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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE D’ORAN ES-SENIA FACULTE DES SCIENCES DEPARTEMENT DE CHIMIE Mémoire Présenté Au Département de Chimie pour l’obtention du Diplôme de Magister Option : Chimie des Polymères Par Mr Ahmed Soufiane BENOSMAN Comportement mécanique et durabilité des matériaux Composites Mortier-Polymère (PET) Président : M. BELBACHIR Professeur ; Université d’Oran Es-Senia. Examinateurs : M. BELHADJI Professeur ; Université d’Oran Es-Senia. M. MOULI Chargé de cours ; ENSET d’Oran. Rapporteur : H. TAIBI Professeur ; Université d’Oran Es-Senia. Soutenu le : 16 Septembre 2006, devant le jury : Je dédie cet humble travail à : Mes très chers parents qui m’ont soutenu et encouragé durant toute ma scolarité, Mes très chers grands parents, Mes chers frères, cousins et cousines, Ma famille, Mes professeurs, Ainsi que tous mes amis. BENOSMAN AHMED SOUFIANE Remerciements Ce travail a été réalisé en collaboration entre deux laboratoires. Le laboratoire de chimie des polymères LCP à l’Université d’Oran et le laboratoire de matériaux LABMAT du département de génie civil de l’Ecole Normale Supérieure d’Enseignement Technique ENSET. Nous nous faisons un devoir d’exprimer notre profonde reconnaissance à Monsieur le Professeur M. BELBACHIR, Directeur du Laboratoire de Chimie des Polymères LCP à l’université D’Es-Sénia Oran, qui nous fait le grand honneur de présider le jury de notre thèse. Nous adressons nos plus vifs remerciements à Monsieur le Professeur H. TAIBI, du laboratoire de chimie des polymères (LCP) Université d’Es-Sénia Oran, de s’être occupé, voire préoccuper, de moi, de l’avancement de mon travail, de mes présentations orales et écrites. Je le remercie aussi de ses nombreux conseils, toujours avisés et fort utiles, qui ont sans doute été indispensables au bon accomplissement de ce travail. Que Monsieur M. Mouli, chargé de cours à l’Ecole Normale Supérieure d’Enseignement Technique au département de génie civil trouve ici l’expression de notre vive reconnaissance pour la bienveillance avec laquelle il a dirigé notre recherche sans cesser de nous prodiguer conseils et encouragements. Il a su m’orienter et me conseiller ce qui m’a permis d’aller plus loin et de progresser tout au long de ce travail. Qu’il trouve ici l’expression de toute ma gratitude pour sa grande disponibilité. Je le remercie pour avoir accepté de participer au jury. Mes remerciements vont également à Monsieur M. BELHADJI, Professeur au département de physique qui a bien voulu se donner la peine d’analyser le document qui lui était confié. Je remercie vivement Monsieur le Professeur Yoshihiko OHAMA du département d’architecture, Ecole de génie civil, Université de Nihon, Koriyama, Fukushima-ken, Japon, qui m’a fourni en documentations spécialisées. Ce qui m’a aidé à relancer mon travail. Je tiens à remercie aussi, Monsieur B. BELBACHIR, chargé de cours à l’université d’Oran, laboratoire de chimie des polymères LCP. Toute ma reconnaissance à Monsieur Y. SENHADJI, Ingénieur d’état dans le laboratoire de Matériaux au département de génie civil (ENSET), qui a mis à ma disposition les moyens matériels et les matériaux pour mener mon travail à terme. Je tiens spécialement à Remerciements le remercier pour sa disponibilité, pour sa patience et pour sa motivation. Je tiens à remercie Monsieur R. ZOUBIRI, Ingénieur d’état (ENSET), et Monsieur B. HADJ HASSAN, Ingénieur d’état au laboratoire de Géomatériaux du département de génie civil (U.S.T.O) de leurs précieuses aides. Je tiens spécialement à remercier mon collègue A. AIT AMEUR pour