Soutenance mémoire
Un ouvrage de génie civil est dimensionné pour une durée de vie de cent ans en moyenne. Toutefois, plusieurs types de désordres viennent réduire cette durée de vie prévisionnelle Aujourd’hui, un ouvrage sur trois nécessite une maintenance pour assurer la sécurité des usagers [1]. La maintenance des ouvrages de génie civil consiste à les protéger en assurant une meilleure étanchéité ou en limitant la corrosion, à les réparer en cherchant à compenser les pertes de rigidité ou de résistance dues à la fissuration, à les renforcer en améliorant les performances et la durabilité des ouvrages [2]. Pour éviter des travaux d’entretien onéreux ou des dégâts provoqués par des événements naturels exceptionnels (séismes, etc.), un bon niveau de fiabilité est essentiel. Les nouvelles technologies sont fondées l’apparition de nouveaux matériaux tels que les bétons de résine, les bétons de résine renforcés par des fibres [3]. À mesure que se développe la technologie de la construction, s’accroît le besoin en matériaux dont les caractéristiques et la méthodologie d’emploi sont mieux adaptées aux exigences de performance, de durabilité et de qualité. Cependant, la recherche des matériaux les plus appropriés doit prendre en compte les ressources disponibles, les solutions fonctionnelles visées et aussi les contraintes esthétiques [4]. Afin d’améliorer la tenue de certaines structures du BTP aux agressions environnementales, la matrice cimentaire peut être remplacée, dans certains cas, par une matrice organique en “ une résine ”. Le béton qui en résulte est désigné béton de polymère ou “ béton de résine ” [5]. Cette classe de matériaux est constituée d’un liant de polymère de nature organique, comme les résines thermoplastique ou thermodurcissable, et d’une charge minérale comme le gravier, la pierre concassée et le sable. Les résines les plus généralement utilisées sont les polyesters, Poly (métha- crylate de méthyle), l’époxy et les époxydes. Ces matériaux se sont développés pour pallier à certains inconvénients des bétons hydrauliques telles que [6] :
– une faible résistance en flexion
– une faible déformation
– une sensibilité aux effets du gel
– une faible résistance aux produits chimiques .
Les bétons de résine : Recherche bibliographique
Développement et classification des bétons résineux
Développement des bétons résineux
Le béton résineux représente une nouvelle génération de matériaux qui en dépit d’une faible consommation en liant polymérique par unité de masse se caractérise par une grande densité, une bonne résistance aux agents chimiques [13], une bonne adhésion aux granulats, par des résistances mécaniques notamment à la traction plus élevées que les bétons hydrauliques [14] et beaucoup d’autres avantages . La grande proportion de fillers utilisés dans ce type de béton réduit énormément le retrait (égal à celui des bétons cimentaires) alors que le module d’élasticité est largement haussé. Ceci permet l’utilisation de ces bétons dans la fabrication des éléments porteurs et structuraux et aussi dans l’industrie de la construction [15].
Les bétons de résine sont initialement utilisés comme des matériaux décoratifs et de revêtement et pour la fabrication des éléments structuraux stable chimiquement. En effet c’est vers la fin des années 50 que le béton polymère trouvait sa première application dans la production du revêtement des bâtiments et du marbre synthétique [7]. Ses excellentes propriétés étaient à l’origine du développement de son utilisation dans d’autres domaines d’application au point qu’ils sont utilisés dans l’industrie de la construction, dans la production d’énergie électrique, dans l’énergie atomique, le réaménagement des terrains,… [15]. Le béton de polymère est devenu le matériau de construction dominant dans les pays développés dans les années 1970. Les mortiers et bétons résineux se sont développés entre la fin des années 1950 et le début des années 1960 et deviennent les matériaux de construction majeurs an Japon et en Europe vers les années 1970 et aux Etats-Unis dans les années 1980. À présent, ils sont des matériaux de construction courants [17]. Le béton polymère a l’avantage de résister à l’action des huiles et des liquides de refroidissement et ne nécessitent donc pas l’application d’une couche supplémentaire de peinture .
