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

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1 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 matériaux organiques dans l enveloppe du bâtiment., Nov 216, Champs-sur-Marne, France. 215,. HAL Id: hal Submitted on 16 Feb 216 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

2 ORGAGEC 215, Matériaux organiques pour la construction 19-2 nov. 215 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 Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 1

3 Plan 1. Introduction Contexte général Objectifs de l étude 2. Résultats Mortiers de résine étudiés Effet de l octanoate de méthyl sur l ouvrabilité des mortiers de résine Caractérisation des mortiers de résine à l état durci : Porosité accessible à l eau, résistances mécaniques, durabilité à la diffusion des ions chlorures Etude de l adhérence mortier de résine /support 3. Conclusions Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 2

4 Introduction Contexte générale Environnement marin Ions chlorures corrosion Principale cause de dégradation des structures en béton armé. La plus importante en termes de coûts de réparation. Hydroxyde de fer Fe (OH) 2 Augmentation du volume des armatures. Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 3

5 Introduction Contexte générale Réparation par mortier affectées par la corrosion. La méthode la plus utilisée pour réparer des structures Mortiers de réparation [NF EN 154]: 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) Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 4

6 Introduction Objectifs de l étude 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. Etude de l adhérence mortier de résine /support en fonction de l état de l interface. Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 5

7 Mortiers de résine étudiés 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 Sable normalisé Sable recyclé Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 6

8 Mortiers de résine étudiés Différentes formulations de mortiers: différents pourcentages de résine + deux types de sable. Ouvrabilité Sable recyclé Perte d ouvrabilité % Passant Sable recyclé Sable normalisé Sable recyclé + mr=9%,1,1 1 1 Sable recyclé + mr=9% d (mm) Le cône placé au centre de la table est rempli de mortier. Le moule tronconique est Analyse granulométrique des sables normalisé et recyclé. soulevé. Après 15 chocs, l affaissement du mortier est mesuré. Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 7

9 Mortiers de résine étudiés Ouvrabilité Mesure du coefficient d absorption d eau WA à 24 heures (NF 197-6) Type de sable WA (%) Porosité (%) Sable normalisé,15,38 Sable recyclé 7,9 16,1 Sable recyclé + 9 3,44 7,76 56% 52% La résine est absorbée par les grains de sable recyclés l ouvrabilité. Mortiers à sable normalisé 9, 12 et 2% de résine. Mortiers à sable recyclé 2% de résine. diminution de *Tous les résultats seront comparés à ceux du mortier hydraulique normalisé. Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 8

10 Effet de l octanoate de méthyl sur l ouvrabilité des mortiers de résine Ouvrabilité 4 35 SR Affaissement (mm) % 12% 2% 2% Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique Evolution de l affaissement en fonction du pourcentage de résine, du pourcentage du diluant et du type de sable. Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 9

11 Caractérisation des mortiers de résine à l état durci Porosité accessible à l eau: NF P Porosité à l'eau (%) %,5% SR 1,5% 19,5% 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 15 C). 2 9% 12% 2% 2% Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique P = M M sss sss M M s eau 1 Evolution de la porosité en fonction du pourcentage de résine, du type de sable et de la contenance en diluant. Amal Bourguiba - 33ÈMES ORGAGEC 15, RENCONTRES 19-2 nov. UNIVERSITAIRES 215 Champs-sur-Marne DE GÉNIE CIVIL- (France) BAYONNE, 27 AU 29 MAI 215 1

12 Caractérisation des mortiers de résine à l état durci Résistances mécaniques Conditions d essai NF EN : Flexion: charge 5 N/s Compression: charge 24 N/s Température ambiante Conditions de conservation : 3 C - 48% RH 3, 7, 14 et 28 Jours. INSTRON 5567 Schenck Eprouvettes d essai: 4x4x16 cm 3. Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 11

13 Caractérisation des mortiers de résine à l état durci Résistance à la flexion 28 jours 2% % 2% +SR Résistance à la flexion (MPa) Résistance à la flexion (MPa) jours 9% 12% 2% 2% Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique jours SR SR 9% 12% 2% 2% Résistance à la flexion (MPa) 35 3 SR jours 9% 12% 2% 2% Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique Evolution de la résistance à la flexion en fonction du pourcentage de résine, du pourcentage du diluant et du type de sable. Résistance à la flexion (MPa) 35 3 SR % 12% 2% 2% 28 jours Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 12

14 Caractérisation des mortiers de résine à l état durci Résistance à la compression 28 jours 2% + 1% 2% +SR Résistance à la compression (MPa) Résistance à la compression (MPa) % 12% 2% 2% 3 jours Sans dilaunt 5% diluant Mortier hydraulique SR SR 9% 12% 2% 2% 14 jours Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique Résistance à la compression (MPa) % 12% 2% 2% 7 jours Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique Résistance à la compression (MPa) jours 9% 12% 2% 2% SR SR Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique Evolution de la résistance à la compression en fonction du pourcentage de résine, du pourcentage du diluant et du type de sable. Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 13

15 Caractérisation des mortiers de résine à l état durci Diffusion des ions chlorures : NT Build 492 Echantillons cylindriques (11 mm de diamètre et 5 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 l'anode, La distance X d de la migration des Cl - est déterminée en aspergeant l échantillon par AgNO 3. ( ) ( ) ( ) 12 2, T L T LX Dnssm ( 1 m / s) = Xd,238 U 2 t U 2 d Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 14

16 Caractérisation des mortiers de résine à l état durci Diffusion des ions chlorures : NT Build 492 Dnssm E -12 (m 2 /s) ,11 E -12 (m 2 /s) SR,75 E -12 (m 2 /s) 9% 12% 2% 2% Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique Profondeur de diffusion des ions Cl (mm) 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 % 12% 2% 2% SR Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 15

17 Caractérisation des mortiers de résine à l état durci Diffusion des ions chlorures : NT Build 492 1,2 1 9 Sans diluant 12 sans diluant Dnssm E -12 (m 2 /s),8,6,4 2 sable normalisé sans diluant 2 sable recyclé sans dilaunt 9 + 5% diluant %,2 diluant 2 sable normalisé + 5% diluant,1 1 1 Porosité (%) Evolution du coefficient de diffusion des ions chlorures en fonction de la porosité 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 Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 16

18 Etude de l adhérence mortier de résine /support Mortier 2% r + 5% d + sable normalisé Mortier de réparation Support: mortier hydraulique normalisé Essai de flexion 3 points Bonne ouvrabilité ( mortier hydraulique normalisé) Eprouvettes 4x4x16 bicomposées: Résistances mécaniques importantes Demi éprouvette 4x4x16 de mortier Résistance à la diffusion des ions chlorures élevée hydraulique normalisé (28 jours) Demi éprouvette formée par le mortier de réparation (2% r, 5% d et sable normalisé) Etat de l interface: Lisse (saturée / sèche) Rugueuse (saturée / sèche) Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 17

19 Etude de l adhérence mortier de résine /support 12 1 Rupture adhésive Rupture cohésive dans le support Lisse saturée Adhérence (MPa) Surface rugueuse saturée Surface lisse saturée Surface rugueuse sèche Surface lisse sèche Mortier hydraulique normalisé (support) Lisse sèche Adhérence du mortier de réparation au mortier support et modes de rupture en fonction de l état de surface Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 18

20 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 2% 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. Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 19

21 Conclusions L état de surface du support a beaucoup d influence sur l adhérence du mortier de réparation. 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) Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 2

22 Merci pour votre attention Amal Bourguiba ORGAGEC 15, 19-2 nov. 215 Champs-sur-Marne (France) 21