sa gentillesse et pour sa motivation. Un grand merci aussi pour mes amis I. BEHLOULI, M. BENADDA, L. SAKHRI et A. Moulay-Ali. Enfin, tous mes remerciements vont à ceux qui, de près ou de loin apporté leur aide. Je pense bien évidemment à tous mes collègues de l’ENSET, et plus particulièrement ceux qui se sont montré disponibles jusqu’au dernier moment, a ce sujet merci à Mr R. ZOUBIRI, Madame Fatiha et Mr Meknaci. Et je ne peux oublier mes collègues de promotion. Sommaire i SOMMAIRE Liste des abréviations et symboles ………………………………………………….. A Introduction générale ……………………………………………………………... 1 Chapitre 1 Éléments de bibliographie sur les matériaux cimentaires I.1. Historique ……………………………………………………………………... 5 I.2. Les constituants ……………………………………………………………….. 6 I.2.1. Le ciment Portland artificiel …………………………………………… 6 I.2.2. Différents ajouts cimentaires …………………………………………... 10 I.2.3. Les granulats …………………………………………………………… 13 I.2.4. L’eau ........................................................................................................ 14 I.3. Hydratation du ciment Portland artificiel …………………………………….... 15 I.3.1. Les mécanismes élémentaires d’action de l’eau ……………………….. 16 I.3.2. Réactions d’hydratation ……………………………………………….. 17 I.3.3. Formation et microstructure des hydrates ……………………………… 20 I.4. Hydratation des ciments Pouzzolaniques ……………………………………... 27 I.5. Origines de la résistance mécanique de la pâte de ciment durcie ……………... 29 I.5.1. Développement des propriétés mécaniques ……………………………. 31 I.6. La notion de degré d’hydratation ……………………………………………... 32 I.7. La cimenterie en Algérie ……………………………………………………… 32 I.8. Recherche et développement dans la conception et l’application des Composites de Béton-Polymère (Concrete-Polymer Composites « C-PC ») .... 33 I.8.1. Généralités ……………………………………………………………... 33 I.8.2. L’importance des polymères dans l’industrie de construction du Bâtiment ……………………………………………………………….. 36 I.8.3. Développement des composites ………………………………………. 37 I.8.4. Mise en œuvre …………………………………………………………. 39 I.8.5. Influence du polymère sur la microstructure (Cas des latex) …………. 40 I.9. Durabilité des matériaux polyphasés : attaques chimiques par différents milieux agressifs ……………………………………………………………... 42 I.9.1. Généralités ……………………………………………………………. 42 I.9.2. Attaque chimique par différents milieux agressifs …………………… 44 I.9.3. Attaque chimique des matériaux polyphasés par les solutions acides … 44 I.9.4. Mécanisme d’attaque par les acides ………………………………….. 47 I. 10. Objectifs ……………………………………………………………………… 54 Références bibliographiques ………………………………………………………… 56 Sommaire ii Chapitre 2 Élaboration et caractérisation Des composites mortier-polymère II.1 Introduction ………………………………………………………………….... 62 II.2. Elaboration des matériaux cimentaires ………………………………………... 63 II.1.1. Analyse granulométrique …………………………………………….. 63 II.2.2. Essais sur mortiers …………………………………………………… 64 II.2.3. Caractérisation mécanique des mortiers ……………………………... 66 II.2.4. Résultats des essais mécaniques de compression des différents mortiers ………………………………………………………………. 68 II.3. Elaboration et étude des comportements mécaniques des composites Mortier-Polymère …………………………………………………………….. 70 II.3.1. Caractéristiques physico-chimiques du polytéréphtalate d’éthylène utilisé …………………………………………………….. 70 II.3.2. Caractéristiques physico-chimiques du sable concassé utilisé ………. 70 II.3.3. Elaboration et mise en œuvre des éprouvettes ……………………… 72 II.4. Résultats expérimentaux et analyse des essais mécaniques ………………….. 75 II.4.1. Etude de la variation de la résistance mécanique entre 3 et 360 jours des différents matériaux ……………………………………………... 