Caractérisation de la surface du béton considérée dans le cas d’une liaison béton/résine synthétique

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    13-Aug-2016

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  • Caract6risat ion de la surface du b6ton

    consid r e dans le cas

    d'une liaison b6ton/r sine synth6t ique

    W. SCHULZE (1), M. MUNSE (1)

    L'utilisation de rev~tements de matikre plastique sur le boron occasionne des contraintes gt l'in terface dues aux propriO t~s diffOren tes des ma tOriaux. La durabili tO d'un revk temen t d@end dans une large mesure de la rOsfstance superficielle du bOton. Diverses m~thodes d'essai pour dOterrniner cette r~sistance superficielle ont Ot~ OvaluOes. On a mis au point un appareillage 9r4ce auquel la r~sistance superficielle et l'adh~rence peuvent ktre ~tudi~es. Dans les conditions de laboratoire, l'apparei! fournit des rOsultats reproductibles et on l'a utilisO ~galement pour l'~tude de cas de dOtOrioration.

    Les rev~tements en r6sine synth6tique sur b6ton pr6sentent un raccord de mat6riaux dont les caract6ristiques, par exemple le module d'61asticit6, le coefflcient de dilatation thermique ou encore la r6sistance en traction diff+rent beaucoup les unes des autres. Des chargements statiques ou bien des sollicitations thermiques d6terminent ~ l'interface r~sine synth~tique/bEton des contraintes que l'on ne peut certes pas emp~cher, mais que l'on sait rEduire par des pr6cautions convenables, afin d'~viter des dEt6riora- t ions: fissures, d6collements du rev&ement de la surface du bEton, etc. L'adh~rence entre le b6ton et le rev~tement est donc d'un tr+s grand int6r~t. Elle se fonde essentiellement sur un processus m~canique : on assure l'accrochage du rev&ement au moyen d'une couche de peinture dilute qui constitue un traitement prEalable sur la surface du bEton. Restent les forces d'adh6rence. La durabilit6 d'un rev6tement d6pend ainsi fort sensiblement de la r6sistance superficielle du bEton. Quant ~ l'adh~rence sur le bEton, sa couche superficielle d'une 6paisseur de 5 mm environ pr6- vaut [1]. I1 est assez difficile de consid6rer isol6ment/t l'aide de moyens techniques, les r6sistances diverses de ces couches relativement minces de b6ton, ~ savoir la r6sistance aux efforts tranchants, la resistance ~ la traction ou bien ~t la compression. Ordinairement on entend par resistance superficielle l'action commune des diverses esp6ces de r6sistance. En g6n6ral, elte est plus faible que la r6sistance du b6ton subjacent. Cette r~sistance diminu6e de la surface s'explique par la

    (i) Hochschule fiir Bauwesen, Leipzig, RDA.

    technologie du b6ton qui ne permet pas de produire d'une mani6re 6conomique un b6ton dont les r6sistances soient r~parties de faqon parfaitement uniforme.

    Les facteurs suivants diminuent la r6sistance superficielle :

    - augmentation du rapport eau/ciment/t la surface provoqu6 par la vibration ou bien par le lissage;

    - ass6chement pr6matur6 et trop rapide du b6ton de surface, entra~nant une interruption de l'hydratation, surtout en cas de cure insufflsante;

    - impregnation intentionnelle ou non par des huiles, des cires, des produits de nettoyage, etc.;

    - actions de la corrosion ou de l'6rosion physique.

