VI.3 Combinaison des effets conditions environnementales et de l'état du support
VI.3.3 Sur surface sèche et rugueuse
Cette partie présente l’effet des conditions environnementales sur les éprouvettes bicomposées dont les mortiers ont été coulés sur des mortiers classiques M0 à surface sèche et rugueuse.
VI.3.3.1 Conservation avec un passage en immersion dans l’eau
Les résultats d'adhérence des mortiers coulés sur surface rugueuse après trois de conservation et placés le deuxième mois en immersion dans l'eau sont présentés sur la Figure VI-9.
Dans ces conditions, l’adhérence du mortier classique M0 double après son passage en immersion dans l’eau mais perd pratiquement tout ce gain à la troisième échéance. La rupture est mixte à l’interface du système et dans le mortier à partir du deuxième mois. Ces conditions renforcent alors l’adhérence du système au point que le mortier de réparation devient la partie la plus fragile du système. Néanmoins au bout des trois mois, l’adhérence reste largement inférieure à la valeur de résistance en flexion du mortier classique M0.
Par ailleurs, le mortier modifié SA5 est influencé de la même façon que le mortier classique M0. En effet, son adhérence est au maximum à la deuxième échéance mais diminue de plus de 50% à la troisième. La rupture a lieu majoritairement à l’interface. Donc , de la même façon que pour mortier classique M0, l'adhérence du SA5 diminue et la rupture a lieu à l'interface.
Pour les autres mortiers (M4, SA20 et EVA20), l’adhérence diminue après immersion dans l’eau, même après le retour des éprouvettes en milieu ambiant. Elle reste constante avec le produit M2 à chaque échéance. Cette diminution globale de l'adhérence est associée à des modes de rupture qui sont tous adhésifs au bout de la troisème échéance (Tableau VI-8).
Figure VI-9 : Evolution de l’adhérence des mortiers coulés sur un mortier classique M0 à surface rugueuse (SR) ayant eu un passage en immersion dans l’eau
Tout comme dans le cas des essais sur éprouvettes bicomposées à surface saturée en eau, l'adhérence mesurée pour tous les mortiers n'atteint pas la résistance en flexion du mortier classique M0.
Tableau VI-8 : Evolution du mode de rupture sur les éprouvettes avec un mortier classique M0 à surface rugueuse SR ayant eu un passage en environnement en immersion dans l’eau
Après 28 jours Après 56 jours Après 84 jours
M0/M0 A/S A/M A/M
M0/M2 A/S S A
M0/M4 A/M - M
M0/SA5 A/S A/S A
M0/SA20 A A A
M0/EVA10 A S/A A
VI.3.3.2 Conservation avec une phase en environnement chaud
Les résultats d’adhérence obtenus après ce type de conservation sont présentés sur la Figure VI-10 et les modes de rupture dans le Tableau VI-9.
L’augmentation de la rugosité et de la température entraine l’augmentation de l’adhérence du mortier classique M0. La Figure VI-10 montre que celle-ci passe d’environ 3 MPa à plus de 5 MPa entre le premier et le deuxième mois et reste constante entre le deuxième et le troisième mois
Pour les produits commerciaux, le produit M2 présente toujours la meilleure adhérence, qui reste constante à la deuxième échéance et augmente à la troisième pour attendre un peu plus de 7,5 MPa. Le mode de rupture passe de mixte à cohésifdans le mortier. L’adhérence du mortier M4 diminue après conservation à 40°C puis augmente et atteint environ 6 MPa au bout de la troisième échéance. Pour les mortiers contenant du SA, jusqu'à 10% de polymère, l'adhérence augmente à chaque échéance, alors qu'elle diminue pour SA20.
Pour ce qui les mortiers contenant de l’EVA , l’adhérence des mortiers contenant 10 et 20% de polymère varie peu. L'adhérence augmente quand le taux de polymère augmente. Malgré ces valeurs d'adhérence plutôt élevée, les ruptures sont majoritairement localisées à l'interface.
Figure VI-10 : Evolution de l’adhérence des mortiers coulés sur un mortier classique M0 à surface rugueuse (SR) ayant eu un passage en environnement chaud
Les meilleurs résultats d’adhérence des ces conditions sont obtenus avec les mortiers M2, SA10, EVA10 et EVA20.
Tableau VI-9 : Evolution du mode de des mortiers coulés sur un mortier classique M0 à surface rugueuse (SR) ayant eu un passage en environnement chaud
Après 28 jours Après 56 jours Après 84 jours
M0/M0 A/S A/S/M A/M
M0/M2 A/S S S M0/M4 A/M S/M A/M M0/SA5 A/S A A M0/SA10 A A/S S M0/SA20 A A/S A M0/EVA5 A A/S A M0/EVA10 A A/S A
M0/EVA20 A A/S S/A
VI.3.3.3 Comparaison avec les résultats obtenus en milieu ambiant
Les modifications de la contrainte d’adhérence et du mode de rupture des éprouvettes ayant la surface du support rugueuse ont été mesurées lorsqu’on modifie l’environnement de conservation. Dans cette partie, l’écart observé entre l’adhérence des mortiers ayant subi un changement d’environnement et de celles des mortiers conservés en milieu ambiant est analysé (Figure VI-11).
