2. Méthodologie 22
2.6. Qualité de réparation 36
Une partie de la recherche se consacre à l’étude du comportement du mortier
projeté à basse vitesse au sein des réparations structurales. Utilisé de plus en plus
pour ces applications, le procédé à basse vitesse est donc évalué en fonction de sa capacité à enrober des barres d’armature et à adhérer au substrat.
2.6.1. Enrobages des barres d’armature
Les enrobages de barres d’armature réalisés avec le mortier projeté à basse
vitesse doivent être examinés au même titre que le béton projeté. Ainsi, inspiré
par la certification de lancier de béton (ACI, 2015), un panneau de certification a été conçu pour réaliser une évaluation adaptée au procédé à basse vitesse. En effet, ce panneau modifié comprend les mêmes caractéristiques que le panneau de certification conventionnel incluant les barres d’armature de dimension de #15M, #20M et #25M. La seule différence est la réduction du panneau à une dimension de 75 cm par 45 cm, soit approximativement la moitié de la superficie utilisée pour le béton projeté (Figure 2.10).
Contrairement au béton projeté, le débit de matériau est très faible et le remplissage du panneau demande beaucoup plus de temps à réaliser. Ainsi, ces nouvelles dimensions vont permettre d’optimiser le temps en laboratoire consacré à l’enrobage des barres d’armature. De plus, bien accepté par les politiques du programme de certification de lancier, les barres d’armature en fibres de verre ont été sélectionnées pour l’assemblage des panneaux de certification. La fibre de verre permet en autre de réaliser un carottage plus rapide et de générer des éprouvettes au profil plus précis.
Le remplissage du panneau doit se réaliser au meilleur des capacités de l’applicateur, comme prescrit par le guide de certification de l’ACI (ACI, 2015). Afin d’évaluer conformément la qualité d’enrobage du mortier projeté à basse vitesse, un examen sur les enrobages des barres est réalisé par un examinateur certifié de l’ACI. Basées sur un système de classification propre à la certification des lanciers de béton projeté, les éprouvettes de mortier projeté sont évaluées en fonction de la nature et de la taille des défauts d’enrobage. En effet, ce système d’évaluation par cote classe l’enrobage des barres d’armature selon les défauts observés sur l’échantillon. Les critères de cet examen visuel sont présentés au Tableau 2.1.
Tableau 2.1 : Classement des enrobages de barres d’armature
Classement Descriptions
Cote 1
Enrobage parfait Aucune stratification
Aucun vide supérieur à un diamètre de 3 mm et une longueur de 6 mm
Tableau 2.1 (suite) : Classement des enrobages de barres d’armature
Classement Descriptions
Cote 2
Petit vide non connecté derrière la barre d’armature
Moins de deux stratifications de dimension maximale de 3 mm d’épaisseur et 25 mm de longueur
Vides de dimension maximale de 10 mm Surface au coffrage saine et sans défaut
Cote 3 Moins de deux stratifications de dimension maximale de 5 mm d’épaisseur et 32 mm de longueur
Ou un vide de dimension maximale de 16 mm d’épaisseur et 32 mm de largeur
Ou une stratification de dimension maximale de 16 mm d’épaisseur et 32 mm de largeur
Surface au coffrage comportant des défauts de surpulvérisation d’une profondeur 2 mm
Cote 4
Deux majeurs défauts tels que décrits à la cote 3 Ou un défaut de dimension maximale de 25 mm
perpendiculaire à la face de la barre d’armature de largueur de 38 mm
Surface au coffrage comportant des défauts de surpulvérisation d’une profondeur 2 mm
Cote 5
Enrobage ne correspondant pas aux critères de cotes 1 à 4 Pauvre qualité
En se basant sur les mêmes critères d’évaluation (ACI, 2015), un panneau projeté avec le mortier projeté à basse vitesse qui comporte une carotte excédant la cote 3 ou plus de deux carottes de la cote 3 est considéré comme un échec.
2.6.2. Comparaison des procédés pneumatiques sur les enrobages de barres d’armature
Le mortier projeté à basse vitesse peut potentiellement remplacer le béton projeté dans le cadre de réparations structurales. Pourtant, aucune documentation technique ne valide la qualité des enrobages de barre d’armature réalisés avec le procédé à basse vitesse. Conséquemment, une analyse comparative sur la qualité du matériau d’enrobage est réalisée sur des échantillons à base de béton et de mortier projeté enrobant une barre d’armature en fibre de verre. En effet, l’examen consiste à étudier l’influence des procédés sur la dispersion des granulats et sur la nature du réseau poreux présent en périphérie de la barre d’armature.
Les enrobages de barres d’armature sont examinés par analyse d’images à l’aide de deux techniques analytiques : le microscope optique et le microscope à balayage électronique (Figure 2.11). Ces derniers permettent de produire des images à haute résolution à l’interface des barres d’armature à des échelles de l’ordre du micromètre afin d’observer l’interface entre le béton et la barre d’armature.