76 II.5. Caractérisation microstructurale des mortiers et/ou composites Mortier- Polymère à l’état durci ………………………………………………………. 89 II. 5.1. Préparations des échantillons (IRTF, DRX) ………………………… 89 II.5.2. Spectrométrie infrarouge (IRTF) ……………………………………. 89 II.5.3. Diffraction des rayons X (DRX) ……………………………………. 97 II.5.4. La microscopie électronique à balayage (MEB) ……………………. 104 Chapitre 3 Durabilité des matériaux Composites mortier-polymère III.1 Introduction ………………………………………………………………….. 110 III.2. Essai de durabilité …………………………………………………………… 111 III.2.1. Attaques chimiques des mortiers et/ou composites mortier-polymère 111 III.3. Résultats des essais de durabilité et discussion ……………………………… 113 III.3.1. Attaques des mortiers et/ou composites par différentes types de solution acides et basique ……………………………………………. 113 III.4. Caractérisation par diffraction des rayons X de l’attaque superficielle de mortier et/ou composite mortier-polymère ………………………………….. 121 Références bibliographiques ………………………………………………………… 127 Conclusion générale ………………………………………………………………... 131 Liste des abréviations et symboles A ASTM CPA CPJ C-S-H HCl H2SO4 CH3COOH NaOH C3S C2S C3A C4AF Ca(OH)2 , (CH) DRX DTA MEB CaSO4.2H2O CaO MgO CaCO3 CaCl2 PET IRTF NF EN : American society for testing and materials : Ciment Portland artificiel : Ciment portland avec ajout minéral : Silicates de calcium hydratés : Acide chlorhydrique : Acide sulfurique : Acide acétique : Hydroxyde de sodium : Silicate tricalcique : Silicate bicalcique : Aluminate tricalcique : alumino-ferrite tétracalcique : Hydroxyde de calcium (Portlandite) : Diffraction des rayons X : Analyse thermique différentielle : Microscope à balayage électronique : Gypse : Chaux libre : Oxyde de magnésium : Calcite : Chlorure de calcium : Polytéréphtalate d’éthylène : Spectrométrie infrarouge : Méthodes d’essais des ciments INTRODUCTION GENERALE Introduction 1 INTRODUCTION GENERALE Le développement des composites Mortier-Polymère a pour origine certains besoins exprimés par les professionnels du bâtiment et des travaux publics. Ces matériaux sont utilisés le plus souvent dans des travaux de second œuvre tels les enduits de façades, les colles carrelages ou revêtements d’étanchéité ; ils sont aussi utilisés dans le domaine des travaux publics comme produits de réparation d’ouvrages d’arts, et dans certaines applications routières. En définitive on cherche un matériau de faible coût, de mise en œuvre simple, et possédant une meilleure tenue en service par rapport à un mortier standard. Il doit posséder par ailleurs de bonnes propriétés d’adhésion ainsi qu’une résistance accrue aux agressions de l’environnement et en particulier une isolation des parois à l’humidité. Cependant, alors que des nouvelles générations de polymère sont en cours de développement, les mécanismes responsables de l’évolution du comportement mécanique de ces matériaux en fonction de leur teneur en polymère sont assez mal connus. Le souci des professionnels dans le domaine des matériaux de construction est d’améliorer les propriétés induites par l’ajout de différents polymères et parfois de l’adapter à une application particulière. Pour cela, la démarche adoptée consiste à identifier le rôle et les effets induits par la présence de cette phase. La durabilité des ouvrages en béton est une caractéristique très importante, car c’est la garantie d’une sécurité et d’une durée de service accrues de ces ouvrages. Cette durabilité garantie aussi une économie considérable sur le long terme, car de tels ouvrages nécessiteront peu ou uploads/Ingenierie_Lourd/ durabilite-des-materiaux.pdf