    On a propos~ beaucoup de m6thodes et d~veloppE bien des appareils &'essai pour I'examen des coefficients de r~sistance superficielle du beton. Mais par principe, on peut les classer en deux groupes : soit que l'on reproduise par abrasion les sollicitations subies par les couches protectrices utiles, soit que l'on d6termine l'adh6rence des couches ~t l'aide d'un essai d'arrachage. La premi6re m6thode ne s'applique pas immEdiatement /t l'examen de la surface du b6ton pour appr6cier sa qualification comme support des couches protectrices, parce que le support n'est pas soumis ~ l'abrasion, mais subit seulement des sollicitations transformEes en efforts tranchants ou bien en contraintes normales soit positives, soit n6gatives. Pour cette raison, on pr6fEre des m6thodes d'essai permettant un examen immEdiat de l'adhErence, tout en tenant compte du comporte- merit ~t l'arrachage, ou bien des examens indirects qui se

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  • TABLEAU II CRITERES DE VERIFICATION

    Qualification pour l'utilisation en laboratoire et sur le chantier.

    Masse ~ transporter. Construction robuste et simple. Degr6 d'endommagement de la surface du mat6riau. Salissure, humectation de la surface du mat6riau. Dispositifs suppl6mentaires, par exemple m6canismes de

    fixation. Influence de l'op6rateur sur l'essai. Dur6e de l'examen. Adaptation h toutes les positions g6om6triques possibles

    de la surface du b6ton. Influences exerc+es sur les r6sultats d'essai par la gran-

    deur des ~16ments ou bien par les couches inf~rieures de la construction. Recensement d'une partie reprdsentative de la surface

    du b6ton. Recensement de la coh6rence de la structure super-

    ficielle. Qualification de l'appareil pour l'usage universet. Fabrication en s6rie de l'appareil.

    fondent sur la comparaison des surfaces 5. examiner d'une part, et des surfaces dont on connait d6js. les qualit6s comme support de revfitement d'autre part.

    Pour 6valuer les appareils les plus importants propos6s jusqu'ici, on 4 eu recours aux m6thodes de classification par points d'apr+s Ambos-Bahr [2] et Nikolajew [3]. On a analys6 ces m6thodes (tableau I) telles quelles, sans envisager leurs modifications 6ventuelles. Les crit6res les plus fondamentaux pour l'6valuation sont 5. tirer du tableau II [4]. Le plus grand nombre de points a 6t6 recueilli par l 'appareil d'essai 5. mouvement circulaire d'apr&s Schfitze, ainsi que par l'essai d'arrachage. Le marteau 5. ressort a fourni 6galement un bon r6sultat. A la suite de cette analyse on a r6alis6 un appareil d'essai combin~, permettant 5. la fois la recherche de la r6sistance superficielle et de l'adh6rence. La construction de l'appareil 5. mouve- merit circulaire est repr6sent6e sur la figure 1. Le syst6me de l 'appareil provient de l 'abrasion caus6e 5. la surface du b6ton par un galet lisse en acier de forme conique, roulant sous un effort de pouss6e constant (203 N), et sous une vitesse de rotation constante. L'effort de pouss~e a 6t6 d6termin6 d6finitivement ~t l'occasion de la construction de

    Fig. 1. - - Photograph ie de rappare i l d 'essai .4 mouvement c i reula i re .

    W. SCHULZE - M . MUNSE

    l 'appareil. Une lois obtenue la masse du mat6riau abras6 on proc6de 5. l'essai d'adh6rence : on utilise des plaques en acier, coll6es sur le b6ton pour fixer l'appareil de faqon stable sur la surface ~. 6tudier. Etant donn6 que l'effort de pouss6e exerc6 par le galet conique d6pend surtout de l'61asticit6 du ressort h61icoidal, on peut n6gliger la pesanteur, c'est-5.-dire que l 'on peut utiliser l 'appareil dans n' importe quelle position. L'erreur entrain6e par la diminution de l'effort de pouss6e par enfoncement du galet conique atteint 16 %. C'est une erreur relativement grande, mais elle est syst6matique, elle se manifeste 5. chaque mesure. Les mesures individuelles doivent fournir des valeurs de comparaison, et pas du tout des valeurs absolues. C'est pourquoi on peut admettre de telles erreurs syst6matiques relativement grandes. Elles se produisent 5. toutes les mesures de comparaison.