(b) Microscope à balayage électronique Figure 2.11 : Techniques analytiques
2.6.3. Arrachement
La capacité du mortier projeté à basse vitesse à se lier à un substrat de béton est essentielle pour réaliser des travaux de réfection durables. Conformément aux spécifications de la norme ASTM C1583 Standard Test Method for Tensile
Strength of Concrete Surfaces and the Bond Strength or Tensile Strength of Concrete Repair and Overlay Materials by Direct Tension modifiée (ASTM,
2013b), l’essai d’arrachement permet de quantifier la force de liaison d’un matériau de réparation sur un substrat de béton. Pour y parvenir, trois charges en traction doivent être mesurées sur l’ensemble du système comportant le même mode de rupture. Il en existe trois types : au substrat, à l’interface et dans le matériau de réparation.
Le système se compose du mortier de réparation pulvérisé (7 jours de cure humide) sur un substrat de béton coulé de résistance à la compression de 32 MPa. Ce dernier est préalablement confectionné en laboratoire avec les matériaux et les équipements à disposition. Le Tableau 2.2 présente la composition du substrat de béton utilisé pour l’essai d’arrachement.
Tableau 2.2 : Composition du substrat de béton Matériaux Quantité (kg/m3) Ciment 343 Eau 205 Granulat grossier 1024 Granulat fin 786
La préparation de surface est réalisée à l’aide d’un jet d’eau haute pression (2500 PSI à un débit de 6 à 8 litres par minute), de sorte qu’elle corresponde à la catégorie CSP5 (Figure 2.12) (ICRI, 2013). Il a été possible de produire ce niveau de préparation de surface en réalisant le passage du jet d’eau haute pression sur la surface du béton à l’âge de 1 jour.
Figure 2.12 : Substrat de béton utilisé pour les arrachements
De plus, aucun agent de liaison n’est préconisé à l’interface, comme c’est le cas généralement lors de travaux de réparation avec le béton projeté. Le mortier de réparation est le seul matériau utilisé dans le cadre de l’essai, sur une surface saturée et sèche en surface (SSS).
2.7. Durabilité du matériau
Les infrastructures exposées à des environnements agressifs peuvent se détériorer rapidement. Les matériaux composants ces ouvrages doivent donc être conçus pour résister au mieux à ces intempéries critiques. Les mortiers de réparation vont être évalués sur leur résistance à la pénétration d’ions de chlorure, aux cycles de gel-dégel et à l’écaillage.
2.7.1. Résistance à la pénétration des ions de chlore
Les matériaux cimentaires sont exposés fréquemment aux ions chlorure, présents notamment dans l’eau de mer et les sels déverglaçants. Par conséquent, selon les spécifications de la norme ASTM C1202 Standard Test Method for Electrical
Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration modifiée (ASTM,
2017b), l’essai sur la résistance à la pénétration des ions de chlore est réalisé sur les mortiers projetés à basse vitesse. Trois éprouvettes à 28 jours de cure humide de 100 mm de diamètre par 50 mm de largeur sont donc conditionnés et introduits dans des cellules d’essai. Le Tableau 2.3 présente la pénétration des ions de chlore classifiée de négligeable à élevée en fonction de la charge passée (en coulomb).
Tableau 2.3 : Pénétration des ions de chlorure en fonction de la charge passée (ASTM, 2017b)
Charge passée (Coulombs) Pénétration d’ions de chlore > 4000 Élevée 2000 - 4000 Modérée 1000 - 2000 Faible 100 - 10000 Très faible < 100 Négligeable 2.7.2. Gel-dégel
En raison des conditions environnementales agressives auxquelles les matériaux sont exposés, les mortiers projetés à basse vitesse sont évalués suivant l’essai de
gel-dégel de l’ASTM C666-A Standard Test Method for Resistance of Concrete to
Rapid Freezing and Thawing modifiée (ASTM, 2015a). Pour ce faire, deux prismes
de dimensions de 75 par 100 par 300 mm ayant subi une cure humide minimale de 14 jours sont introduits dans un tombeau de gel-dégel. Ce dernier permet le conditionnement des échantillons en temps réel. À l’aide d’un programme informatique connecté à des capteurs de températures à l’intérieur du tombeau, les échantillons sont conditionnés à des cycles de températures alternant entre 4°C et -18°C à un rythme approximatif de 4,5 cycles par jour. Un total de 300 cycles doivent être atteints afin de calculer le facteur de durabilité associé à la résistance au gel-dégel du matériau.
