Efficacité et comportement à long terme des produits colmateurs pour bétons

Efficiency and durability of surface protection products of concrete

• Auteur / Autrice : Nassim Timhadjelt
• Direction : Raoul François, Valérie L'Hostis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 13/01/2021
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMDC - Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions de Toulouse - Laboratoire Matériaux et Durabilité des constructions / LMDC
• Jury : Président / Présidente : Karim Aït-Mokhtar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raoul François, Valérie L'Hostis, Richard Gagne, Emmanuel Roziere, Wissem Dridi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Richard Gagne, Emmanuel Roziere

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton armé -- Carbonatation

Béton

Béton -- Fissuration

Matériaux -- Détérioration

Corrosion

Mots clés libres

Béton

Durabilité

Produits colmateurs

Fissuration

Corrosion

Carbonatation

Concrete

Durability

Surface protection products

Cracks

Corrosion

Carbonation

Résumé

La corrosion est l'une des pathologies les plus graves affectant les structures en béton armé, elle est principalement causée par la pénétration d'agents agressifs tels que le CO2 dans le béton dans le cas de la corrosion induite par la carbonatation. Celle-ci est accélérée et amplifiée en présence de fissures et lorsque l'interface acier/béton est de mauvaise qualité. Pour limiter la pénétration du dioxyde de carbone, il est possible d'appliquer des produits de protection sur la surface du béton afin de colmater totalement ou partiellement les pores et les microfissures. Ces produits sont classés par la norme NF EN 1504-2 en trois familles et dans cette étude, un produit de chaque famille a été sélectionné :- Produits de revêtement qui produisent une couche protectrice continue sur la surface : revêtement acrylique (AC)- Produits d'imprégnation qui réduisent la porosité de la peau du béton : produit d'imprégnation acrylique (AI)- Produits d'imprégnation hydrophobes qui créent une surface hydrofuge : produit à base de siloxanes (SC)Ce travail a pour objectif d'évaluer l'efficacité et la durabilité des produits de protection de surface sélectionnés en étudiant leurs profondeurs de pénétration et leurs impacts sur la carbonatation, les propriétés de transport (diffusion et perméabilité aux gaz) et la corrosion. Dans cette optique, différents dispositifs expérimentaux (enceinte carbonatation, cellules de diffusion et de perméabilité) et instruments de caractérisation physico-chimique sont utilisés.Cette étude a montré que ces produits apportent une contribution importante à la protection des surfaces des matériaux cimentaires contre la pénétration et la diffusion d'agents extérieurs agressifs tels que le CO2. Ceci permet de retarder la carbonatation de l’enrobage de béton. Pour les échantillons fissurés, AI et AC, réduisent de manière significative la longueur carbonatée à l'interface acier/mortier. Ces deux produits semblent avoir à la fois un pouvoir protecteur sur les matériaux non fissurés et sont capables de colmater des fissures de quelques centaines de µm.En ce qui concerne le suivi de corrosion, une nouvelle méthode expérimentale couplée à la simulation numérique (COMSOL) a été développée. Elle a permis de démontrer l'effet immédiat de l'application des produits ainsi que l’influence d’un rechargement mécanique.En résumé, cette étude a permis de comparer l'efficacité et le comportement à long terme de trois produits de protection des surfaces en béton vis-à-vis de l’ensemble des phénomènes conduisant à la corrosion induite par carbonatation. Un produit se démarque, le revêtement acrylique (AC).

Corrosion is one of the most serious pathologies affecting reinforced concrete structures, it is caused mainly by the penetration of aggressive agents such as CO2 into the concrete in the case of corrosion induced by carbonation. This is accelerated and amplified in the presence of cracks and when the steel/concrete interface is of poor quality. To limit the penetration of carbon dioxide, it is possible to apply protection products on the concrete surface to completely or partially seal pores and micro-cracks. These products are classified by the standard NF EN 1504-2 in three families and in this study, one product from each family was selected:- Coating products that produce a continuous protective layer on the surface: acrylic coating (AC)- Impregnation products that reduce porosity of the concrete skin: acrylic impregnation product (AI)- Hydrophobic impregnation products that create a water repellent surface: siloxanes-based product (SC)This work has the objective to evaluate the efficiency and the durability of the selected surface protection products by investigating their depths of penetration and their impacts on carbonation, transport properties (gas diffusion and permeability) and corrosion. With that in mind, different experimental devices (carbonation chamber, diffusion and permeability cells…) and physicochemical characterization instruments are used.This study showed that these products make an important contribution to the protection of the surfaces of cementitious materials against the penetration and diffusion of aggressive external agents such as CO2. This leads to a gain in the carbonation time of the concrete cover. For cracked samples, AI and AC, significantly reduce the carbonated length at the steel / mortar interface. These two products seem to have both a protective power on non-cracked materials and are capable of sealing cracks of a few hundred µm.For instantaneous corrosion monitoring, a new experimental method coupled with numerical simulation (COMSOL) has been developed. It allowed us to demonstrate the immediate effect of the application of the products and the response to mechanical reloading.To summarize, this study compared the effectiveness and long-term behaviour of three concrete surface protection products with regard to all phenomena leading to carbonation-induced corrosion. One product stands out, the acrylic (AC) coating.