Materials and Structures, 1995, 28, 260-266

Durabilite des r6parations en b6ton projet6

A. L A M O N T A G N E , M. PIGEON, D. BEAUPRI~ Centre de Recherche lnteruniversitaire sur le Bdton, Universitd Laval, Sainte-Foy, Quebec, Canada GIK 7P4

Le bkton projetd est un matdriau de plus en plus utilisd, car il est trds bien adaptd d la rdparation des ddgradations d'ordre superficiel, ddgradations de plus en plus prdsentes particuIidrement dans les pays nordiques. II existe deux procddds pour projeter le bdton: Ie procddd par voie skche et le procddd par voie humide. Les travaux fi l'Universitd Laval ont permis de mieux connaitre l'influence de plusieurs paramOtres (ajout de fumde de silice, de fibres, d" adjuvants, etc.) sur les propridt~s du b~ton projetk selon les deux procddds. Tr~s souvent, les propridtds du bdton projetk durci ressemblent de trds prds d celles d'un bdton conventionnel de mOme composition et les rdsultats des essais ont bien montrk qu'il est possible de fabriquer des bbtons projetds durables, et qui rdsistent mdme au gel en prdsence de sels fondants. Ils ont aussi montrd que la technique de prkparation des surfaces d r~parer a beaucoup d'influence sur la durabilitd de l'adhdrence des rkparations minces en bdton projetd. L'hydroddmolition sembte ~tre la technique qui donne les meilleurs rdsultats.

1. INTRODUCTION

Pour obtenir une r6paration mince durable, il faut que le nouveau mat~riau soit durable, et aussi que l'adh6rence entre ce mat~riau et le mat~riau fi r6parer le soit. La technique du b6ton projet6, qui existe depuis 1911, est certainement une des mieux adapt6es pour les r+parations de d+gradations d'ordre superficiel. Son utilisation, que ce soit par le proc6d6 sec ou humide, se traduit, dans plusieurs cas, par une 6conomie des coots de construction reli6e ~. la r6duction du temps n~cessaire fi la r6alisation du projet. Partout fi travers le monde, de nombreuses structures et infrastructures en b6ton n6cessitent de plus en plus de r6parations. Une meilleure connaissance de ce mat6riau est n6cessaire pour assurer des r+parations durables. Plusieurs recherches ont d6jfi &6 r~alis6es dans diff6rents pays, mais le b6ton projet6 demeure malgr+ tout un mat6riau peu connu, particuli6rement en ce qui concerne sa durabilit6. Ainsi, pour fabriquer une r6paration durable, il est primordial de conna~tre les particularit6s du mat6riau et de comprendre, entre autres, ce qui le distingue du b6ton plac6 de fa9on conventionnelle. Les nombreuses recherches r6alis6es /t l'Universit6 Laval depuis 1989 [1-5] vont certaine- ment contribuer fi faire conna~tre davantage le mat~riau aupr6s des constructeurs et surtout les encourager

l'utifiser.

2. LE BETON PROJETE

2.1 D6finition

Le b6ton projet6 est tout simplement un b6ton ou un mortier que l'on projette fi tr~s haute vitesse sur une surface grfice fi un jet d'air sous pression. I1 existe deux techniques diff6rentes pour projeter le b6ton ou le mortier: le proc6d6 par voie s~che (dry-mix) et le proc6d~ par vole humide (wet-mix). Les deux solutions peuvent

0025-5432/95 �9 RILEM

~tre tr6s avantageuses lorsqu'elles sont employ6es dans des situations qui leur conviennent.

2.2 Applications

Le b~ton projet6 offre tr~s souvent plusieurs avantages par rapport au b&on conventionnel, que ce soit pour la construction de certains ouvrages ou pour la r6paration de structures endommag~es. II est m~me, dans certains cas, plus ~conomique que le b6ton conventionnel. La technique n~cessite peu ou pas de coffrage, ce qui devient particulidrement int~ressant lorsque les endroits fi b~tonner sont difficilement coffrables (c'est le cas par exemple des parois sous un tablier de pont). Le b6ton projet6 possede une excellente capacit~ d'adh~rence fi plusieurs mat~riaux. I1 peut &re tr~s imperm6able m~me pour des sections tr~s minces. Les applications du b~ton projet6 sont multiples et voici quelques applications possibles: les nouvelles structures (particuli~rement ce qui est courbe), le rev~tement de parois en briques, l'enrobe- ment d'aciers structuraux, l 'augmentation de la r~sistance de structures, les r~parations de structures en b6ton, le rev~tement de structures devant r6sister ~ l'abrasion, etc.

