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Etude mecanique des mortiers a base de resine epoxyde
et sable recycle pour la reparation des betons
Amal Bourguiba, Elhem Ghorbel, Wadia Dhaoui
To cite this version:
Amal Bourguiba, Elhem Ghorbel, Wadia Dhaoui. Etude mecanique des mortiers a base deresine epoxyde et sable recycle pour la reparation des betons. ORGAGEC Renovation de laville, les materiaux organiques dans l’enveloppe du batiment., Nov 2016, Champs-sur-Marne,France. 2015, <http://orgagec2015.sciencesconf.org/>. <hal-01275049>
HAL Id: hal-01275049
https://hal-enpc.archives-ouvertes.fr/hal-01275049
Submitted on 16 Feb 2016
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ORGAGEC 2015, Matériaux organiques pour la construction19-20 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
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 1
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 2
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
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 3
Principale cause de dégradation des structures en béton armé.
La plus importante en termes de coûts de réparation.
Environnement marinIons chlorurescorrosion
Hydroxyde de fer Fe (OH)2
Augmentation du volume des armatures.
Introduction Contexte générale
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 4
Réparation par mortier La méthode la plus utilisée pour réparer des structuresaffectées 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 polyuréthanesmono ou bicomposants)
Mortiers de réparation [NF EN 1504]:
Introduction Contexte générale
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 5
• 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.
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 6
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
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 7
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 estsoulevé. 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
% P
assa
nt
d (mm)
Sable recyclé
Sable normalisé
Sable recyclé +mr=9%
Sable recyclé + mr=9%
Résultats Mortiers de résine étudiés
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 8
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 del’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.
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 9
Ouvrabilité
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Aff
aiss
emen
t (m
m)
% résine Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20%
SNSRSN
Evolution de l’affaissement en fonction du pourcentage de résine, du pourcentage du diluant et du type de sable.
Résultats Effet de l’octanoate de méthyl sur l’ouvrabilité des mortiers de résine
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 10Amal Bourguiba - 33ÈMES RENCONTRES UNIVERSITAIRES DE GÉNIE CIVIL- BAYONNE, 27 AU 29 MAI 2015 10
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×−−
=eausss
ssss
MMMMP
0
2
4
6
810
12
14
16
1820
Poro
sité
à l'
eau
(%)
% résineSans diluant 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20%
SNSRSN
7%
0,5%1,5%
19,5%
Résultats Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 11
Conditions de conservation : 30°C - 48% RH
3, 7, 14 et 28 Jours.
INSTRON 5567 Schenck
Conditions d’essaiNF EN 196-1 : • Flexion: charge
50 N/s• Compression:
charge 2400 N/s• Température
ambiante
Résistances mécaniques
Eprouvettes d’essai: 4x4x16 cm3.
Résultats Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 12
0
5
10
15
20
25
30
Rés
ista
nce
à la
flex
ion
(MPa
)
% résine 3 jours
Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20% 0
5
10
15
20
25
30
35
Rés
ista
nce
à la
flex
ion
(MPa
)
% résine7 jours
Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20%
0
5
10
15
20
25
30
35
Rés
ista
nce
à la
flex
ion
(MPa
)
% résine14 jours
Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20% 0
5
10
15
20
25
30
35
Rés
ista
nce
à la
flex
ion
(MPa
)% résine28 jours
Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20%
SNSN SRSNSN SR
SNSRSNSNSN 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
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 13
0
20
40
60
80
100
120
Rés
ista
nce
à la
com
pres
sion
(M
Pa)
% résine 7 joursSans diluant 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20%
0
20
40
60
80
100
120
Rés
ista
nce
à la
com
pres
sion
(M
Pa)
% résine14 jours
Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20%
0
20
40
60
80
100
120
140
Rés
ista
nce
à la
com
pres
sion
(M
Pa)
% résine 28 jours
Sans diluant 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20%
0
20
40
60
80
100
120
Rés
ista
nce
à la
com
pres
sion
(M
Pa)
% résine 3 joursSans dilaunt 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20%
SNSRSNSNSRSN
SNSRSNSNSRSN
28 jours
20% +SN
20% +SR
10%
Evolution de la résistance à la compression 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 compression
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 14
Diffusion des ions chlorures : NT Build 492 • Echantillons cylindriques (110 mm dediamètre et 50 mm d’épaisseur) à 28jours.
• 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 entreles deux électrodes),
• Les Cl- : cathodeè l'anode,• La distance Xd de la migration des Cl- est
déterminée en aspergeant l’échantillonpar AgNO3.
( ) ( )( )
( )12 2 0,0239 273 27310 / 0,0238
2 2d
nssm dT L T LX
D m s XU t U
− + + = − − −
Résultats Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 15
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
Dns
smE
-12
(m2 /s
)
% résineSans diluant 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20%
SNSRSN
02468
1012141618
Prof
onde
ur d
e di
ffus
ion
des i
ons C
l –
(mm
)
% résineSans diluant 5% diluant Mortier hydraulique
9% 12% 20% 20%
SNSRSN
0,11 E-12 (m2/s)
0,75 E-12(m2/s)
Résultats Caractérisation des mortiers de résine à l’état durci
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 16
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
Dns
sm E
-12
(m2 /s
)
Porosité (%)
9% résine Sansdiluant
12% résine sansdiluant
20% résine sablenormalisé sansdiluant20% résine sablerecyclé sans dilaunt
9% résine + 5%diluant
12% résine + 5%diluant
20% résine sablenormalisé + 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
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 17
Résultats Etude de l’adhérence mortier de résine /support
Support: mortierhydraulique normaliséMortier 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
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 18
Résultats Etude de l’adhérence mortier de résine /support
0
2
4
6
8
10
12
Adh
éren
ce (M
Pa)
Surface rugueuse
sèche
Surface rugueuse saturée
Surface lisse sèche
Surface lisse saturée
Rupture adhésive
Rupture cohésivedans 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
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 19
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.
Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France) 20
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)
• L’état de surface du support a beaucoup d’influence sur l’adhérence du mortier de
réparation .