On constate tout d’abord que ni l’augmentation de la température, ni l’augmentation de l’humidité dans le milieu ne permettent l’amélioration de l’adhérence pour la quasi-totalité des
mortiers appliqués sur surface rugueuse, en comparaison avec les résultats obtenus en milieu ambiant. Seules les adhérences des mortiers SA5 et M4 sont améliorées après un passage à 40°C.
Figure VI-11 : Variation relative de l’adhérence des mortiers coulés sur surface rugueuse ayant été conservés le deuxième mois en environnement chaud ou en immersion dans l'eau par rapport à celle des mortiers
VI.4 Conclusion
Ce chapitre permet de mettre en évidence l’influence des conditions environnementales dans lesquelles se trouve le système de réparation sur l’adhérence. Les conclusions sont les suivantes : L’adhérence des mortiers coulés sur surface plane et sèche est plus élevée lorsqu’ils sont soumis à une température élevée qu'en milieu ambiant contrôlé. De plus, l'adhérence des mortiers diminue lorsqu’ils sont conservés en immersion dans l'eau.
En faisant varier les conditions de conservation des mortiers, on remarque que ces variations influencent l’adhérence des mortiers de réparation. Ainsi, elle diminue quand le système passe d’un milieu chaud à un milieu ambiant alors qu’elle va augmenter au passage du système d’un milieu saturé en eau au milieu ambiant. Malgré ces deux évolutions contraires, les adhérences les plus élevées restent celles des systèmes ayant été placées en milieu chaud. En comparant ces évolutions à celles d’éprouvettes conservées en environnement ambiant contrôlé, on constate que l'adhérence maximale est obtenue majoritairement avec ce type d'environnement.
L’autre approche de cette étude était de soumettre aux mêmes variations d’environnement que celles citées plus haut des éprouvettes bicomposées de chaque mortier en faisant varier l'état de surface du support ( saturé en eau ou rugueux). Les résultats suivants ont été obtenus :
Sur surface saturée en eau, la conservation en environnement chaud améliore l’adhérence de la majorité des mortiers, même après leur retour en milieu ambiant. C’est le cas des mortiers M2, SA10, SA20 et tous les mortiers contenant de l’EVA. L'adhérence de certaines éprouvettes placées en immersion dans l’eau augmente par rapport à celle mesurée après conservation en environnement ambiant (SA5 et SA20).
Par contre, sur surface rugueuse, les modifications des conditions environnementales entrainent la diminution de l’adhérence de l’ensemble des mortiers pour les consistances et le mode opératoire utilisés dans ce travail.
Ces modifications de l’adhérence sont la résultante de plusieurs facteurs :
La première est le mécanisme de formation des films de polymère. Pour que la filmification puisse avoir lieu, il faut d’une part qu’une partie de l’eau se soit évaporer pour que les grains de polymère soient suffisamment proches puissent coalescer. D’autre part, la température doit être suffisamment élevée (au dessus de la TMFF) pour que la filmification ait lieu. Donc sous environnements ambiant et chaud, l’adhérence augmente puisqu’on a est au dessus de la TMFF et que l'eau s'évapore. Par contre l’adhérence est faible pour les mortiers placés en immersion dans l'eau, puisque la filmification est retardée par l’eau. De plus, dans ces conditions, les particules de polymères pourraient se ré-émulsifier et réduire encore plus la filmification.
Le deuxième facteur est le type et la quantité de polymère utilisé dans le mortier. En effet, ces deux paramètres vont influencer l’ouvrabilité du mortier ou encore sa fluidité. Comme cela a été
développé dans le chapitre précédent, les mortiers peu fluides, comme le SA20, ont un mauvais contact avec la surface du support, ce qui provoque la diminution de l’adhérence. On peut voir que l’adhérence du mortier SA20 est améliorée lorsqu’il est coulé sur une surface saturée en eau puisque que l’eau augmente localement la fluidité du mortier à l'interface. Par la suite, l'exposition à 40°C permet d'assurer la formation de films de polymères. Cette variation de fluidité peut expliquer que les mortiers contenant de l’EVA ont une meilleure adhérence que ceux contenant du SA dans tous les cas de figure.