2.3 Proc6d6 par voie s6che

Pour le proc~d~ par vole sdche, t o u s l e s mat6riaux sees (ciment, granulats, etc.) sont m~lang6s ensemble. HabitueUement, ils sont pr~ensach~s, ce qui permet un meilleur contr61e des quantit6s. Ensuite, les mat6riaux secs sont introduits dans une chambre d'alimentation et ils sont envoy~s fi travers les boyaux fi l'aide d'air sous pression jusqu'fi la lance. C'est fi la lance que l'eau est ajout6e.

Tr~s souvent, les mat6riaux secs sont humidifi6s avant d'etre envoy6s vers les boyaux. Cette humidit6 permet, entre autres, de diminuer consid~rablement la quantit6

Mater ia ls and S t ruc tures 261

de poussi6re produite lors de la projection, de pr~venir une usure pr6matur6e des 6quipements et de diminuer la quantit6 de rebonds.

Pour le proc6d6 sec, les comp&ences du lancier sont tr6s importantes. En effet, c'est lui qui ajuste la quantit6 d'eau fi ajouter au m61ange pour obtenir les propri&6s adh6sives et coh6sives n6cessaires. Le d6bit d'eau doit &re le plus constant possible afin d'6viter diff6rents rapports eau-ciment correspondant aux diff6rentes couches d'application.

2.4 Proc~d~ par voie hnmide

Dans le cas du b6ton projet6 par voie humide, tousles mat6riaux, incluant l'eau, sont m61ang6s ensemble puis ils sont introduits dans une chambre d'alimentation. Le malaxage du b6ton peut se faire A l'ext6rieur du chantier de fa~on conventionnelle, sur le site du chantier dans un malaxeur portatif ou encore dans la chambre

d'alimentation. Le b6ton est ensuite pomp6 jusqu'~i la lance. A cet endroit, un jet d'air sous pression permet d'augmenter la vitesse pour la projection.

3. PROPRIETES DES B E T O N S PROJETES

Cette section pr6sente un r6sum6 des travaux qui ont 6t6 r6alis6s ~i l'Universit6 Laval depuis 1989. Les Tableaux 1 et 2 donnent la composition d'un certain nombre de m61anges typiques (proc6d6s sec et humide respective- ment) et le Tableau 3 pr6sente les r6sultats des essais r6alis6s sur ces b~tons. La Fig. 1 explique le syst6me de codification des m61anges.

3.1 Influence du type de ciment

Lors des essais sur le b&on projet6 par voie s6che, nous avons compar6 les propri6t6s de m61anges contenant du ciment de type 10 ~ celles de m61anges contenant du

Tableau 1 Composition des m61anges de b&on projet~ par voie s6che

Nom du m~lange Liant Fum6e de Sable (%) silice (%)

(% liant)

Pierre (%)

Remarques

S 1 27,5 47,6 24,9 $3 25,0 50,0 25,0 Slfs 24,3 10,0 54,6 21,1 S3fs 31,0 9,5 44,0 25,0 S1A30 25,0 50,0 25,0 $3A30 25,0 50,0 25,0 S3A 10 25,0 50,0 25,0 ScsfA30 25,0 ___ 7 50,0 25,0 S3fsA30 31,0 9,5 ' 44,0 25,0 S I latex 24,8 55,0 20,2 S lacc 21,5 58,6 19,9 S 1-fa 25,2 48,0 26,8 S3A20-fp 22,0 68,0 10,0 S 1 fsA20-fp 23,0 7,0 69,0 10,0 S 1 fsA 20-F(0%) 21,0 7,0 79,0 S 1 fsA20-G(0%) 21,0 7,0 79,0 SlfsA20-M(0%) 20,0 8,0 80,0 S 1 fsA20- M(10%) 20,0 7,0 67,0 13,0 S 1 fsA20-M(20%) 22,0 7,0 58,0 20,0 SlfsA20-M(30%) 21,0 7,0 49,0 30,0

type I0 type 30 type 10+fum6e de silice type 30 + fum6e de silice type 10+AEA 30 ml/1 d'eau type 30 + AEA 30 ml/1 d'eau type 30+AEA 10 ml/1 d'eau ciment sf+ AEA 30 ml/1 d'eau type 30, fs, AEA 30 ml/l d'eau type 10, latex: 12% du liant type 10, acc. 2,2% du liant type 10, fibres d'acier 48 kg/m 3 type 30, fibres polyp. 4 kg/m 3 type 10+f.s., fibres polyp. 4 kg/m 3 type 10+f.s., sable fin type 10 + f.s., sable grossier type 10+f.s., sable moyen type 10+f.s., sable moy, 10% pierre type 10+f.s., sable moy, 20% pierre type 10+f.s., sable moy, 30% pierre

Tableau 2 Composition des m61anges de b6ton projet6 par voie humide

Nom du Liant a Fum6e Eau Sable m61ange (kg m- 3) de silice (kg m- 3) (kg m- 3)

(kg m- 3)

Pierre (kgm -3)

RE b AEA c Remarques (ml kg- 1) (ml kg- 1)

HI 430 0 200 1122 472 1,4 0,35 HI~ 387 45 195 1105 435 0,4 0,35 HI-~ 428 0 199 1109 426 1,4 0,35 Hl~-fa 385 45 194 1128 436 0 0,35

10% fum6e de silice fibres d'acier: 30 kg m ~ 3 10% f.s. + fibres d'acier

a Ciment de type 10. b RE: r6ducteur d'eau. c AEA: agent entraineur d'air.

