Optimisation de la formulation et de la tenue aux hautes températures d’un béton à base d’époxyde

Optimization of the formulation and Behavior at high temperatures of epoxy based polymer concrete.

• Auteur / Autrice : Oussama Elalaoui
• Direction : Elhem Ghorbel, Mongi Ben Ouezdou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Soutenance le 11/02/2012
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jamel Neji
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelhafid Khelidj, Néjib Ben Jamaa

Mots clés

Mots clés libres

Béton de résine

Hautes températures

Ignifugeant

Optimisation de la formulation

Proprètés mécaniques et physiques

Dégradation thermique

Polymer concrete

High temperatures

Flame retardant

Optimsation of Mixture

Mechanical et phyical properties

Thermal degradation

Résumé

La durabilité des matériaux employés en génie civil est remise en question par le vieillissement physico-chimique de ces matériaux pouvant engendrer des dégradations significatives qui peuvent mettre en péril la stabilité des structures du génie civil. Pour pallier à certains inconvénients des bétons hydrauliques, l'utilisation des matériaux composites à l'instar des bétons de résine, qui possèdent des qualités remarquables par rapport aux matériaux de construction conventionnels, s'avère très intéressant.À l'heure actuelle, les freins majeurs quant aux développements des bétons résines sont d'une part le coût de la résine dont le taux varie, selon l'application industrielle, de 5% à 25% et d'autre part leurs comportements aux températures élevées et au feu puisque les liants dans ces bétons sont des substances organiques qui résistent beaucoup moins à la chaleur que les matières inorganiques. L'objectif de l'étude est de favoriser le développement des bétons résines par la diminution du taux de la résine en optimisant les constituants du béton et l'amélioration de leurs ténues aux températures élevées par l'ajout des additions tout en assurant des performances mécaniques raisonnables. L'optimisation de la formulation du béton est menée sur deux étapes ; la première vise à optimiser le squelette granulaire (sable 0/4 et Gravier 4/10, silico-calcaires) expérimentalement en confrontant les résultats à ceux issus du modèle d'empilement compressible. La deuxième étape vise à optimiser la fraction massique du liant époxydique (6%, 9%, 13% et 16%) sur la base des essais de caractérisation mécaniques et physiques. Le deuxième objectif de l'étude a était menée par l'ajout des ignifugeants appartenant à deux familles différentes c'est-à-dire les hydroxydes de métal et les produits phosphorés inorganiques. Les propriétés physiques, thermiques et mécaniques des bétons additionnées et témoins, avant et après exposition à un cycle de chauffage-refroidissement de la température ambiante à une température de consigne de 100°C, 150°C, 200°C, 225°C et 250 °C avec une vitesse de montée fixée à 0.5°C/min, ont été évaluées par les techniques de caractérisation usuelles en plus des essais d'analyses chimiques et thermiques.Cette étude aboutit à la formulation d'un béton optimal en terme de composition et à évaluer l'effet de l'addition des ignifugeants surtout sur les propriétés thermiques et mécaniques.Mots clés : béton de résine, optimisation, température élevée, ignifugeants, propriétés mécaniques, propriétés physiques, propriétés thermiques.

The material used in civil engineering applications must be re-evaluated because of their physicochemical ageing which can generate significant damages and hence put the stability of civil engineering structures in danger.The replacement of the hydraulic concrete by composite materials as the polymer concrete which offer higher properties compared to conventional construction materials seems to be very interesting. At the present time, the major restrain for the development of polymer concrete are on one hand the cost of the polymer whose ratio varies according to the industrial applications between 5% and 25%, and on the other hand their behaviour when exposed to high temperatures or fire since the resin acting as binder in these polymer concretes are organic substances which are more sensitive to heat than the inorganic matters as cement.The aim of this study was to help the development of polymer concrete by optimizing the formulation and improving their behaviour when exposed the high temperatures by incorporating additions while keeping acceptable mechanical performances.The optimisation of the formulation is done in two steps; the first step consists of optimising the aggregates content (Natural River sands 0/4 mm and crushed gravels 4/10 mm). Experimental results are compared to those given by means Compressible Packing Model. The second step consists of optimizing the amount of polymer (6%, 9%, 13% et 16%) based on mechanical and physical tests.The second aim of this work was fulfilled by the incorporation of two flame retardants belonging to metal hydroxide and phosphorous components types. Physical, thermal and mechanical properties of concretes with or without flame retardant, before and after heating-cooling cycle from ambient temperature to exposure temperature of 100°C, 150°C, 200°C, 225°C et 250 °C with a rate of 0.5°C/min, are evaluated by common characterisation tests besides chemical and thermal ones. This study has leading to obtaining an optimum polymer concrete and evaluates the effect of flame retardant particularly on the thermal and mechanical properties.Keywords: polymer concrete, optimization, high temperatures, flame retardant, mechanical properties, physical properties, thermal properties.