2.7.3. Écaillage
Pour compléter l’étude de durabilité, l’essai d’écaillage est réalisé sur les mortiers
projetés à basse vitesse. Ces derniers sont exposés à des cycles de gel-dégel
ainsi qu’à des sels déverglaçants suivant les spécifications de la norme NQ 2621-
900 (BNQ, 2002). Deux dalles à 14 jours de cure humide sont confectionnées à
des dimensions permettant une surface d’exposition de 0,045 m2 pour une solution
saline à 3% de NaCl. Ainsi, les échantillons sont conservés dans une salle à environnement contrôlé, alternant quotidiennement entre des températures de - 18°C et 25°C tout au long des 56 cycles. À la fin de l’essai, la totalité des masses
des débris mesurées ne doit pas atteindre plus de 0,50 kg/m2 pour chaque
éprouvette, d’après le critère établi par le Bureau de Normalisation du Québec (BNQ, 2002). De plus, la surface d’exposition doit être examinée afin de caractériser qualitativement la surface écaillée des éprouvettes respectant le barème de la norme (BNQ, 2002) présenté à la Tableau 2.4.
Tableau 2.4 : Barème de classification des surfaces écaillées tiré de BNQ (2002)
Cote Caractéristique de la surface écaillée 0 Aucun écaillage significatif observé.
1-A Écaillage très léger du mortier de surface avec absence de cratères (popouts)*.
1-B Écaillage important du mortier de surface avec absence de cratères (popouts)*.
2-A Aucun écaillage significatif du mortier de surface, mais présence de quelques cratères (popouts)*.
2-B Aucun écaillage significatif du mortier de surface, mais présence de plusieurs cratères (popouts)*.
3 Combinaison du mortier de surface écaillée principalement avec de gros granulats éclatés.
4 Combinaison de gros granulats éclatés principalement avec du mortier de surface écaillée. * Le phénomène de formation de cratères (popouts) peut être dû à̀ deux causes :
a) La rupture d’un granulat ;
b) Le décollement soudain du mortier au-dessus du granulat.
2.8. Vitesse de projection
Le béton projeté confère une excellente consolidation au matériau grâce à une vitesse de projection au centre du jet de l’ordre de 33 m/s (Ginouse & Jolin, 2013). Toutefois, le mortier projeté à basse vitesse ne semble pas offrir un même niveau de consolidation. Aucune information n’est disponible au sujet de la vitesse réelle du jet produite par ce procédé. Par conséquent, les vitesses au centre du jet de projection et le profil des vitesses ont été calculés pour les deux lances utilisées à chaque débit d’air testé à l’aide de plusieurs équipements, incluant un support à lance, un panneau luminescent, une caméra à haute vitesse et un système de captation d’images (Figure 2.13).
Figure 2.13 : Installation pour le calcul de vitesses de projection
Les vitesses au centre du jet et les profils de vitesses sont déterminés par des logiciels de traitement d’images. Le logiciel Matlab est utilisé afin de détordre les images causées par la lentille arrondie de la caméra. Le logiciel Proanalyst® est nécessaire pour tracer le trajet des particules dans le jet de projection. Enfin, logiciel Excel sert au calcul des vitesses de projection, basé sur les bases de données obtenues par les logiciels précédents (voir Ginouse (2014) pour la procédure complète).
2.9. Programme expérimental
Le programme prévu en fonction des essais à réaliser en laboratoire est résumé au Tableau 2.5.
Tableau 2.5 : Programme expérimental
Essais Matériaux Lances Débits d’air
(CFM) Rebond 3 5 11 Technique de mise en place 3 5 11 Résistance à la compression Distribution du réseau de bulles d’air 5 Absorption 5 Enrobage des barres
d’armature Arrachement
5 Résistance à la
pénétration des ions de chlore Gel-dégel Écaillage 3 11 3 11
Vitesse des particules
3 5 11
Le programme expérimental permet de minimiser les projections superflues et d’optimiser le temps consacré en laboratoire. Notamment, la lance no.2 est testée seulement avec le matériau MAPEI, puisque la reproduction d’une seule condition expérimentale permet de réaliser adéquatement une étude comparative sur les équipements. De plus, les trois débits d’air comprimé sont analysés uniquement
pour le rebond, la technique de mise en place, la résistance à la compression et la vitesse des particules. En effet, les besoins spécifiques du projet de recherche nécessitent de comprendre exactement l’influence du débit d’air comprimé sur la perte de matériau, de recommander des techniques de mise en place spécifiques, d’évaluer l’impact de différents niveaux de consolidation sur la résistance du matériau et d’étudier en profondeur la cinématique des vitesses générées par le
mortier projeté à basse vitesse.
Les essais attribués à un seul débit d’air comprimé sont précisément sélectionnés, puisque ces informations ne sont pas essentielles pour répondre aux objectifs ciblés du projet de recherche. De plus, il sera possible d’extrapoler les résultats de caractérisation afin de comprendre le comportement d’une basse vitesse de projection sur les différentes propriétés du matériau.
3. Résultats
3.1. Introduction
Les travaux réalisés sur les mortiers projetés à basse vitesse ont généré de nombreux résultats. La technique de mise en place, les propriétés à l’état frais et durci et la durabilité du matériau, la qualité de réparation et les vitesses de projection sont les principaux sujets explorés dans le programme expérimental. Ainsi, l’objectif de ce chapitre est de présenter clairement les résultats sous forme de tableaux, de graphiques et d’illustrations.