262 L a m o n t a g n e , P igeon , Beaupr6

Tableau 3 Essais r6alis6s sur le b6ton durci

Nom ASTM C ASTM C AASHTO ASTM C ASTM C ASTM C du m61ange 39 157 T-227 457 457 672

R6sistance ~i Retrait Perm6abilit6 Teneur en Facteur Perte la (jours) aux ions air d'espacement l'6caillage compression (#m m-1) chlore (~o) (pro) (kg m-2) (MPa) (C)

S1 $3 Slfs S3fs $1A30 $3A30 S3A10 ScsfA30 S3fsA30 Sllatex Slacc Sl-fa S3A20-fp SlfsA20-fp S 1 fsA20-F(0~o) S lfsA20-G(0~o) S1 fsA20-M(0~o) SlfsA20-M(10~o) SlfsA20-M(20~o) SlfsA20-M(30~o) HI Hlfs Hl-fa Hlfs-fa

50,1 877 (217) 5642 3,6 341 13,9 63 816 (169) 4062 2,6 474 3,2 52,7 744 (217) 649 4,5 361 4,2 - - - - - - 5,2 355 2,4 42 787 (169) 10178 5,6 315 1,0 44 990 (169) 13775 6,3 299 0,6 77 767 (169) 9787 4,7 286 0,4 44 554 (169) 860 4,6 282 2,7 45,5 710 (157) - - 6,5 292 1,4 33,4 721 (217) 2515 13,4 60 1,8 19,6 2022 (217) 992 a 8,2 257 22,6 -- -- -- 6,1 502 4,0 30 810 (181) 8019 5,6 246 0,12

30 782 (181) 1220 5,3 235 2,19 28 722 (181) 1423 9,0 204 3,52 34 938 (181) 1043 5,6 221 0,50 37 878 (181) 2051 6,9 180 4,05 30 1147 (181) 1956 6,3 178 1,21 32 841 (181) 967 6,7 170 1,14 31 782 (181) 926 7,1 251 0,96 32,3 1100 (15l) -- 3,7 387 24,0 36,4 903 (151) - - 3,3 417 4,7 31,1 843 (151) - - 4,6 481 9,4 41,9 907 (151) - - 2,5 304 0,8

a ArrSt apr~s 20 min.

S l f s A 3 0 - f a

I goc : S: see H: humide

'1 I

fs: fum~e de silice

type de ciment: 1: type 10 3: type 30 csf" 10 + f.s.

I I

-fa: fibres d'acier -fp: fibres de polypropyl~ne -F (x%): sable fin (module de f'messe = 2,23) -M (x%): sable moyen (rood. de finesse = 2,37) -G (x%): sable grossier (rood. de f'messe = 3,17) x%: Teneur en pierre

A: e n ~ u r d'air 30: dosage (ml/1)

Fig. 1 Codification des m61anges de b6ton projet&

ciment de type 30. Ces deux types de ciment sont les plus couramment utilis6s dans l 'industrie au Qu6bec. La diff6rence principale entre les deux se situe au niveau de la finesse des grains de ciment qui est plus 61ev6e pour le type 30. Pour le proc6d6 par voie humide, tous les m61anges ont 6t6 projet6s en utilisant seulement un ciment de type 10.

Suite aux r6sultats obtenus, il a 6t6 constat6 que, de faqon g6n6rale, les b6tons projet6s par voie s6che (sans

agent entra~neur d'air) contenant un ciment de type 30 ont donn6 de meilleures r6sistances ~ la e6mpression et de meilleures r6sistances face aux cycles de gel-d6gel en pr6sence de sels fondants que les m61anges contenant du ciment de type 10. Toutefois, aucune diff6rence significative n'a 6t6 constat6e entre les m61anges contenant les deux types de ciment lorsqu'un agent entralneur d'air &ait utilis6 ($ un dosage de 10 ou de 30 ml 1 - t d 'eau de projection).