Classification des bétons résineux
Cette classification a été publiée pour la première fois par Blaga [16] qui a proposé de classer les bétons de résine en deux grandes catégories. Dans la première le liant est entièrement polymérique. La deuxième concerne des bétons cimentaires modifiés par des polymères. Dans cette dernière catégorie on retrouve le béton imprégné de résine. L’utilisation des polymères dans les bétons se manifeste par l’introduction de liant organique dans la structure poreuse du ciment durci, de la roche ou du béton [17]:
✦ Le remplacement des granulats inorganique par d’autres organiques dans le but d’alléger les bétons et améliorer les caractéristiques liées à l’isolation thermique. Les propriétés des bétons utilisant des agrégats organiques ou inorganiques sont comparables.
✦ Le remplacement partiel ou complet du liant inorganique par un liant organique : le remplacement partiel de la matrice inorganique implique la présence d’une interaction entre la résine synthétique et le ciment donnant naissance à un nouveau matériau avec des caractéristiques un peu particulières.
Le béton additionné de résine :
Ce béton connu sous le nom anglophone Polymer-Cement Concrete (PCC) ou aussi Polymer-Latex Concrete (PLC) est un composite où l’on ajoute un polymère non réactif (souvent du genre latex, ou un monomère réactif (résine) au mélange du béton hydraulique à l’état frais (avant la prise) et le résultat est un hybride ayant les propriétés caractéristiques de chaque matériau .
Le concept du béton additionné de résine n’est donc pas nouveau. En effet la modification d’un composé de ciment avec du polymère afin de modifier les propriétés physiques a été pratiquée pendant plus de 80 ans et le premier brevet déposé par Cresson date de 1923 [18]. Au début des années 20 et des années 30, des émulsions en polymères aqueuses (Latex) ont été employées mais sa résistance à l’altération n’était pas bonne. Pendant les années 40 les polymères synthétiques, qui se détériorent une fois exposé à l’humidité, tels que les acétates polyvinyliques (PVA) sont devenus disponibles et sont utilisés comme substitution aux Latex. Les PVA modifiés, moins susceptibles à ce type de détérioration, ont été par la suite développés. Ils améliorent, une fois combinée avec les ciments, les propriétés physiques en augmentant l’ouvrabilité, la durabilité et la résistante à l’eau (latex acrylique) en plus de la résistance en flexion et en traction du béton résultant [19] pour un coût raisonnable. D’autres propriétés y compris la perméabilité à l’eau, la ductilité, l’adhésion à l’acier d’armature et au béton ancien, la résistance en flexion, la résistance en traction, le module d’élasticité et la résistance aux chocs sont modifiées par la présence du polymère dans la matrice .
L’ajout des modificateurs peuvent être réalisé selon deux procédés :
➤ Les additions modificatrices sont ajoutées au béton frais sous forme d’émulsion polymère. Un tensioactif est nécessaire pour éviter la coagulation et la séparation des polymères (latex, élastomères, thermoplastiques) avant le début de prise;
➤ Les éléments (résine synthétique chimiquement réactive, ou des pré-polymères et des monomères) sont ajoutés au béton frais et la polymérisation est réalisée par un amorçage chimique en même temps que l’hydratation du ciment. Étant donné que le polymère forme une pellicule superficielle qui empêche dans une certaine mesure l’humidité de s’échapper du béton, la période de cure du béton modifié au latex est habituellement plus courte que celle du béton ordinaire grâce au maintien de l’hydratation .