En conclusion, ce chapitre montre que l'influence de l’environnement sur l’adhérence dépend de la nature du polymère utilisé dans le mortier et de sa quantité mais aussi de l’état de surface du support à réparer. Ainsi, sur surface saturée en eau, la température et l’humidité du milieu auront tendance à favoriser l’adhérence du mortier alors que sur surface rugueuse, ces facteurs auront tendance à faire diminuer l’adhérence. Si on note les conditions permettant d'obtenir l'adhérence la plus élevée pour tous les types de mortiers, on remarque qu'elles sont obtenues majoritairement sur surface plane et après conservation dans un environnement ambiant (Tableau VI-10). C’est le cas de pratiquement tous les mortiers modifiés formulés en laboratoire (à l’exception du SA5). Les produits commerciaux atteignent leur adhérence maximale après un passage à 40°C et quand ils sont coulés sur une surface rugueuse. L’adhérence du mortier classique M0 pour sa part est maximale sur surface rugueuse et après un passage en immersion dans l’eau.
Tableau VI-10 : Conditions de conservation et état de surface permettant l’obtention de la meilleure adhérence pour chaque mortier
Dans les chapitres V et VI, nous avons étudié les propriétés d’adhérence des mortiers modifiés sur différents types de surface. Plusieurs aspects ont été pris en compte tels que le type et la quantité de polymère ajouté au le mortier, l’état de la surface du support, ainsi que l’environnement dans lequel les systèmes de réparation ont été conservés. Tous ces paramètres ont des conséquences sur l’adhérence des mortiers. Il est donc nécessaire de tenir compte de chacun d’eux lors de la fabrication et de l’utilisation du mortier. Sur l‘ensemble des mortiers étudiés ici, il en ressort que le meilleur compromis des conditions de réparation est un milieu ambiant en effectuant la réparation sur une surface plane et sèche.
Ces chapitres n’abordent pas les éventuelles modifications pouvant avoir lieu au contact du mortier et de l’armature métallique du support. En effet, la corrosion de l’armature est la deuxième cause de défaillance des réparations. Il est donc important d’aborder cet aspect qui conduira aussi à étudier le rôle que jouent ces mortiers sur la durabilité de ces systèmes.
M0 M2 M4 SA5 SA10 SA20 EVA5 EVA10 EVA20
Conservation amb+eau amb+40°C +amb
amb+40°C
+amb amb+40°C 3xamb 3xamb 2xamb 3xamb
amb+40°C +amb
Etat de
surface rugueux rugueux rugueux plan plan plan plan plan plan Adhérence
Références bibliographiques
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VII ETUDE DES PROPRIETES DE
DURABILITE DES MORTIERS VIS-A-VIS
DU RISQUE DE CORROSION DES ACIERS
Nous avons analysé dans les précédents chapitres l’influence de la composition des mortiers modifiés par des polymères et des conditions de cure sur la qualité de l’adhérence des mortiers sur un support représentant le béton d’ouvrage à réparer. La deuxième manifestation récurrente de l’échec d’une réparation est liée aux mécanismes de corrosion des aciers initiés par la formation de piles électrochimiques entre les zones de métal au sein de la partie non réparée et les zones de métal enrobées par les mortiers de réparation. La Figure VII-1 illustre les différentes situations possibles.
D’après [Emmons 1997], plusieurs cas peuvent être rencontrés :
La corrosion de l’armature peut avoir lieu au contact du mortier de réparation et de l’armature (Figure VII-1(b)). Dans ce cas, la dépassivation des armatures est causée directement par le mortier de réparation dont les propriétés limitent la protection des armatures.
La dépassivation des armatures peut être aussi due à la présence d’agents agressifs tels que les ions chlorure ou la carbonatation du béton. Ces agents peuvent dans certains cas être déjà présents dans la partie de béton non réparée ou peuvent diffuser de manière différente dans le béton non réparé et le mortier de réparation, ce dernier pouvant limiter la diffusion compte tenu de la présence de polymères (Figure VII-1(c)). Dans cette situation, les zones de l’armature où la corrosion est susceptible de se produire sont dans les parties non réparées proches de la réparation.
La corrosion des armatures peut aussi être initiée et accélérée avec le décollement de la couche réparatrice qui favorise les échanges avec le milieu extérieur et limite ainsi la protection des armatures (Figure VII-1(d)).
Dans la première partie de ce chapitre, nous nous sommes focalisés sur les conditions électrochimiques des aciers dans les mortiers modifiés par rapport au mortier sans polymère. Toujours en comparant les résultats obtenus par rapport à ceux relatifs au mortier classique, nous avons étudié dans une deuxième partie les propriétés de transfert des mortiers modifiés avec des essais de migration des ions chlorure et des essais de carbonatation. Dans la dernière partie de ce chapitre, nous avons abordé le risque de formation de piles électrochimiques entre des mortiers pollués par des chlorures ou carbonatés et des mortiers de réparation sains.