Materials and Structures 263

3.2 Influence de la fum6e de silice

La fum6e de silice est un sous-produit obtenu lors de la fabrication de certains produits siliceux. La fum6e de silice, d'abord sous forme de vapeur, se condense pour former de petites particules sph6riques dont le diam6tre moyen est de l'ordre de 0,1 ~tm. Elle poss6de une haute teneur en silice, soit g6n6ralement plus de 85%. La fum6e de silice est une pouzzolane, c'est-fi-dire qu'elle r6agit avec la chaux lib6r6e lors de l 'hydratation du ciment Portland pour former des C-S-H (silicates de calcium hydrat6s).

Dans le b6ton projet6, lorsqu'il y a pr6sence de fum6e de silice, la quantit6 de rebonds, c'est-~i-dire de granulats qui n'adh6rent pas/t la surface, diminue. En effet, puisque le m61ange est plus visqueux, les granulats ont moins tendance/~ rebondir. De plus, il est possible de projeter des couches de b6ton plus 6paisses sans qu'il y ait d6collement, ce qui augmente la productivit6.

Que ce soit pour le proc6d6 sec ou humide, l'utilisation de 5% ou de 10~/o de fum+e de silice en remplacement du ciment ne semble pas avoir d'effets significatifs sur la r6sistance/~ la compression. I1 est important de mentionner que, pour le proc6d6 par voie humide, tousles m61anges contenaient un acc616rateur de prise. Puisque l'on ne conna~t pas tr6s bien l'influence de cet adjuvant sur les propri6t6s du b6ton projet6, il faut ~tre prudent dans l'interpr6tation des r6sultats. Pour le proc6d6 par voie s6che, on pourrait attribuer l'absence de gain de r6sistance ~i une dispersion insuffisante des particules de silice /t cause du peu de malaxage.

L'utilisation de la fum6e de silice permet g6n+ralement une diminution du retrait et ce, pour les deux types de proc6d6s. Cette diminution est probablement attribuable en grande partie au fait que les b6tons projet6s avec de la fum6e de silice permettent une diminution de la quantit6 de rebonds, qui sont majoritairement constitu6s de granulats. Le b6ton durci contient alors moins de pfite de ciment.

En ce qui concerne la r6sistance ~ l'6caillage du b6ton projet6 par voie s6che, la pr6sence de fum6e de silice semble avoir pour effet d'augmenter celle des m61anges qui ne contiennent pas d'air entrain6, mais de diminuer celle des m61anges qui en contiennent. Pour le b6ton projet6 par voie humide, la pr6sence de fum6e de silice a cependant permis, de faqon g6n6rale, une augmentation de la r6sistance/t l'6caillage.

Grace fi la finesse de ses particules, la fum6e de silice permet un raffinement de la porosit6. Elle permet aussi d'obtenir plus facilement un r6seau de pores capillaires discontinu. Cela explique en partie pourquoi, tant pour le proc6d6 sec que pour le proc6d6 humide, la fum6e de silice a permis de diminuer consid6rablement la perm6- abilit6 aux ions chlore, telle qu'elle est mesur6e par ressai AASHTO T-227. Cependant, une partie de cette diminution est attribuable fi la plus faible teneur en alcalins de la solution interstitielle des b6tons avec fum6e de silice, c e qui augmente la r6sistivit6 et done diminue le courant mesur6 lors de l'essai [6]. De plus,

puisque les b6tons contenant de la fum6e de silice ont moins de rebonds, ils contiennent une moins grande quantit6 de pfite de ciment.

3.3 Influence du latex

I1 est bien connu que rajout de latex dans les m61anges de b6ton permet une r6duction importante de la per- m6abilit6. I1 permet 6galement une augmentation de la r6sistance aux cycles de gel-d6gel et donne au m61ange une bonne adh6rence aux aciers d'armature et au b~ton. I1 peut aussi, dans certains cas, am61iorer les r6sistances m~caniques (particuli~rement les r6sistances ~t la traction et ~i la flexion) et diminuer un peu le retrait [7]. I1 semblerait que le latex modifie le b6ton en formant un film continu de polym~res qui tapisse le r6seau de pores capillaires de la pate de ciment.

Le latex est employ6 dans le b6ton projet6 particuli~re- ment pour augmenter l'adh6rence et pour diminuer la perm6abilit6. De faqon g~n6rale, lors de nos essais, l'utilisation de latex darts le b6ton projet6 par voie s~che a permis une 16g~re diminution du retrait, une diminution consid6rable du facteur d'espacement des bulles d'air ainsi qu'une augmentation de la r6sistance fi l'~caillage.

3.4 Influence des acc~l~rateurs de prise

Les acc~l~rateurs de prise utilis6s dans le b~ton projet~ sont diff6rents de ceux utilis6s dans le b6ton conven- tionnel. Dans le b6ton projet6, ces adjuvants engendrent des prises tr6s rapides (souvent moins d'une minute). En plus de faciliter la mise en place et d'augmenter la productivitY, ils permettent done aussi d'atteindre tr6s rapidement des r6sistances relativement 61ev6es.

