Force de décoffrage et paramètres d’état de surface

L’adhésion entre le coffrage et la pâte de ciment ou le béton résulte en partie de l’ancrage mécanique. Les conditions physico-chimiques à l’interface coffrage/ciment participent également à la création de liaisons entre les éléments du coffrage et les phases cimentaires.

L’imbrication des structures de la pâte de ciment, lors du coulage, pendant la cure et au décoffrage, dans les anfractuosités de la surface de coffrage est possible et à l’origine de l’ancrage mécanique. En effet, lors du coulage de la pâte, les différentes textures des coffrages vont initier des conditions de circulation de l’eau et des éléments les plus fins de la pâte de ciment différentes. Des phases anhydres, partiellement hydratées et des hydrates, vont pouvoir être piégés dans les cavités de la surface de coffrage en raison d’une possible compatibilité de formes et de dimensions (de l’ordre du nm à la centaine de micromètres^{67,78,109,174}). En effet, au moment du coulage, des hydrates ont pu se développer à la surface des anhydres^67,74.

Dans ce travail de thèse, la pâte est vibrée et les échantillons placés en chambre de cure moins de 30 minutes après que les grains de ciment aient été mélangés à l’eau. Le développement des hydrates, comme les CSH ou les CH, à la surface des anhydres est fonction du temps, de l’état de surface des anhydres, de l’espace disponible, de la composition de la pâte (phases anhydres présentes comme l’alite, bélite, fines calcaires) et de la quantité d’eau à disposition^78,95,108. Ces phases de ciment vont potentiellement s’imbriquer dans les cavités de la surface coffrante. Les paramètres Sa, Sq, Sdr, Vvc et Vvv sont notamment des indicateurs de la surface offerte au contact et du volume à disposition pour la pâte de ciment fraîche et ses phases anhydres et hydratées.

Les paramètres d’état de surface d’un coffrage F17, qui sont les plus élevés, favorisent l’ancrage mécanique et participent à l’augmentation des efforts de décoffrage relativement aux autres états de surface. En effet, pour les surfaces de référence F17, la valeur moyenne du paramètre Sa est de l’ordre de 4000 nm (soit 4 µm), de 5000 nm (soit 5 µm) pour Sq. De même, les valeurs respectives de Vvc et Vvv sont de l’ordre de 5000 nm³.m^-² (soit 5000.10^-3 µm³.µm^-²) et 700 nm³.nm^-² (soit 700.10^-3 µm³.µm^-²). Les essais de granulométrie laser précisent que la dimension de la plus petite particule repérée dans l’échantillonnage de ciment est de 0,166 µm, qu’un mode secondaire existe à 0.6 µm bien que le mode principal soit 18.7 µm. Sans évaluer la probabilité de l’événement, il est tout à fait possible que des grains anhydres, partiellement hydratés, se retrouvent ainsi bloqués dans les cavités du coffrage référence F17 R. Les particules de ciment peuvent, en effet, présenter des dimensions du

même ordre de grandeur que la hauteur moyenne arithmétique et la hauteur moyenne quadratique de la surface de coffrage de référence. De plus, l’espace de vide à disposition au niveau de la surface de coffrage laisse également la possibilité aux particules hydratées les plus fines de se loger dans les reliefs de la surface du coffrage. Cette compatibilité de dimensions participe à l’imbrication de la pâte fraîche de ciment dans les anfractuosités du coffrage et ainsi à l’ancrage mécanique pour la surface de référence F17. Le polissage intermédiaire et le revêtement C20C27 présentent également des valeurs de paramètres d’état de surface compatibles avec l’imbrication des particules de ciment dans le relief du coffrage mais dans une moindre mesure. En effet, les valeurs de paramètres d’état de surface sont plus faibles et se rapprochent de la dimension des plus petites particules de ciment. Ceci permet d’expliquer en partie la tendance à la diminution des valeurs de force au décoffrage pour ces deux surfaces polie intermédiaire et revêtue relativement à la surface de référence. L’affaiblissement de l’ancrage mécanique est particulièrement mis en évidence et impactant dans le cas des surfaces polies miroir. Il est d’usage courant d’utiliser des agents démoulants afin de facilité le décoffrage et ceux-ci ont démontré leur efficacité. Les résultats obtenus dans le cas de l’huile de décoffrage dans cette étude sont cohérents. Plusieurs études^4,25,40,41 ont montré l’action de ceux-ci dans la constitution physique et chimique des couches successives du parement en béton à l’état frais et durci. Elles ont mis en évidence que la formation d’un film d’eau, de savon selon la nature de l’agent démoulant, constitue une barrière entre la surface de coffrage et la surface de béton, de ciment. Cette barrière physique et chimique empêcherait alors les éléments fins du béton, du ciment de se loger dans la texture du coffrage et donc limiterait l’ancrage mécanique.

Les résultats d’angle de contact et d’énergie de surface mettent également en évidence l’efficacité de l’état de surface miroir. Ses états morphologique et thermodynamique contribuent à réduire efficacement les efforts de décoffrage. En lien avec sa rugosité la plus faible, l’état thermodynamique, une mouillabilité et une énergie de surface les plus élevées, favorisent la création d’un film d’eau à l’interface coffrage/ciment. Ce film limite l’interaction des phases cimentaires avec les aspérités du coffrage et peut modifier l’hydratation des phases. L’état morphologique de la surface coffrante revêtue C20C27 tend également à réduire les forces de décoffrage, il est plus proche de l’état de surface poli miroir, que ne l’est l’état de surface poli intermédiaire. Il tend à offrir des conditions à l’interface ciment/coffrage communes avec le coffrage poli miroir et à permettre une formation différente des hydrates de ciment à l’interface coffrage/ciment, ce qui sera analysé lors de la caractérisation des surfaces cimentaires (chapitres 5 et 6).

6 Conclusion

Le polissage, qu’il soit miroir F17 M ou intermédiaire F17 I, réduit systématiquement les paramètres d’état de surface par rapport à une surface de référence F17 R. Une réduction des paramètres d’état de surface des surfaces revêtues C20C27, par rapport à l’état de surface de référence, est également constatée.

L’étude des angles de contact et de l’énergie démontre que les états de surface thermodynamique des diverses solutions de coffrage sont relativement proches. L’état de surface thermodynamique d’une surface de coffrage polie miroir tend cependant à se distinguer de celui des surfaces polies intermédiaires par sa valeur d’angle de contact et d’énergie de surface

L’adhérence entre béton, ciment et coffrage est induite par l’ancrage mécanique, par les forces capillaires ainsi que les réactions chimiques entre ciment et coffrage. Il apparait que le polissage miroir par ses faibles paramètres d’état de surface, sa mouillabilité plus élevée et son énergie de surface crée les conditions les plus favorables pour réduire les forces de décoffrage relativement à tous les autres types de coffrage. Dans le cas d’échantillons de petite taille (surface de contact : 541 mm²) le polissage miroir permet d’éviter l’utilisation de l’huile. Cette solution ne semble pas pouvoir être proposée à l’échelle d’une banche (2,40 * 2,80 m²) pour des raisons de mise en œuvre et d’évolution inévitable des surfaces rayées par l’usage. De plus, les forces capillaires pourraient devenir le paramètre prépondérant dans le cas d’une surface trop lisse. La solution C20C27 proposée par ERGOFORM, sous réserve d’une résistance à l’usage améliorée, constitue une piste prometteuse pour faciliter le décoffrage.