    Le galet roulant sur la surface des mat6riaux cassants ou poreux en 6crase et en d6tache des particules que l 'on met de c6t6 ensuite 5. l'aide d'une brosse circulaire. La s6paration des particules est appuy6e par des cho6s provoqu6s par de petites asp6rit6s de la surface. La sollicitation 5. l 'usure produit un enfoncement graduel du galet dans le mat6riau, on a ainsi une cote permettant d'estimer la r6sistance 5. l'usure de la surface du mat6riau de construction. La plus grande partie du mat6riau enlev6e par usure dans ces conditions - contrairement 5. ce qui se produit au meulage - est d6termin6e par des constituants friables, de sorte que la coh6rence structurelle est mise en 6vidence. C'est la derni6re mesure que l'on retient pour les r6sistances aux efforts tranchants et les r6sistances 5. la traction et 5. la compression du b6ton. La m6thode n'a pas pour but de reproduire les sollicitations que les mat6riaux cassants ou poreux peuvent subir en pratique mais sert seulement aux mesures de comparaison, bien qu'it puisse y avoir dans certains cas une relation 6troite. Pour obtenir des valeurs quantitatives il faut ex6cuter des mesures d'6talonnage 5. l'aide d'une surface d6finie. Le galet passant 5. travers des couches au voisinage de la surface fait apparaitre des variations locales de la r6sistance superficielle, de sorte que l'on peut distinguer la r6partition des r6sistances.

    La mesure de l 'adh6rence 5. proprement parler n'est possible qu'avec un appareil sp6cial, par exemple l 'appareil Herion [14]. C'est pourquoi on prend comme caract6ristique de l 'adh6rence l'aspect de la surface de la rupture par l 'arrachage. On peut le faire 6tant donn6 que les valeurs tr6s mal d6finies de l'adh6rence ne permettent pas des donn6es absolues. On peut 6valuer les surfaces du b6ton en tant que support des couches protectrices au moyen de plans de rupture [5], qui sont influenc6s tant par la structure des couches superficielles du b~ton que par la p6n6tration de l'enduit adh6sif. Supposons que toujours le m6me enduit adh6sif soit appliqu6 sans utilisation d'une couche de peinture pr6alable, alors les r6sultats deviennent reproductibles et comparables. La viscosit6 de l'enduit adh6sif est fort 61ev6e, ainsi sa p~n6tration ne peut produire qu'une adh6rence superficielle et partant ne peut pas traverser les couches friables de la surface, ce qui pourrait fausser les donn6es sur la qualit6 des surfaces.

    La figure 2 donne le principe de l'essai d'arrachage. I1 n'est pas n6cessaire que l'enduit adh6sif soit 6tendu sur une superficie d6finie qui servirait de surface de

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  • VOL. 11 - N ~ 63 - MATERIAUX ET CONSTRUCTIONS

    r6f6rence pour le calcul de l'effort d'arrachage (par exemple/~ l'aide d'un anneau de coffrage). On cherche seulement ~t exploiter le type de rupture en s'appuyant sur son aspect (fig. 3). Les endommagements de la couche sup~rieure du b6ton provoqu~s par cet essai sont n6gligeables, ils n'influent pas sur la qualit6 du b6ton.

    Le contr61e de l'appareil en ce qui concerne son application pratique a 6t~ effectu~ de deux mani6res : dans le premier cas, on consid+re l'influence qu'exerce la texture superflcielle, et dans le second cas on tient compte de l'effet des grains les plus gros sur la comparabilit6 des r6sultats.

    Quant ~ l'influence du grain le plus gros sur l'applicabilit+ de l'appareil d'essai /t mouvement circulaire, des mesures ont indiqu6 que l'on peut la n6gliger (tableau Ill). Mais il est indispensable de rassembler une masse assez riche en 616ments fins darts la couche sup+rieure du b~ton, ce qui est possible par la technologie que l'on utilisera pour la confection du b6ton (coffrage, vibration, dressage). Ordinairement c'est bien le cas et il s'ensuit que l'appareil doit ~tre appliqu6 quantitativement seulement aux couches sup6rieures, dont l'6paisseur est de 3 mm environ. Cela r+pond aux buts de l'essai ~tant donn6 que c'est la couche sup6rieure du b6ton qui d6termine le r6sultat. Pour examiner le b6ton de la couche inf6rieure, on dispose de m~thodes d'essai plus propices, par exemple l'essai des carottes.