I1 existe plusieurs types d'acc616rateurs de prise sur le march+, mais les plus utilis6s au Qu6bec sont constitu6s de sels de m6taux alcalins (sodium et potassium). L'acc616rateur utilis6 pour les essais ~ l'Universit6 Laval 6tait une poudre ~i base d'aluminate de potassium. Cette poudre a ~t~ pr6m61ang~e aux ingr6dients secs lors de l'ensachage des mat6riaux. Les r6sultats obtenus ont montr6 que rutilisation de cet adjuvant a caus6 une augmentation consid6rable du retrait et de la per- m~abilit6 aux ions chlore, et aussi une diminution des r6sistances m6caniques fi 28 jours de m~me que de la r6sistance ~ l'~caillage.

A moins que des essais n'aient d~montr6 leur innocuit~, il est clair que les acc616rateurs de prise ne devraient pas ~tre utilis6s, sauf dans certains cas tr6s pr6cis off leur utilisation est absolument n~cessaire.

3.5 Influence des fibres d'acier

La pr6sence de fibres m6talliques dans le b6ton peut am61iorer certaines propri6t6s m6caniques, particuli6re- ment la r6sistance aux chocs. Les fibres augmentent surtout la ductilit6 et la t6nacit6 et contr61ent la fissuration aux jeunes figes ainsi que la fissuration due au retrait de s6chage. I1 existe plusieurs types de

264 L a m o n t a g n e , P igeon , Beaupr6

fibres: ondulres, droites avec crochets aux extrrmitrs, etc. Les fibres en acier sont les plus utilis~es. Nous n'aborderons pas dans cette publication l'utilisation de microfibres d'acier, de carbone ou d'autres mat~riaux.

Lorsque l'on utilise des fibres d'acier dans le b&on projetr, et particulirrement pour le procrd6 par voie srche, une quantit6 importante de fibres a tendance rebondir. La quantit6 de rebonds est fonction de la gromrtrie de la fibre utilisre [8].

Que ce soit pour le procrd6 sec ou humide, l'ajout de fibres lors des essais a eu pour effet de diminuer 16grrement le retrait, mais n'a eu aucun effet significatif sur la rrsistance aux cycles de gel-drgel en prrsence de sels fondants et sur les autres proprirtrs mesurres.

3.6 Influence des fibres de polypropylrne

Le polypropyl~ne a ~t~ d~couvert en 1954 et il a connu depuis une utilisation croissante dans l'industrie. Dans le brton, les fibres de polypropylrne sont principalement utilisres dans le but de contrr ler la fissuration engendrre par le retrait plastique et elles ont peu d'effet sur la fissuration due au retrait de srchage [9]. Elles peuvent 6galement aider fi prrvenir la fissuration due aux mouvements thermiques aux jeunes ages.

D'aprrs certains des rrsultats obtenus, l'ajout de fibres de polypropylrne dans le br ton projet6 par voie srche contenant du ciment de type 10 avec fumre de silice ne semble pas modifier de faqon importante ses proprirtrs. Les quelques variations qui ont ~t6 observres 6taient tout probablement attribuables fi des variations lors de la projection. I1 est donc possible d'ajouterjusqu'fi 4 kg m-3 de ces fibres dans le brton projet6 par voie srche sans craindre de modifications nrgatives importantes des proprirtrs du brton durci.

3.7 Influence des agents entraineur d'air

Les agents entratneur d 'air utilis~s dans le br ton conventionnel ont deux effets principaux: ils facilitent l ' incorporation et le fractionnement des bulles d'air dans le m~lange lors du malaxage, et ils permettent de les stabiliser. L'utilisation d'un agent entralneur d'air amine donc une augmentat ion de la teneur en air, une diminution du facteur d'espacement des bulles d'air et, par consrquent, une augmentation de la rrsistance aux cycles de gel-drgel en prrsence ou non de sels fondants.

Pour entrainer de l'air dans le brton projet6 par voie srche, il t'aut utiliser une tr~s forte dose d'agent entraineur d'air que l 'on mrlange dans l'eau utilisre pour la projection. Ainsi, avec des dosages variant entre 10 et 40 ml 1-1 d'eau de projection, il a ~t6 possible de diminuer le facteur d'espacement des bulles d'air fi des valeurs de rordre de 250/t 300 gm et, par consrquent, d'augmenter de faqon significative la rrsistance face aux cycles de gel-drgel en prrsence de sels fondants.

