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RÉSUMÉ
Cet article présente des études de cas concernant l'adhésion entre matériaux de construction. La méthodologie employée consiste à effectuer des essais de pelage (une membrane de renfort flexible étant insérée dans la couche à peler) et à caractériser les faciès de rupture (par spectroscopie et microscopie). Deux interfaces distinctes (granulats/bitume et béton/revêtement de peinture) sont caractérisées afin d'établir le potentiel d'application de cette méthodologie et d'étudier les mécanismes d'adhésion.
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Matthieu HORGNIES : Docteur en science des matériaux - Chargé de recherche - Centre de recherche de Lafarge, Saint Quentin-Fallavier, France
INTRODUCTION
L’étude de l’adhésion entre matériaux de construction est un vaste sujet avec de très nombreuses implications. Comprendre les mécanismes d’adhésion et améliorer l’adhérence s’avèrent ainsi nécessaires afin d’augmenter la durée de vie des routes mais aussi pour pérenniser l’esthétique des façades en béton recouvertes de peinture. Cet article se propose d’exemplifier l’utilisation d’une méthodologie de pelage, comprenant une membrane de renfort flexible, associée à l’analyse de la composition chimique superficielle des faciès de rupture. Cette quantification au plus juste de l’adhérence et la corrélation des forces de pelage avec des analyses des faciès de rupture sont déjà utilisées pour étudier l’adhésion d’autres types de matériaux (le plus souvent à base polymère) mais sont relativement peu appliquées dans le domaine des matériaux de construction. Les études de cas présentées dans cet article concernent l’adhésion entre deux interfaces particulières de matériaux de construction (granulats/bitume et béton/peinture de protection). En effet, plusieurs paramètres similaires influencent l’adhérence entre ces deux couples de matériaux : la rugosité, la porosité et la composition (minéralogie) des substrats (granulats ou béton), mais aussi la mouillabilité et la rhéologie des matières organiques, etc.
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Adhésion à l’interface entre béton et peintureArticle inclus dans l'offre
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5. Adhésion à l’interface entre granulats et bitume
5.1 Analyse des granulats et du bitume
Les surfaces des roches ont été analysées par spectroscopie EDS et spectrométrie XPS. La première technique permet d’obtenir la composition élémentaire des échantillons sur une épaisseur de l’ordre du micromètre, ce qui a permis de confirmer leur minéralogie. La seconde technique permet d’obtenir une composition sur les 5 à 10 nanomètres d’extrême surface. La zone analysée par XPS est ici un peu plus vaste (correspondant à une ellipse de 200 × 50 µm) mais cette technique est très utile pour détecter certains éléments marqueurs de phases minéralogiques.
Comme représenté par le tableau 2, les analyses par spectroscopie EDS ont mis en évidence que l’échantillon de dolomie était principalement composé de CaMg(CO3)2 avec présence de précipités uniquement composés de CaCO3 (comme cela peut arriver pour ce type de roches sédimentaires). Les analyses de l’échantillon de granite ont confirmé la présence des trois phases minérales qui constituent ce type de roche. En terme de composition atomique, le mica (zone n° 1) est caractérisé par la présence des éléments tels que le silicium (Si) et l’aluminium (Al) mélangés avec d’autres plus spécifiques tels que le fer (7,0 %) et le magnésium (4,3 %). Les feldspaths alcalins (zone n° 2) sont composés de silicium et d’aluminium, associés à d’autres éléments tels que le potassium (5,7 %) et le sodium (0,7 %). Enfin, le quartz (zone n° 3) est exclusivement composé de SiO2.
Les granulats ont également été caractérisés par spectrométrie XPS pour obtenir la composition précise des couches extérieures (cf. tableau 2). L’aluminium et le silicium se sont révélés être les principaux éléments atomiques constituants l’échantillon de granite utilisé lors de l’étude. Les feldspaths ont été clairement détectés par XPS, comme démontré par les concentrations significatives en calcium et potassium. Les rapports atomiques mesurés à la surface de la dolomie présentent une proportion importante d’oxygène et de calcium, la détection du magnésium et du carbone...
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BIBLIOGRAPHIE
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(3) - BOULANGE (L.), STERCZYNSKI (F.) - Study of interfacial interactions between bitumen and various aggregates used in road construction - . Journal of Adhesion Science and Technology, 26, 163-173 (2012).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Les routes – Matériaux de chaussées souples et semi-rigides.
-
Dégradation et usure des revêtements routiers souples.
-
Granulats. Origines et caractéristiques.
-
Microanalyse X par sonde électronique – Principe et instrumentation.
-
Béton hydraulique – Mise en œuvre. Démoulage et parements.
NORMES
-
Bitumes et liants bitumineux – Spécifications des bitumes routiers NF EN 12591 AFNOR - AFNOR - 2009
-
Bitumes et liants bitumineux – Détermination de la pénétrabilité à l’aiguille NF EN 1426 AFNOR - AFNOR - 2007
-
Adhésifs – Essai de pelage pour un assemblage collé flexible-sur-rigide – Partie 1 : pelage à 90° NF EN 28510-1 AFNOR - AFNOR - 2014
ANNEXES
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Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Coating Research Institute (CoRI) http://www.cori-coatings.be/
Imperial College London, Department of Mechanical Engineering http://www3.imperial.ac.uk/mechanicalengineering
INSA Toulouse, Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions de Toulouse (LMDC) http://www-lmdc.insa-toulouse.fr/index.php
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l’Aménagment et des Réseaux (IFSTTAR) http://www.ifsttar.fr/
IUT de Béthune, Laboratoire Génie Civil et géo-Environnement (LGCgE) http://www.lgcge.fr/
Mines Paristech, Centre de mise en Forme des Matériaux (CEMEF) http://www.cemef.mines-paristech.fr/fr
SINTEF, Civil and Environmental Engineering http://www.sintef.no/
Université de Liège, Architecture, Géologie, Environnement Constructions (ArGEnCo) http://www.argenco.ulg.ac.be/
University of Bristol, Faculty of Engineering http://www.bris.ac.uk/engineering/
University of Nottingham, Nottingham Transportation Engineering Centre http://www.nottingham.ac.uk/research/groups/ntec/index.aspx
University of Waterloo, Centre for Pavement and Transportation Technology https://uwaterloo.ca/centre-pavement-transportation-technology/
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