    L'essai/~ mouvement circulaire s'applique aussi aux mortiers, dont les grains les plus gros sont de 2 mm de diam~tre. Pour cette raison, l'essai ne se limite plus & la surface enrichie de grains fins. Tandis que pour l'essai du b6ton dont les grains d6passent 2 mm, on mesure une modification visible et discontinue de la r6sistance avec la profondeur, par contre on observe sur les mortiers une modification continue.

    Apr+s avoir solidifi6 la surface d~coffr+e ou aras6e par des enduits, on a pu faire les observations suivantes :

    - on obtient avec des enduits une impregnation ou bien un scellement qui d6terminent une consoli- dation excellente de la surface du b~ton;

    - on obtient avec des enduits un scellement et en mSme temps la formation d'une pellicule. La pellicule est facilement abras~e, elle laisse n6anmoins le b~ton de la couche inf6rieure fortement consolid6;

    - on obtient avec des enduits une impregnation. Si la pellicule test~e sur la surface du b6ton pr~sente une plus grande 6paisseur ou bien si l'enduit comprend des charges, on assurera ainsi une excellente protection superflcielle, r~sistant /t l'usure.

    On peut en conclure que, pour am61iorer la r6sistance l'usage des surfaces de b+ton, il faudrait employer soit

    des peintures peu visqueuses, qui peuvent entrer facilement dans le b~ton, soit des enduits.

    Des scellements par couches pr~sentant des caract6- ristiques interm~diaires entre ces deux cas extrSmes se r~v~lent peu solides, et il en r~sulte une consommation inutile de mat~riau. Leur faible r6sistance aux sollicitations m~caniques est fond6e sur le principe de Saint-Vernant; cela signifie que la pellicule en tant que couche ind~pendante du syst+me composite - contrai-

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    F ig . 2. - - Comportement statique Iors de ressai d'arrachage.

    rement /t la surface impr6gn6e de b6ton ou bien l'enduit - ne poss+de aucune aptitude ~ r6partir les contraintes dans le mat6riau. On n'a pas pu d6celer d'intluence d+favorable de l'huile de d6coffrage. C'est pourquoi on pourra juger trop rigoureuse la revendication de sabler au jet les surfaces d6coffr~es.

    L'impr6gnation de la surface soit comme mesure de consolidation ou bien de suppression de la poussi~re sur_ des couches d'usure, soit comme couche de fond pour des rev~tements n'est valable qu'avec du b6ton de classe B 225. Sinon, la couche sup6rieure se solidifie, sans adh6rer ~ la couche subjacente. Pour cette raison la couche sup6rieure se d6tache de son support sous des sollicitations m6caniques. La consolidation de la surface n'est plus efficace au cas o/1 il persiste une couche s6paratrice entre le b6ton et la surface solidifi6e, /t cause d'une p6n6tration insuffisante de la peinture pr6alable. Ces couches sont constitu6es de ciment hydrat6, enrichi de grains fins et ainsi devenu sufflsamment friable. C'est ce que l'on a pu observer dans le cas de certaines couches d'appr~t.

    Quant ~t l'influence de l'ouvrabilit6 du b~ton sur l'essai - question soulev~e au cours du programme exp6rimental - on peut pr6tendre qu'en am61iorant l'ouvrabilit6 par un dosage 61ev6 en ciment, les autres conditions 6tant inchang+es, les r~sistances s'abaissent. Ceci s'explique par l'enrichissement en eau dans la surface du b6ton caus6e par la vibration ou bien par le dressage.

    On obtient par cette technologie du b6ton une augmentation du ra...

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