Dans le br ton projet6 par voie humide, la prrsence d'air entrain6 permet une diminution des rebonds. II est 6galement important de mentionner qu'une quantit6 d'air

non nrgligeable est perdue lors de la projection. I1 semble cependant possible d'obtenir, si le rrseau de bulles d'air est adrquat, une rrsistance fi l'rcaillage qui soit bonne.

3.8 Influence de la granulomrtrie du sable

La variation de la granulom&rie du sable ne semble pas avoir d'effets majeurs sur la plupart des propri~t~s du b~ton projet~ par voie s~che. Cependant, l'utilisation d'un sable grossier, c'est-fi-dire un sable ayant un module de finesse plus 61ev~, semble am~liorer la r~sistance face aux cycles de gel-d~gel en presence de sels fondants. [Le module de finesse du granulat fin est d~fini dans la norme ACNOR A23.1: il est obtenu en divisant par 100 la somme des pourcentages cumulatifs retenus sur les tamis normalis~s (5 ram; 2,5 ram; 1,25 mm; 630 gm; 315 gm et 160 gm)]. I1 est difficile d'expliquer les ph~nom~nes en cause, mais il est probable qu'il s'agit de ph~nomrnes reli~s ~ la projection qui modifient la structure interne du b~ton durci.

3.9 Influence de la teneur en pierre

Lors des essais, l 'augmentation de la quantit~ de pierre a eu un effet b~n~fique sur plusieurs des propri&~s du b~ton projet6 par voie s~che. La perm~abilit~ aux ions chlore et le retrait ont ~t~ diminu~s, ce qui est tout fi fait normal pour des b~tons contenant moins de pfite de ciment. De plus, ta masse des d~bris apr~s 50 cycles de gel-d~gel en presence de sels fondants a g~n~ralement diminu~ pour les m~langes contenant une plus forte teneur en pierre et ce, malgr~ une augmentation du facteur d'espacement des bulles d'air. Encore une lois, il est difficile d'expliquer les ph~nom~nes en cause, mais il est probable qu'il s'agit aussi de ph~nom~nes relirs fi la projection qui modifient la structure interne du brton durci.

4. A D H E R E N C E DES REPARATIONS MINCES

4.1 Problrmatique d'une rrparation mince durable

Trrs souvent, les dommages observrs sur les structures sont dus fi l'exposition aux intemprries et ne sont que superficiels. Pour les rrparer, on enlrve le br ton dStrrior6 en surface et on procrde fi la pose d'une mince couche de brton dont l'rpaisseur pourra varier entre 50 et 75 mm.

Lorsque l'on applique une mince couche de br ton frais sur un support relativement rigide, tel un ancien brton, diffrrents problrmes peuvent survenir puisqu'on est alors en prrsence d'un matrriau composite. Par exemple, si les modules 61astiques sont trop diffrrents, il y aura concentration de contraintes au niveau de l'interface lorsque la structure sera soumise ~ des chargements. Ces concentrations de contraintes se traduiront alors par des efforts de cisaillement qui pourront amener un drcollement de la couche de rSparation (Fig. 2). De la m~me faqon, si les deux br tons possddent des coefficients de dilatation thermique trrs diffrrents, il y

Mater ia ls and S t ruc tures 265

e (ddformation)

ancien b6ton !. . . E2 ~ A G(compression) G(compresslon)

~ . ~ . ~ /SSSS[ recouvrement recouvr_ ement armature ~ /~SSST[ plus rigide plus flexible

~ ~ E1 > E2 El < E2

Fig. 2 Diagramme des efforts de compression pour deux bdtons de module d'61asticit~ diffdrents, apr~s une rdparation [10].

t~te

ceUule de chargement

n~tre

,n pmjet6

de b~ton

Fig. 4 Montage utilis6 pour les essais d'arrachement [3].

! I

! iii !iiiiii i Mauvaise adhdrence (simple ddcollement)

Bonne adh&ence + nouveau b~ton moins solide

(fissuration)

Tr~s bonne adMrence (arrachement de la base)

Bonne adherence (gauchissement)

Fig. 3 Diffdrents effets du retrait diff~rentiel entre deux b~tons [10].

aura aussi apparition de contraintes fi l'interface lors des changements de temp6rature. De plus, d6s qu'on applique une mince couche de b6ton sur un ancien b&on, il y a in6vitablement retrait diff6rentiel entre les deux b6tons. En effet, l'ancien b6ton qui est tr6s souvent en place depuis ptusieurs ann~es est relativement stable par rapport au b6ton jeune. Ainsi, ce dernier verra son retrait empach6 graduellement depuis la surface jusqu'au niveau de contact avec l'ancien b6ton. La Fig. 3 sch6matise diffbrents effets qui peuvent ~tre engendr6s par le retrait diff6rentiel.

