Etude mécanique des mortiers à base de résine … · • Effet de l’octanoate de méthyl sur l’ouvrabilité des mortiers de résine ... • Etude de l’adhérence mortier

Etude mecanique des mortiers a base de resine epoxyde

et sable recycle pour la reparation des betons

Amal Bourguiba, Elhem Ghorbel, Wadia Dhaoui

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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>

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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


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


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


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


• 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.


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


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%



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%


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


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


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.



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


9% 12% 20% 20%

0

5

10

15

20

25

30

35

Rés

ista

nce

à la

flex

ion

(MPa

)

% résine14 jours


9% 12% 20% 20% 0

5

10

15

20

25

30

35

Rés

ista

nce

à la

flex

ion

(MPa

)% résine28 jours


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.

+


Résistance à la flexion


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


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


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.


Résistance à la compression


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

− + + = − − −



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

)


9% 12% 20% 20%

SNSRSN

02468

1012141618

Prof

onde

ur d

e di

ffus

ion

des i

ons C

l –

(mm

)


9% 12% 20% 20%

SNSRSN

0,11 E-12 (m2/s)

0,75 E-12(m2/s)



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 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


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


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.


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 .

Amal Bourguiba – ORGAGEC’15, 19-20 nov. 2015 |Champs-sur-Marne (France)

Merci pour votre attention

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Etude mécanique des mortiers à base de résine … · • Effet de l’octanoate de méthyl sur l’ouvrabilité des mortiers de résine ... • Etude de l’adhérence mortier