Comportements rhéologique, Ouvrabilité et Durabilité des Mortiers à Base de Résine Epoxyde

par Amal Bourguiba

Thèse de doctorat en Génie civil - Cergy

Sous la direction de Elhem Ghorbel et de Wadia Dhaoui.

Le président du jury était Ismail Khattech.

Le jury était composé de Abdelhafid Khelidj.

Les rapporteurs étaient Françoise Fritz-Feugeas, Ridha Ben Cheikh.


  • Résumé

    Cette étude concerne le comportement de mortiers constitués par une matrice résineuse à base d’époxyde désignés dans ce qui suit par mortier de résine, MR.Des études antérieures ont montré que l’ouvrabilité des MR élaborés avec un taux de polymère en masse mp≤12%, afin de baisser leur coût considéré élevé par comparaison à celui des mortiers hydrauliques MH, est médiocre et constitue un frein majeur au développement de ces matériaux dans le domaine de la préfabrication et de la réparation.Un moyen de favoriser le développement des MR consiste, donc, à faciliter leur mise en œuvre. Or le fait de diminuer le taux de polymère afin de diminuer le coût rend la mise en œuvre du mortier encore plus difficile. Par ailleurs l’utilisation de sable recyclé « SR » en substitution au sable naturel « SN »pour répondre à des exigences environnementales en matière d’épuisement de ressources naturelles exacerbe cette difficulté.L’objectif de cette thèse est, donc, de trouver un diluant à incorporer dans les formulations des MR, destinées soit à la préfabrication (2 formulations avec des taux massique de liant à base d’époxyde mp= 9% et 12%) ou à la réparation (mp= 20%). Le but ultime consiste à améliorer leur ouvrabilité tout en assurant leurs propriétés mécaniques et leur durabilité vis-à-vis de la diffusion des ions chlorure. Une comparaison systématique avec des mortiers hydrauliques, MH, est réalisée.Différents diluants ont été sélectionnés. Leur influence sur le point de gel, sur le temps de réticulation et sur les propriétés mécaniques et physiques des époxydes a fait l’objet d’une étude détaillée. Il en ressort que l’octanoate de méthyle permet de diminuer la viscosité de la résine époxyde sans affecter le point de gel et les cinétiques de durcissement de façon significative. Cependant, il joue un rôle de plastifiant à l’origine de l’augmentation de la ductilité et de la diminution des résistances et des rigidités des époxydes à l’état réticulé. Le taux optimal de diluant (md) à incorporer dans la formulation des mortiers de résine a été estimé à 5%.L’incorporation du diluant, avec md= 5%, dans les MR a amélioré leur ouvrabilité, modifié leur microstructure et leurs propriétés de transfert mais a généré une baisse des résistances mécaniques. En effet une baisse de 31% est observée pour MR-SN formulé avec mp= 20%. La substitution du SN par le SR dans les mortiers de réparation (MR avec mp= 20%) engendre, également, une diminution des propriétés mécaniques et une modification des propriétés rhéologiques. Toutefois, ces résistances mécaniques demeurent nettement plus élevées que celles des mortiers hydrauliques à sable naturel (MH-SN) et recyclé (MH-SR). En compression, le mortier MR-SR fabriqué avec mp=20% présente une résistance supérieure de 44% par rapport à celle du MH-SN et de 53% par rapport à celle du MH-SR.La résistance des mortiers à la diffusion des ions chlorure a été appréhendée par un essai de migration en régime transitoire (Non Steady State Migration) et le coefficient de diffusion apparent Dnssm a été calculé pour 10 formulations de mortiers : 1 MH-SR, 1 MH-SN, 2 MR-SR et 6 MR-SN. Il en ressort que les bétons de résine ont une résistance à la diffusion des ions chlorure nettement plus élevée que celle des mortiers hydrauliques. Les coefficients Dnssm des mortiers MH-SN et MH-SR sont respectivement 100 et 200 fois plus élevés que celui du MR-SN (mp= 20%).Le mortier MR-SN destiné à la réparation (avec mp= 20% et md=5%) est caractérisé par une très bonne ouvrabilité et des résistances mécaniques et à la diffusion des ions chlorure les plus élevées. On montre que son adhérence à un support constitué d’un MH-SN dépend de l’état de surface du support (lisse sec, lisse saturé, rugueux sec et rugueux saturé). Le mortier de réparation n’adhère pas aux supports à surface saturée en eau alors qu’une bonne adhérence est observée pour les surfaces sèches. Cette adhérence est meilleure lorsque la surface est lisse.

  • Titre traduit

    Rheological behavior, Workability and Durability of Mortars Based on Epoxy Resin


  • Résumé

    This study concerns the behavior of mortars constituted by epoxy-based resinous matrix and sand designated in what follows by resin mortar, RM.Previous studies have shown that the workability of RM made with a polymer rate by weight mp≤12% in order to reduce their cost which is considered high compared to that of hydraulic mortars HM, is poor and is a major obstacle to the development of these materials in the area of prefabrication and repair. However decreasing the polymer content to reduce the cost makes the mortar implementation even more difficult. Furthermore the use of recycled sand "RS" to substitute natural sand "NS" to answer environmental requirements regarding natural resource depletion exacerbates this difficulty.The objective of this work is, therefore, to find a thinner to incorporate into RM formulations, intended either to prefabrication (2 formulations with mass rate of epoxy based binder mp= 9% and 12%) or repair (mp = 20%). The ultimate goal is to improve their workability while maintaining their mechanical properties and their sustainability to chloride ion diffusion. A systematic comparison with hydraulic mortars, HM, is performed.Various thinners were selected. Their influence on the gel point, on the time of crosslinking and mechanical and physical properties of the epoxy resin has been the subject of detailed study. It shows that methyl octanoate reduces the viscosity of the epoxy resin without affecting significantly the gel point and curing kinetics.However, it acts as a plasticizer which represents the origin of the increased ductility and reduced resistance and rigidity of the epoxy resin in the cured state.The optimal rate of the thinner (md) to be incorporated in the formulation of resin mortar was estimated at 5%.The incorporation of thinner, with md=5% in the RM improved their workability, changed their microstructure and their transfer properties but generated lower mechanical strength. Indeed a decrease of 31% was observed for RM-NS formulated with mp=20%. The substitution of NS by the RS in repair mortars (RM with mp=20%), leads also, to decreased mechanical properties and modified rheological ones.However, these strengths remain significantly higher than those of hydraulic natural sand (HM-NS)and recycled (HM-RS) mortars. In compression, the RM-RS mortar manufactured with mp=20% has a higher resistance by 44% compared to the HM-NS and 53% compared to that of HM-RS.The resistance of mortars to chloride ions diffusion was apprehended by non Steady state migration test and apparent diffusion coefficient "Dnssm" was calculated for 10 mortar formulations: 1 HM-RS, 1 HM-NS, 2 RM-RS and 6 RM-NS. It follows that the resin concrete has a resistance to chloride ions diffusion considerably higher than that of hydraulic mortars. The "Dnssm" coefficients of HM-NS and HM-RS mortars are respectively 100 and 200 times higher than that of RM-NS (mp= 20%).The RM-NS mortar intended for repair (with mp=20% and md=5%) is characterized by very good workability and the highest mechanical strength and resistance to chloride ions diffusion. We show that adhesion to a support consisting of a HM-NS depends on the surface condition of the support (smooth dry , smooth saturated, rough dry and rough saturated). The repair mortar does not adhere to the surface saturated on water while a good adhesion was observed for dry surfaces. This adhesion is better when the surface is smooth.


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