Puisque les d~formations dues au retrait fi long terme du b6ton d6passent celles associ6es /t la rupture en traction, on pourrait penser qu'il est impossible de fabriquer des r6parations minces qui soient durables. Cependant, de nombreux cas (dont plusieurs impliquant du b6ton projet6) ont ~t6 r6pertori6s prouvant que, tr~s souvent, cela est possible. Une partie de la r6ponse pourrait provenir de la capacit6 du b6ton/t relaxer une partie des contraintes par fluage ou microfissuration diffuse [10].

4.2 Durabilit~ de l'adh~renee des r~parations en b&on projet~

Une 6tude sur la durabilit~ de l'adh~rence des rdparations en bdton projet+ a ~t6 rdalisde ~i l'Universit6 Laval. Du b+ton projet6 a 6t6 appliqu6 sur des bases de b&on conventionnel vieilli pendant un an. Diffdrentes mdthodes ont 6t6 utilisdes pour prdparer les surfaces ~ rdparer

(c'est-~t-dire sur lesquelles le bdton projet6 a 6t6 appliqud):

meulage; jet de sable; marteaux-piqueurs; marteaux-piqueurs et jet de sable; hydroddmolition.

Diff~rents m~langes de b~ton projet6 (par voie sdche et par vole humide) ont 6t6 utilisds. Des essais d'arrache- ment (Fig. 4) r~alis+s ~t 2 et ~. 6 mois ont servi pour l'dvaluation de la durabilit6 de l'adhdrence.

Selon les rdsultats obtenus, si l'on fait exception d'une 16gdre amdlioration de l'adhdrence obtenue grace l'addition combinde de fibres d'acier et de fumde de silice, aucune difference significative n'a 6t6 notde entre les diffdrents mdlanges pour ce qui a trait ft. la durabilit6 de l'adhdrence. L'utilisation d'un ciment plus fin, l'addition de latex, de fibres ou de fumde de silice n'ont eu aucun impact direct, et ce, pour les deux types de proc~dd. Cependant, la pr+paration de la surface a eu une influence trds significative sur la durabilit6 de l'adhdrence. Ainsi, il n'y a eu aucune diminution de rdsistance ~i l 'arrachement de 2 ~i 6 mois pour les surfaces hydroddmolies et celles passdes au marteau-piqueur puis au jet de sable, alors que des signes de vieillissement ont 6t6 notds (c'est4i-dire une diminution de l'adhdrence dans le temps) pour les autres types de prdparation de surface. Notons aussi que, pour les surfaces prdpardes par meulage, la rupture, lors des essais d'arrachement, a toujours eu lieu ~i l'interface ancien-nouveau bdton.

La bonne durabilit6 de l'adhdrence lorsque les surfaces ont 6t6 pr~par~es par hydroddmolition s'explique proba- blement en pattie par I'absence de ddbris et d'une couche microfissurde en surface du vieux bdton, par la texture lisse de la surface /t rdparer, ce qui crde moins de concentrations de contraintes, et aussi parce que les granulats sont bien ddgagds, ce qui permet d'dviter la formation d'un plan de faiblesse sans granulat ~. l'interface. I1 resterait cependant ~i mieux comprendre les phdnomdnes engendrds par le retrait restreint.

5. C O N C L U S I O N

Comme l'ont confirm~ les diffdrents travaux de recherche ~. l'Universit6 Laval, il est possible d'effectuer des rdparations en bdton projet6 qui soient durables.

266 L a m o n t a g n e , P igeon, Beaupr6

I1 est possible de fabriquer un b6ton projet6 par voie s6che qui soit durable. M~me une bonne r6sistance aux cycles de gel-d6gel en pr6sence de sels fondants peut ~tre obtenue, fi la condition d'utiliser une forte dose d'agent entraSneur d'air dilu6 dans l'eau utilis6e pour la projection. L'utilisation de fum6e de silice a certains avantages (diminution du retrait, de la perm6abilit6 aux ions chlore, etc.), mais elle peut, dans certains cas, diminuer la r6sistance aux cycles de gel-d6gel en pr6sence de sels fondants, probablement parce que le proc6d6 par voie s6che ne permet pas une dispersion suffisante des particules.

I1 est aussi possible de fabriquer un b6ton projet6 par voie humide qui soit durable. Tout comme pour le proc6d6 par voie s6che, les ajouts que l 'on d6sire employer doivent ~tre choisis et dos6s en fonction des propri6t6s recherch6es, et l'air entrain6 est n6cessaire pour assurer une bonne r6sistance fi l'6caillage dfi au gel en pr6sence de sels fondants.

