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Les mortiers monocouches : formulation, spécifications et mise en œuvre
Description de l’application
Un mortier d’enduit monocouche est un mortier appliqué en une ou deux passes pour ne former qu’une seule couche remplissant les mêmes fonctions qu’un système d’enduit multicouche extérieur. Les enduits monocouches, introduits sur le marché il y a une trentaine d’années, représentent aujourd’hui plus de 80 % des enduits de façade réalisés en travaux neufs. Couverts par la norme NF EN 998-1, ils font désormais pleinement partie des techniques traditionnelles en intégrant la norme française NF DTU 26.1 “Travaux d’enduits de mortiers“ [1]. À l’origine conçus pour imperméabiliser et décorer les murs en maçonnerie, ils offrent aujourd’hui une plus grande diversité de possibilités décoratives ainsi qu’une rapidité et une facilité de mise en œuvre améliorées.
Formulation type d’un mortier monocouche
Les constituants principaux des mortiers monocouches sont un liant hydraulique, un sable, un éventuel filler calcaire et l’eau.
De nombreux polymères sont aussi ajoutés au système. Des agents hydrofuges permettent ainsi d’améliorer l’étanchéité du produit à l’état durci. Des agents entraîneurs d’air permettent de diminuer la densité du matériau. D’un point de vue propriétés à l’état frais, le plus important d’entre eux est l’éther de cellulose. Son dosage, exprimé en pourcentage massique de la quantité d’eau, peut atteindre 1%. Un dosage typique est de l’ordre de quelques dixièmes de % de la masse d’eau.
Mise en œuvre
La mise en œuvre d’un mortier monocouche peut être réalisée manuellement ou par projection. L’application industrielle qui nous intéresse ici est le mortier monocouche projeté. Une machine à projeter équipée d’un compresseur d’air et d’une lance permet la projection du produit (Cf. Fig. 1.1). Le mortier à l’état « sec » (sous forme de poudre) est introduit à travers une trémie à maillage carré afin de disperser le matériau (Cf. Fig. 1.1). L’eau sous pression est ajoutée à la poudre au niveau de la lance où le mélange a lieu dans une pompe à vis. Une pression d’une dizaine de bar est appliquée et un débit de quelques centaines de litres par heure, ajustable selon la formulation, est couramment retenu. Par passages successifs, le mortier est appliqué sur l’ensemble de la surface du mur à recouvrir sur quelques cm d’épaisseurs, l’épaisseur étant variable selon la nature du support, l’environnement ou le type de finition recherchée.
La seconde étape est une phase de finition. Une règle à araser de dimensions 200x10cm environ est passée sur la couche de mortier afin de rendre la surface homogène et plane. Selon la qualité du mortier qui a été appliqué, plusieurs passages sont nécessaires pour obtenir le rendu souhaité. Lors de cette phase, seule une couche supérieure d’une épaisseur de l’ordre d’un centimètre est travaillée.
Spécifications
Le mortier monocouche projeté doit répondre à des exigences, qu’elles soient à l’état durci ou à l’état frais. En général, les mortiers sont définis par les performances requises à l’état durci [1] telles que la résistance à la compression à 28 jours, l’absorption d’eau par capillarité ou la conductivité thermique. Il existe cependant d’autres propriétés requises, souvent plus délicates à quantifier, qui concernent le mortier à l’état frais lors de la mise en œuvre. Ces performances ne font pas l’objet d’une norme mais sont garantes à la fois d’une application aisée et d’un produit fini de qualité. A travers différents entretiens avec le personnel technique de l’entreprise Dow® et plusieurs campagnes d’essais en conditions industrielles, il a été possible de dégager une liste de critères essentiels que le mortier doit remplir lors de l’application :
La capacité d’adhésion au support: lors de la projection, la couche de mortier projeté doit adhérer au support vertical malgré l’effet de la gravité .
La résistance à l’affaissement : une fois le mortier mis en place par passes successives par projection puis lissé à la règle, il peut se déformer sous l’effet de son propre poids. Même s’il adhère au mur, le mortier monocouche présente alors des irrégularités de surface, se manifestant sous la forme de « vagues », qui seront visibles une fois le mortier durci . Il peut être important de noter que résistance à l’affaissement et capacité d’adhésion peuvent varier de façon indépendante même si ces deux propriétés semblent similaires.
Le caractère collant : lors du passage de la règle à araser, une quantité importante de matériau peut rester collée sur l’outil . Cela affecte la qualité de surface en générant des défauts localisés et rend difficile la mise en œuvre. Le caractère collant peut par ailleurs générer des difficultés de finition lors de la séparation de l’outil de lissage du matériau sur le mur.
La facilité de lissage : une fois le mortier projeté sur le support, le passage de la règle à araser pour lisser le matériau peut se révéler difficile. Lorsqu’une résistance trop élevée est ressentie, cette tâche devient pénible à exécuter pour la personne en charge de l’application.
La durée pratique d’utilisation et le temps de prise caractérisent respectivement la durée pendant laquelle le mortier peut être retravaillé sans affecter les propriétés à l’état durci et la durée au bout de laquelle le matériau a développé une résistance mécanique normalisée suffisante. La durée pratique d’utilisation et le temps de prise typiques pour un mortier monocouche sont respectivement de l’ordre de une à deux heures et de cinq à sept heures. Ces valeurs peuvent être fortement affectées par les conditions de température lors de la mise en œuvre. L’utilisation d’éthers de cellulose améliore en général la durée pratique d’utilisation au détriment du temps de prise [2-7].
