Etude mécanique des mortiers à base de résine époxyde et sable recyclé pour la réparation des bétons

(1)

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Submitted on 16 Feb 2016

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Etude mécanique des mortiers à base de résine époxyde et sable recyclé pour la réparation des bétons

Amal Bourguiba, Elhem Ghorbel, Wadia Dhaoui

To cite this version:

Amal Bourguiba, Elhem Ghorbel, Wadia Dhaoui. Etude mécanique des mortiers à base de résine époxyde et sable recyclé pour la réparation des bétons. ORGAGEC Rénovation de la ville, les matéri- aux organiques dans l’enveloppe du bâtiment., Nov 2016, Champs-sur-Marne, France. �hal-01275049�

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ORGAGEC 2015, Matériaux organiques pour la construction 19-20 nov. 2015 Champs-sur-Marne (France)

Etude mécanique des mortiers à base de résine

époxyde et sable recyclé pour la réparation des bétons

Amal Bourguiba, Elhem Ghorbel, Wadia Dhaoui

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1. Introduction

• Contexte général

• Objectifs de l’étude

2. Résultats

3. Conclusions

• Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci : Porosité accessible à l’eau, résistances mécaniques, durabilité à la diffusion des ions chlorures

• Mortiers de résine étudiés

• Effet de l’octanoate de méthyl sur l’ouvrabilité des mortiers de résine

Plan

• Etude de l’adhérence mortier de résine /support

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Principale cause de dégradation des structures en béton armé.

La plus importante en termes de coûts de réparation.

Environnement marin Ions chlorures corrosion

Hydroxyde de fer Fe (OH)

₂

Augmentation du volume des armatures.

Introduction

Contexte générale

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Réparation par mortier La méthode la plus utilisée pour réparer des structures affectées par la corrosion.

• mortiers hydrauliques

• mortiers modifiés par des polymères

• mortiers à base de résines (les résines époxydes, les polyesters insaturés, les acryliques réticulables et les polyuréthanes mono ou bicomposants)

Mortiers de réparation [NF EN 1504]:

Introduction

Contexte générale

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• Optimisation de la composition des mortiers de résine selon l’ouvrabilité

• Etude de l’effet du type de sable et de l’octanoate de méthyl sur l’ouvrabilité des mortiers de résine.

• Etude des résistances mécaniques des mortiers de résine à l’état durci.

• Etude des indicateurs de durabilité (la porosité et la résistance à la diffusion des ions chlorures) des mortiers de résine.

Introduction

Objectifs de l’étude

• Etude de l’adhérence mortier de résine /support en fonction de l’état de

l’interface.

(7)

La résine époxyde utilisée est une Eponal 371 : pré-polymère + durcisseur.

Le diluant introduit dans le système époxy est l’octanoate de méthyl (5% par rapport à la masse totale du mortier).

Deux types de sable: sable normalisé et sable recyclé (PN Recybéton).

Pré-polymère Durcisseur

Octanoate de méthyle

Résultats

Mortiers de résine étudiés

Sable normalisé Sable recyclé

(8)

Différentes formulations de mortiers: différents pourcentages de résine + deux types de sable.

Le cône placé au centre de la table est rempli de mortier. Le moule tronconique est soulevé. Après 15 chocs, l’affaissement du mortier est mesuré.

Ouvrabilité

Analyse granulométrique des sables normalisé et recyclé.

Sable recyclé

Perte d’ouvrabilité

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0,01 0,1 1 10

% Passant

d (mm)

Sable recyclé Sable normalisé Sable recyclé + mr=9%

Sable recyclé + mr=9%

Résultats

Mortiers de résine étudiés

(9)

Ouvrabilité

Type de sable WA (%) Porosité (%)

Sable normalisé 0,15 0,38

Sable recyclé 7,9 16 ,1

Sable recyclé + 9% résine 3,44 7,76

Mesure du coefficient d’absorption d’eau WA à 24 heures (NF 1097-6)

La résine est absorbée par les grains de sable recyclés diminution de l’ouvrabilité.

Mortiers à sable normalisé 9, 12 et 20% de résine.

Mortiers à sable recyclé 20% de résine.

56% 52%

Résultats

Mortiers de résine étudiés

*Tous les résultats seront comparés à ceux du mortier hydraulique normalisé.

(10)

Ouvrabilité

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Affaissement (mm)

% résine

Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique 9% 12% 20% 20%

SN SR

SN

Résultats

Effet de l’octanoate de méthyl sur l’ouvrabilité des mortiers de résine

(11)

Porosité accessible à l’eau: NF P 18-459

• Echantillons à 28 jours

• Mise sous vide pendant 4h (dessiccateur + pompe).

• Saturation sous vide à l’eau pendant 44h.

• Pesée hydrostatique des échantillons + pesée dans l’air

+ pesée à l’état sec (séchage à 105°C).

Evolution de la porosité en fonction du pourcentage de résine, du type de sable et de la contenance en diluant.

´ 100 -

= -

eau sss

s sss

M M

M P M

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Porosité à l'eau (%)

% résine

Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique 9% 12% 20% 20%

SN SR

SN

7%

0,5% 1,5%

19,5%

Résultats

Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci

(12)

Conditions de conservation : 30°C - 48% RH

3, 7, 14 et 28 Jours.