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Table des matières
INTRODUCTION GÉNÉRALE
Chapitre I Les bétons de résine : Recherche bibliographique
1. Développement et classification des bétons résineux
1.1. Développement des bétons résineux
1.2. Classification des bétons résineux
2. Constituants des bétons de résine et domaines d’applications
2.1. Constituants de bétons de résine
2.2. Domaine d’application des bétons de résine
3. Optimisation de la formulation : État de l’art
4. Comportement mécanique
4.1 Comportement mécanique à température ambiante et à hautes températures
4.2 Différence entre le béton de résine et le béton classique
5. Théorie de Choc
5.1 Mesure de GIC en choc méthode essai de Williams
6. Application de mode probabiliste de Weibull
6.1 Modèle de Weibull
7. Comportement en et phénomène de fatigue
7.1 Mécanismes de fatigue du béton
7.2 Déformation et endommagement du béton en fatigue
8. Réparation des bétons
8.1 Techniques de réparation
8.2 Réparation par les composites
8.3 Réparation par TFC
9. Synthèse
Chapitre II Techniques expérimentales, caractérisation des matériaux et mode de préparation des bétons de résine polyester et Processus d’Optimisation de la formulation
Matériaux utilisés dans les formulations
1.1. Constituants des micro-bétons résineux
1.2. Caractérisation des charges minérales
2. Optimisation de la formulation du micro-béton de résine
2.1 Procédure de formulation
2.2 Optimisation de la fraction massique du liant
2.3 Optimisation du squelette granulaire
3. Mode de préparation des micro-bétons
4. Techniques expérimentales
4.1 Essais de caractérisation mécanique
4.2 Essais de caractérisation d’analyses physico-chimiques
5. Synthèse
Chapitre III Résultats et analyse du micro-béton de résine optimal
Cas A : Utilisation de la résine polyester 1 (grenat)
1. Mortier de résine
1.1. Influence de pourcentage des sables sur les résistances des mortiers
2. Micro-béton de résine
2.1 Influence du rapport G/S sur les résistances mécanique de béton de résine
2.2 Influence de taux des fibres (Aléatoire) sur le micro-béton de résine
3. Conclusion
Cas B: Utilisation de résine polyester 2 (Violet)
1. Mortier de résine
1.1 Influence de pourcentage de résine sur la masse volumique du mortier
1.2 Influence de pourcentage de résine polyester sur les résistances mécaniques
1.3 Courbe charge – déplacements
1.4 Observations microscopiques électronique à balayage (MEB)
1.5 Influence de pourcentage des sables sur les résistances mécaniques des mortiers
1.6 Porosité de mortier de résine
1.7 Faciès de rupture des mortiers de résine
1.8 Observations au MEB des faciès de rupture de mortier de résine optimal
1.9 Résistance des mortiers de résine optimal en fonction du l’âge de maturation
1.10 Conclusion
2. Micro-béton de résine
2.1 Influence de rapport G/S sur la masse volumique de béton de résine
2.2 Influence de rapport Gravier/Sable (G/S) sur les résistances mécaniques de béton de résine
2.3 Courbes charge-déplacements
2.4 Faciès de rupture des micro-bétons de résine
2.5 Mode de rupture
2.6 Observation microscopique à balayage MEB de béton optimal
2.7 Conclusion
3. Béton de résine fibrée
3.1 Influence de taux de fibre de verre E (sous forme aléatoire) sur les résistances mécaniques
3.2 Influence du tissu des fibres sur les résistances des bétons de résine polyester
3.3 Influence de la longueur de fibre polypropylène (6 mm et 12 mm) sur les résistances mécaniques de micro-béton
3.4 Porosité de micro-béton de résine fibré
3.5 Mode de rupture
3.6 Observation de MEB de micro-béton de résine fibré
3.7 Conclusion
4. Synthèse
Chapitre IV Modélisation de la prévision du comportement
Cas A : Résine grenat
Cas B : Résine violet
Chapitre V Approche probabiliste de la rupture «Application du modèle statistique de Weibull »
1. Application du modèle probabiliste de Weibull
2. Conclusion
Chapitre VI Application de mécanisme de rupture aux essais de choc
1. Application de la mécanique de la rupture aux essais de choc sur le micro-béton de résine fibré et non fibré et sur résine pur
1.1 Résultats des éprouvettes de micro-béton de résine sans entaille
Mélange I: Résine pure (résine polyester + durcisseur)
Mélange II: Béton de résine optimal sans fibre (35% de résine polyester, 80% de sable fin, 20% sable moyen et un rapport de G/S = 0,5)
Mélange III: Béton de résine avec fibre de verre (béton de résine optimal + 1% de fibre de verre)
Mélange IV: Béton de résine avec fibre de verre (béton de résine optimal + 2% de fibre de verre)
Mélange V: Béton de résine avec fibre de verre (béton de résine optimal + 3% de fibre de verre)
2.2 Résultats des éprouvettes de béton de résine avec entaille
2. Conclusion
CONCLUSION GÉNÉRALE