La rétention d’eau caractérise l’aptitude du mortier frais, à conserver son eau de gâchage pour permettre l’hydratation des liants hydrauliques et obtenir une bonne adhérence et cohésion finale de l’enduit. L’emploi d’un mortier à forte rétention d’eau est recommandé par temps chaud ou vent sec, en particulier sur les supports de maçonnerie poreux ou absorbants. Il peut être noté que l’usage des éthers de cellulose a un impact fort sur cette propriété.
Il existe plusieurs méthodes de mesure de la rétention d’eau d’un mortier. La plus courante est l’essai sur papier filtre. Il consiste à déposer un échantillon cylindrique de mortier sur un papier filtre normalisé. Une pesée comparative avant et après essai permet de quantifier la masse d’eau Me qui a quitté l’échantillon.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Traduction du problème industriel en problème scientifique
1.1. Les mortiers monocouches : formulation, spécifications et mise en œuvre
1.1.1. Description de l’application
1.1.2. Formulation type d’un mortier monocouche
1.1.3. Mise en œuvre
1.1.4. Spécifications
1.2. Rhéologie et rhéométrie
1.2.1. Lois de comportement
1.2.2. Rhéométrie
1.2.2.1. Géométrie plan-plan (plateaux parallèles)
1.2.2.2. Géométrie Couette
1.2.2.3. Géométrie Vane
1.3. Traduction des performances requises en paramètres rhéologiques
1.3.1. Capacité d’adhésion
1.3.2. Résistance à l’affaissement
1.3.3. Caractère collant
1.3.4. Facilité de lissage
1.3.5. Rétention d’eau
1.4. Origine du comportement rhéologique des matériaux cimentaires
1.4.1. Mortier et pâte de ciment
1.4.2. Comportement et interactions
1.4.3. Composition d’une pâte de ciment
1.4.4. Contribution des interactions colloïdales
1.4.5. Contribution de la germination-croissance des C-S-H
1.4.6. Contribution des effets hydrodynamiques
1.4.6.1. Contribution visqueuse
1.4.6.2. Contribution de l’énergie cinétique des particules
1.4.7. Régimes d’écoulement
1.4.8. Contribution des contacts
1.5. Les éthers de cellulose
1.5.1. Synthèse des éthers de cellulose
1.5.2. Degrés de substitution
1.5.3. Masses molaire(s)
1.5.4. Rayon de giration, caractère hydrophobe et amphiphile
1.5.5. Granulométrie et dissolution
1.6. Effet des polymères sur la rhéologie des suspensions
1.6.1. Polymères adsorbés
1.6.1.1. Répulsion stérique
1.6.1.2. Forces attractives de « bridging »
1.6.2. Polymères non adsorbés : forces de déplétion
1.7. Positionnement et démarche scientifique
1.8. Références du chapitre
Chapitre 2 : Les éthers de cellulose dans la solution interstitielle d’une suspension cimentaire
2.1. Les éthers de cellulose en solution
2.1.1. Les polymères en solution aqueuse. Généralités
2.1.1.1. Conformations et régimes en solution
2.1.1.2. Viscosité de solutions aqueuses de polymères
2.1.2. Viscosité des éthers de cellulose en solution
2.1.2.1. Paramètres structure-propriétés pour les éthers de cellulose
2.1.2.2. Préparation des solutions
2.1.2.3. Protocole rhéométrique
2.1.2.4. Influence de la thixotropie
2.1.2.5. Résultats expérimentaux
2.1.2.6. Influence des paramètres moléculaires
2.1.2.7. Concentration critique des éthers de cellulose en solution
2.1.2.8. Application des lois structure-propriétés sur les solutions d’éthers
2.1.2.9. Caractère associatif et viscosité pour de forts dosages
2.1.2.10. Rayon de giration et longueur de chaine
2.2. Les éthers dans la solution interstitielle d’une pâte de ciment
2.2.1. Solution interstitielle d’une pâte de ciment
2.2.2. Influence des ions calcium et du pH
2.2.2.1. Préparation des échantillons
2.2.2.2. Protocole rhéométrique
2.2.2.3. Résultats expérimentaux
2.3. Adsorption des éthers à la surface des grains de ciment
2.3.1. Protocoles de mesure
2.3.2. Résultats expérimentaux
2.3.3. Paramètres moléculaires et adsorption
2.3.4. Mécanisme d’adsorption
2.4. Conclusions du chapitre
2.5. Retour sur l’application
2.6. Références du chapitre
Chapitre 3 : Éthers de cellulose et seuil d’écoulement des pâtes de ciment
3.1. Protocoles de mesure
3.1.1. Préparation des pâtes de ciment
3.1.2. Protocole rhéométrique
3.1.3. Résultats expérimentaux
3.2. Temps de solubilisation du polymère
3.3. Analyse générale des déformations critiques du système
3.4. Développement d’un protocole permettant le suivi des trois déformations critiques
3.5. Influence des éthers de cellulose sur le seuil et les déformations critiques
3.5.1. Exemple de l’effet du dosage en polymère sur la courbe contrainte-déformation
3.5.2. Effet des éthers de cellulose sur la nucléation des C-S-H
3.5.3. Effet des éthers de cellulose sur le réseau d’interactions colloïdales
3.5.4. Création d’un nouveau réseau de floculation
3.6. Conclusions du chapitre
3.7. Retour sur l’application
3.8. Références du chapitre
Conclusion générale
