Soutenance mémoire
Description de la suspension de silice de SCP
« Spray-lock Concrete Protection » ou SCP est un fournisseur de nanosilice sous forme de suspension en France. SCP propose d’appliquer les suspensions de silice soit pendant le malaxage soit comme traitement de surface. On fait le choix de la solution de traitement de surface. On utilise les recommandations de SCP pour comparer les quantités à appliquer. On peut retrouver sur le site de SCP[32], la méthode d’application et quelques recommandations pour appliquer la suspension de silice SCP comme traitement de surface. Voici quelques recommandations d’application :
Lors de l’application sur une dalle, le produit doit submerger la surface. La densité du béton peut varier et certains endroits de la dalle peuvent absorber plus que d’autres. On recommande d’appliquer le produit autant de fois qu’il faut pour respecter la submersion de surface.
Utiliser un spray avec une basse pression. La distance entre le spray et la surface du béton doit être de 15 cm.
Pour des applications sur une surface verticale. Appliquer du bas vers le haut jusqu’au point de rejet.
Ne pas appliquer le produit lorsque les températures sont proches de 0° C. Ne pas appliquer lorsque la température de surface est supérieure à 32° C.
Le taux de couverture moyen varie entre 2,7 et 3,7 m²/l selon la porosité du béton et la méthode d’application.
On va s’intéresser au taux de couverture qui définit la quantité nécessaire pour traiter une surface de béton. Cette quantité varie entre 2,7 et 3,7 m²/litre. Pour SCP chaque litre de suspension de silice contient 130g de nanosilice. Ainsi pour traiter une dalle de 10 cm d’épaisseur et espérer obtenir des performances similaires à une application lors du malaxage de 1,75 kg/m² de silice, il faudrait appliquer environ 13,5 l/m² ou en d’autres termes chaque litre suffit pour 0.07m² (0,07m²/l). En comparant 2,7 m²/l à 0,07m²/l, on remarque que SCP applique environ 40 fois moins de silice. Ceci conduit à douter que les quantités utilisées par SCP soient suffisantes compte tenu de l’hypothèse d’une pénétration homogène sur toute l’épaisseur de la dalle.
Stabilité dans une solution synthétique de pâte de ciment
Dans un matériau cimentaire, il existe une force ionique due à la présence de charges dans la solution interstitielle de la pâte de ciment. Lors d’un transfert hydrique dans un matériau cimentaire, la nanosilice va subir la force ionique de la solution interstitielle. Afin de simuler ce caractère chimique lié au matériau utilisé, on va utiliser une solution synthétique de pâte de ciment. Cette solution possède les mêmes propriétés qu’une solution interstitielle de pâte de ciment en l’occurrence les mêmes ions et la même force ionique. La solution synthétique de pH 13[65] est préparée en mélangeant à de l’eau distillée 1.72 g/l ????4. 2?2? , 6.96 g/l ??2??4, 4,76 g/l ?2??4 et 7.12 g/l ??? fournis par Sigma-Aldrich. Une homogénéisation avec un agitateur magnétique pendant 4 heures est ensuite réalisée sur la solution. Le protocole décrit dans la partie précédente de mesure est ensuite suivi, avant la mesure un temps de 4 heures est écoulé entre le contact de la solution synthétique et la nanosilice. On voit sur la Figure 31 que la solution de LUDOX possède un pic de taille supérieure à 1 µm, ceci correspond à une déstabilisation totale de la suspension. La solution de SCP possède un pic autour de 30 nm similaire à celui dans l’eau, un deuxième signal est aussi observé avec une taille variant entre 200 nm et 1µm ceci correspond à une déstabilisation partielle de la suspension. Pour notre cas, la théorie DLVO indique que la suspension de LUDOX a franchi la barrière de potentiel et elle est dans un état instable alors que la suspension de SCP est toujours en équilibre comme indiqué sur la Figure 27. On peut estimer à ce stade que la suspension de SCP est plus adaptée à un transfert hydrique dans un matériau cimentaire, alors que la suspension de LUDOX sera déstabilisée dès le début du transfert hydrique. Pour approfondir l’étude sur SCP on décide de tester son pH afin d’évaluer si le pH ne va pas engendrer des phénomènes gênants dans une matrice cimentaire et si la stabilité de la suspension est maintenue avec la variation de pH. En effet selon la composition d’un matériau cimentaire et son âge, le pH peut varier ce qui peut entrainer un pH résultant différent lors du transfert hydrique de la suspension.
Mesure de la réactivité à l’échelle du mm
Les spécificités du grignotage ont conditionné la taille des échantillons au niveau de cette partie. Une pâte de ciment est réalisée en suivant le même protocole de préparation que dans la partie précédente. Néanmoins, la taille de l’éprouvette de pâte de ciment est une 11×22 avec un e/c de 0,6. L’échantillon est plongé dans l’eau pendant 1 mois afin de permettre sa cure. L’échantillon est ensuite scié en deux parties égales. Le traitement par la nanosilice et par l’eau est effectué dans la zone du sciage afin d’avoir une microstructure similaire. La même quantité de fluide de traitement est utilisée sur les deux parties, cette quantité est de 60 ml. L’échantillon est couvert sur les extrémités par du parafilm pour éviter une fuite du fluide par les côtés puis recouvert par une cloche en verre. Trois mois après traitement, l’échantillon est séché à 40°C pendant 7 jours. Ensuite, chaque échantillon est grignoté à différentes profondeurs. Le grignotage est réalisé en suivant un pas de 1mm. Depuis la surface jusqu’à 1 mm de profondeur, ainsi de suite jusqu’au grignotage de la couche entre 3 mm et 4 mm. La poudre récoltée suit le même protocole de DRX utilisé pour la réactivité. On observe sur la Figure 86 la variation de la portlandite corrigée en fonction de la profondeur sur une pâte de ciment. Étant donné l’incertitude pour la référence sans traitement de silice, la portlandite corrigée ne varie que de très peu sur toute la profondeur et jusqu’à 4 mm. Ceci indique qu’il n’y a pas de consommation de portlandite préférentielle à une certaine profondeur. On observe également sur la Figure 86 pour l’échantillon traité avec la nanosilice, une consommation de portlandite corrigée sur une profondeur de 1 mm. Néanmoins, la consommation de portlandite corrigée est similaire à la référence pour les couches en dessous de 1 mm.
