune âge de matériaux cimentaires en présence de polymère ont été étudiés.
Tout d’abord, un effet retardateur de prise a été mis en évidence pour les deux polymères étudiés. La présence de polymère engendre également une diminution de la chaleur totale dégagée lors des réactions d’hydratation. Les mécanismes à l’origine de ces phénomènes ont été étudiés. Le suivi de la quantité de carbone organique total produit a montré que les deux polymères s’adsorbent à la surface des grains de ciment. De plus, le copolymère styrène-acrylate a montré une plus grande affinité avec les grains de ciment. Le polymère acrylique a quant à lui présenté un taux de recouvrement faible, ne permettant pas d’expliquer l’effet retardateur de prise, ni l’influence sur la chaleur cumulée dégagée lors des réactions d’hydratation. L’analyse thermogravimétrique de ces matériaux a montré que les polymères étudiés s’hydrolysent et interagissent avec les ions calcium présents dans la solution interstitielle pour former de l’acétate de calcium. Cet acétate de calcium est alors transformé en carbonate de calcium lors de la montée en température. Ainsi, la présence de polymère induit des modifications des réactions d’hydratation qui diffèrent là encore selon la nature du polymère. Le copolymère styrène-acrylate favorise en effet la formation de portlandite tandis que le polymère acrylique favorise la formation de silicates de calcium hydratés. En revanche, dans les deux cas, l’hydratation à long terme n’est pas gênée par les retards de prise engendrés par la présence de polymère.
Enfin, des composites mortier-polymère ont été exposés à un flux d’air au jeune âge. Il a été montré que globalement, la présence de polymère ne permettait pas de limiter les pertes par évaporation de l’eau dans de telles conditions. Bien au contraire, dans la majorité des cas, un effet aggravant a pu être constaté en présence de polymère. De plus, une épaisseur critique a été identifiée, à partir de laquelle suffisamment d’eau était retenue dans le matériau avant la prise, afin de pouvoir espérer hydrater complètement le ciment. En présence de polymère, cette épaisseur critique est plus importante que dans le cas d’un mortier non modifié. Pour finir, la nature du polymère influe sur la durée pendant laquelle le temps de séchage reste maximal avant de décroître, identifiée dans ce manuscrit comme le temps de séchage. En effet, dans le cas du copolymère styrène-acrylate et pour des épaisseurs supérieures à l’épaisseur caractéristique, ce temps de séchage augmente avec l’augmentation de l’épaisseur de l’échantillon. A contrario, dans le cas d’un polymère acrylique, ce temps de séchage diminue.
L’étude du séchage à l’air libre des composites mortier-polymère pourrait être poursuivie par la détermination de leur composition minéralogique. Ainsi, non seulement l’état d’hydratation pourrait être vérifié, mais une éventuelle influence du séchage sur les phases formées pourrait être mise en évidence.