Que ce soit par le proc6d6 sec ou humide, la durabilit6 de l'adh6rence du b6ton projet6 avec l'ancien b&on peut ~tre tr6s bonne lorsque la surface est pr6par6e ad6quatement. Des recherches ont montr6 qu'une des meilleures techniques de pr6paration est l'hydrod6molition. Cette derni6re, coupl6e ~, la pose d'un mat6riau de qualit6, permet g6n6ralement d'obtenir une r6paration durable.

REFERENCES

1. Beaupr6, D., Talbot, C., Gendreau, M., Pigeon, M. et Morgan, D. R., 'Deicer salt scaling resistance of dry and wet process shotcrete', ACI Mater. J. 91 (1994) 487-494.

2. Lamontagne, A., 'Durabilit6 au gel du b~ton projet6 par voie s~che: Influence du type de ciment ainsi que du type et du dosage de l'agent entra~neur d'air', M6moire de maitrise, D6partefiaent de g6nie civil, Universit6 Laval, 1993.

3. Talbot, C., Pigeon, M., Beaupr6, D. et Morgan, D. R., 'Influence of surface preparation on long term bonding of shotcrete', ACI Mater. J. 91 (1994) 560-566.

4. Gendreau, M., 'Durabilit6 du b6ton projetC, M6moire de maitrise, D6partement de g6nie civil, Universit6 Laval, 1992.

5. Lamontagne, A. et Pigeon, M., 'Durabilit6 du b&on projet6 par voie s6che: influence de la teneur en fibres de polypropyl6ne, de la teneur en pierre et de la granulo- m~trie du sable', Rapport remis au Minist~re des Transports du Qu6bec, Contrat no 2410-90-LC01, 1993.

6. Duchesne, J. 'Le r61e des ajouts min6raux face aux r6actions alcalis-granulats dans le b6ton: m6canismes de r6action, performance et essais d'~valuation de la performance', Th6se de doctorat, D6partement de g6ologie, Universitb Laval, 1993.

7. Saucier, F. et Beaupr6, D., Revue de la litt6rature sur les r6parations en beton faite pour le compte de la compagnie Ciment St-Laurent, 1987.

8. Banthia, N., Trottier, J.-F., Wood, D. et Beaupr6, D., 'Influence of Fiber Geometry in Steel Fiber Reinforced Dry-Mix Shotcrete', Concr. Int. 14 (1992) 24-28.

9. Mindess, S., 'Why fiber reinforced concrete?', Premier atelier canadien universit6s-industrie sur le b6ton renforc6 de fibres, CRIB, 1991, Sainte-Foy, Qu6bec.

10. Saucier, F., 'Contribution ~t l'6tude de la durabilit6 de l'adh6rence des r6parations en b6ton', Th6se de doctorat, D6partement de g6nie civil, Universite Laval, 1990.

S U M M A R Y

Durability of shotcrete repairs

The shotcrete technique is certainly one of the most suitable for repairing superficial damage to concrete structures. In certain cases, the use of dry or wet process shotcrete leads to economy in construction costs that are related to the reduction of the time required to realize the project. This paper summarizes various test results obtained at Laval University in recent years on this subject.

In dry-mix shotcrete, the use of an air entraining admixture diluted in the water used for the shooting increases the deicer salt scaling resistance, because of a significant decrease in the air void spacing factor. The use of such admixtures, irrespective of the type or the dosage (between 10 and 40roll -1 water), does not modify the properties of shotcrete significantly except for its compressive strength. A higher dosage leads to a reduction in strength. The use of a type 10 cement or a type 30 combined with the use of an air entraining admixture leads to excellent properties. For dry-mix shotcretes made with silica fume, the main advantage is a reduction in drying shrinkage and a low chloride ions permeability, but unfortunately these mixtures did not perform well in the deicer salt scaling tests.

For wet-mix shotcrete, the use of silica fume seems to bring the same advantages as those obtained in con- ventional concrete. The advantages are a decrease in drying shrinkage, an increase in the resistance to freeze-thaw cycles, and a small increase in the compressive strength. Also, it seems clear that the spacing factor of the air bubbles in wet-mix shotcrete is very important for resistance to freeze-thaw cycles in the presence or absence of deicer salts. The test results indicate that it is more difficult to produce a durable wet-mix shotcrete that resists scaling in the presence of deicer salts. More research is needed to understand the mechanisms involved.

The bonding between good quality shotcrete mixtures (with and without steel fibers) and concrete surfaces prepared by hydrodemolition or chipping with jackhammers followed by sandblasting was found to be generally strong and durable. The other types of surface preparation (grinding, chipping with jackhammers without sandblasting and sandblasting alone) resulted in either lower bonding strengths or a reduction in the bonding strength with time. No significant difference was observed between the bonding strength of dry or wet process shotcrete to a hydro- demolished surface.