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Table des matières
Introduction
1. Chapitre I : État des connaissances
1.1 Généralités
1.1.1 Classification des traitements de surface
1.1.2 Traitements non conventionnels
1.2 Réaction pouzzolanique dans un matériau cimentaire
1.2.1 Chimie de la silice dans un matériau cimentaire
1.2.2 Influence de la silice au jeune âge
1.2.3 Influence de la silice après durcissement
1.2.4 Estimation de la quantité de silice pour une application de surface
1.3 Utilisation du traitement de surface à base de silice dans le génie civil
1.3.1 Description de la suspension de silice de SCP
1.3.2 Influence d’un traitement de surface à base de silice dans la littérature
1.3.3 Analyse de la méthode de traitement de surface
1.4 Approches sur la capillarité
1.4.1 Remontée capillaire dans un tube cylindrique
1.4.2 Invasion capillaire à travers un pore capillaire unique
1.4.3 Imbibition pour le cas d’une matrice cimentaire
1.5 Positionnement de la thèse
2. Chapitre II : Caractérisation physico-chimique des propriéTés colloidales
2.1 Généralités
2.2 Approche physique sur les propriétés de suspensions colloïdales
2.2.1 Viscosité
2.2.2 Tension de surface
2.2.3 Conclusion
2.3 Etude de stabilité des suspensions
2.3.1 Stabilité et floculation
2.3.2 Protocole de stabilité
2.3.3 Stabilité dans une solution synthétique de pâte de ciment
2.3.4 Stabilité à la variation de pH
2.3.5 Relation entre les polymères d’une suspension et sa stabilité
2.4 Méthode de caractérisation du ciment
2.4.1 Préparation de la pâte de ciment
2.4.2 Caractérisation de la microstructure cimentaire
2.4.3 Caractérisation de la réactivité de la silice
2.5 Conclusion
3. Chapitre III : Imbibition capillaire par rayons X
3.1 Mesure exploratoire par pesée hydrostatique
3.1.1 Test préliminaire par pesée hydrostatique
3.1.2 Absorption des suspensions de silice par pesée hydrostatique
3.2 Imagerie par rayons X
3.2.1 Principe du scanner rayons X
3.2.2 Dispositif expérimental
3.2.3 Mesure du front de pénétration
3.2.4 Contrôle de l’homogénéité de l’échantillon par tomographie
3.3 Imbibition hydrique dans une matrice cimentaire par rayons X
3.4 Conclusion
4. Chapitre IV : Colmatage de particules de silice dans une matrice cimentaire
4.1 Effet de la variation de paramètres physiques sur les transferts de suspensions de silice
4.1.1 Comparaison entre transferts hydriques et transferts de suspensions de silice
4.1.2 Effet de la variation de la fraction volumique à e/c constant
4.1.3 Effet de la variation de la taille de la porosité
4.1.4 Passage du ciment au mortier
4.2 Étude du colmatage
4.2.1 Structure de la zone de colmatage
4.2.2 Modélisation du mécanisme colmatage-filtration
4.2.3 Illustration simplifiée du mécanisme de fonctionnement
4.3 Approche probabiliste sur le colmatage
4.4 Conclusion
5. Chapitre V : effet du traitement À base de silice sur une matrice cimentaire
5.1 Effet sur la chimie de la matrice cimentaire
5.1.1 Mesure de réactivité globale sur un échantillon
5.1.2 Mesure de la réactivité à l’échelle du mm
5.1.3 Discussion
5.2 Effet sur les transferts hydriques
5.2.1 Variabilité sur le front de pénétration
5.2.2 Comparaison de la vitesse d’imbibition
5.2.3 Effet de cycles de séchage/imbibition sur le transfert hydrique
5.3 Changement d’échelle de pâte à mortier
5.3.1 Effet du traitement de silice sur un mortier
5.3.2 Étude de la période d’induction
5.3.3 Illustration simplifiée du mécanisme de fonctionnement
5.4 Conclusion
6. Chapitre VI : Application industrielle du traitement de silice et effet sur la durabilité
6.1 Description du programme expérimental
6.1.1 Formulation des matériaux de laboratoire
6.1.2 Formulation des matériaux in-situ
6.1.3 Essais réalisés
6.2 Résultats
6.2.1 Pénétration d’eau sous pression selon NF EN 12390-8
6.2.2 Mesure du coefficient d’absorption d’eau selon la NF EN 15148
6.2.3 Chromatographie ionique
6.3 Discussions
6.4 Conclusions
7. Chapitre VII : Proposition d’une méthodologie pour les traitements de surface À base de silice
7.1 Identification de la profondeur critique
7.1.1 Identification du paramètre n
7.1.2 Utilisation du modèle
7.2 Détermination du dosage du produit
7.3 Discussions
7.4 Conclusions
Conclusion générale
Annexe
Bibliographie
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