Historique
Les bétons modifiés aux polymères (Modified Polymer Concrete) s’obtiennent en mélangeant un polymère organique à un béton de ciment Portland. Le but est d’obtenir un composite dont la durabilité et la capacité de liaison sont améliorées.
C’est dans les années 50 – 60 que les premières recherches ont été menées sur ces bétons, rapidement utilisés dans le domaine de la réparation des structures en béton, en particulier grâce à leurs propriétés de liaison et de résistance à la traction (recouvrement de tabliers de ponts, sols industriels…).,.
Typologie
Aujourd’hui, les matériaux cimentaires composites contenant des polymères se regroupent en trois grandes familles :
- les bétons ou mortiers polymères (ou béton/mortier de résine)
- les bétons ou mortiers imprégnés de polymères
- les bétons ou mortiers de ciment polymères
Dans les bétons polymères, c’est le polymère seul qui sert de liant. Dans le cas des bétons imprégnés de polymères, le béton de ciment Portland durci est imprégné de polymères, soit en surface, soit assez profondément (injection), de manière à réduire la sorption d’eau, améliorer la tenue aux cycles de gel dégel ainsi que la résistance à la compression.
Nous intéressons ici particulièrement à la matrice des bétons de ciment polymères.
Les matrices de ciments modifiés aux polymères
L’évaporation progressive de l’eau du béton frais entraîne une concentration des polymères dans la solution. Les particules de polymère se rapprochent et finissent par coalescer jusqu’à former un film continu. Cette coalescence n’est possible qu’à partir d’un seuil de température désignée sous le nom de température minimale de formation du film. C’est ce film qui, en fonction d’une période de maturation et de la nature du polymère, apporte au béton ses propriétés mécaniques particulières, sa capacité d’adhérence au support, sa résistance à l’eau et aux sels.
Les polymères ajoutés aux bétons interagissent également avec la matrice cimentaire ; ils en modifient la structure et donnent naissance à une comatrice qui résulte de l’interpénétration de la phase de ciment hydraté et de la phase polymère.
Lors de l’hydratation de la phase cimentaire, la formation des hydrates consomme une partie de l’eau de gâchage. La floculation des particules de polymère entraine la formation d’une couche continue en surface des hydrates et des anhydres qu’elle lie, tout en adhérant à la surface des granulats. Ce processus améliore la liaison hydrates/granulats, mais dans le même temps retarde l’hydratation. En règle générale, l’hydratation du ciment a lieu avant la formation du film, à l’exception de la surface du matériau où l’évaporation de l’eau accélère la coalescence des particules polymériques.
Les études montrent que la comatrice ne se forme pas en dessous d’un rapport poids ciment / poids polymère précisément déterminé.
Les mortiers de ciment aux polymères se révèlent très résistants aux agressions chimiques et à l’abrasion ; ils sont de plus hautement imperméables à l’eau. Ils sont donc particulièrement indiqués pour des usages qui les exposeraient particulièrement à des attaques chimiques ou à des contraintes mécaniques notables et répétées. Leur capacité d’adhérence les recommande également comme mortiers de réparations aptes à s’associer à une surface bétonnée ancienne. En revanche, la présence de polymères les rend particulièrement vulnérables aux hautes températures.
Sources : Cement concrete and concrete-polymer composites: two merging worlds. A report from 11th ICPIC Congress in Berlin, 2004 / Van Gemert, D.
Auteur; Knapen, E.; ?ukowski, P.; Czarnecki, L., Auteur. – 2004. – 12 p. Special inorganic cements. Ivan Odler, F & FN Spon, 2000.
Les géopolymères
Issus de recherches sur la modélisation de la formation géologique des zéolithes, les géopolymères représentent des chaînes de molécules minérales liées par des liaisons covalentes. La géopolymérisation consiste donc en la réaction d’un silicate d’aluminium avec une solution alcaline sodique et/ou potassique, contenant ou non de la silice en solution. Cette réaction forme un réseau amorphe de silice et d’alumine où les alcalins viennent compenser les charges.
La production de géopolymères n’émet que très peu de CO2 : il n’entre ni dans le processus de cuisson, ni de décarbonatation de calcaire.
Les études en cours semblent montrer que les géopolymères développent une haute résistance mécanique au jeune âge, ainsi qu’une excellence résistance aux attaques acides. Enfin, leur structure permet l’immobilisation de radionucléides et de métaux lourds. Les géopolymères constituent donc une piste de développement particulièrement intéressante dans le domaine des matériaux cimentaires spéciaux.
Vue au microscope d’un béton normal et enrchi aux polymères.
Image du site « www.geopolymer.org ». Tous droits réservés.
Pour en savoir plus, vous pouvez consulter le site de l’Institut des Géopolymères.