INSTRON 5567 Schenck

Conditions d’essai NF EN 196-1 :

• Flexion: charge 50 N/s

• Compression:

charge 2400 N/s

• Température ambiante

Résistances mécaniques

Résultats

Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci

(13)

0 5 10 15 20 25 30

Résistance à la flexion (MPa)

% résine 3 jours

Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique

9% 12% 20% 20% 0

5 10 15 20 25 30 35

Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique 9% 12% 20% 20%

0 5 10 15 20 25 30 35

SN

SR

SN SR SN

SR

SN SN SN

SN

SR

28 jours 20% +SN

20% +SR 26%

Evolution de la résistance à la flexion en fonction du pourcentage de résine, du pourcentage du diluant et du type de sable.

+

Résultats

Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci

Résistance à la flexion

(14)

0 20 40 60 80 100 120

Résistance à la compression (MPa)

0 20 40 60 80 100 120

Résistance à la compression (MPa)

% résine

14 jours 9% 12% 20% 20%

0 20 40 60 80 100 120 140

Résistance à la compression (MPa)

9% 12% 20% 20%

0 20 40 60 80 100 120

Résistance à la compression (MPa)

Sans dilaunt 5% diluant Mortier hydraulique 9% 12% 20% 20%

SR

SN SN SN

SN

SR

SN SN

SR

SN SN

28 jours 20% +SN

20% +SR 10%

Résultats

Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci

Résistance à la

compression

(15)

Diffusion des ions chlorures : NT Build 492 • Echantillons cylindriques (110 mm de diamètre et 50 mm d’épaisseur) à 28 jours.

• Mise sous vide pendant 4h

(dessiccateur + pompe),

• Saturation à l’NaOH (11g/L) pendant 44h,

• Attaque par les ions Cl

^-

pendant 24h (une différence de potentiel est imposée entre les deux électrodes),

• Les Cl

^-

: cathode è l'anode,

• La distance X

_d

de la migration des Cl

^-

est déterminée en aspergeant l’échantillon par AgNO

₃

.

( ¹⁰

¹² ²

^/ ) ^{0,0239 273} ₍ ⁽ ₎ ⁾ ^0,0238 ⁽ ²⁷³ ⁾

2 2

d

nssm d

T L T LX

D m s X

U t U

-

+ æ + ö

ç ÷

= - ç è - - ÷ ø

Résultats

Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci

(16)

Diffusion des ions chlorures : NT Build 492

Evolution du coefficient de diffusion et de la profondeur de diffusion des ions chlorures en fonction du pourcentage de résine, du type de sable et de la contenance en diluant.

0 2 4 6 8 10 12

DnssmE -12 (m2 /s)

% résine

Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique 9% 12% 20% 20%

SN SR

SN

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Profondeur de diffusion des ions Cl – (mm)

% résine

Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique 9% 12% 20% 20%

SN SR

SN

0,11 E^-12(m²/s)

0,75 E^-12(m²/s)

Résultats

Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci

(17)

Diffusion des ions chlorures : NT Build 492

Evolution du coefficient de diffusion des ions chlorures en fonction de la porosité

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

0,1 1 10

Dnssm E -12 (m2 /s)

Porosité (%) 9% résine Sans

diluant

12% résine sans diluant

20% résine sable normalisé sans diluant

20% résine sable recyclé sans dilaunt 9% résine + 5%

diluant

12% résine + 5%

diluant

20% résine sable normalisé + 5%

diluant

Bagel L., V. Kivica, «Relationship between pore structure and permeability of hardened cement mortars: on the choice of effective pore structure parameter», Cement and Concrete Research, vol. 27, 1997, p. 1225-1235.

Résultats

Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci

(18)

Résultats

Etude de l’adhérence mortier de résine /support

Support: mortier hydraulique normalisé Mortier de réparation

• Essai de flexion 3 points

• Eprouvettes 4x4x16 bicomposées:

ü Demi éprouvette 4x4x16 de mortier hydraulique normalisé (28 jours)

ü Demi éprouvette formée par le mortier de réparation (20% r, 5% d et sable normalisé)

• Etat de l’interface:

ü Lisse (saturée / sèche)

ü Rugueuse (saturée / sèche) Mortier 20% r + 5% d + sable normalisé

ü Bonne ouvrabilité (≈ mortier hydraulique normalisé) ü Résistances mécaniques importantes

ü Résistance à la diffusion des ions chlorures élevée

(19)

Résultats

Etude de l’adhérence mortier de résine /support

0 2 4 6 8 10 12

Adhérence (MPa)

Surface rugueuse

sèche Surface

rugueuse saturée

Surface lisse sèche Surface lisse

saturée

Rupture adhésive

Rupture cohésive

dans le support

Mortier hydraulique normalisé (support)

Adhérence du mortier de réparation au mortier support et modes de rupture en fonction de l’état de surface

Lisse saturée

Lisse sèche

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Conclusions

• Les mortiers de résine étudiés présentent une ouvrabilité qui s’améliore avec l’augmentation du pourcentage de résine et avec l’ajout de l’octanoate de méthyle.

• La substitution du sable normalisé par le sable recyclé modifie la classe de consistance du mortier (l’affaissement diminue).

• Le mortier formulé avec 20% de résine, 5% d’octanoate de méthyle et du sable normalisé présente la meilleure ouvrabilité, une résistance mécanique élevée ainsi qu’une importante durabilité à la diffusion des ions chlorures.

• Le mortier de résine le mieux adapté à la réparation.

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Conclusions

• Surfaces saturées en eau la rupture a lieu à l’interface (rupture adhésive).

• Surfaces sèches la rupture a lieu dans le support (rupture cohésive).

• L’adhérence la plus élevée est obtenue pour la surface lisse et sèche (En tenant compte de l’écart type de la mesure, sa valeur est au moins égale à la résistance à la flexion du support)