Brevet FR2431571A1 — publié le 19800215

L'invention est relative à un revêtement d'étanchéité perfectionné pour tabliers d'ouvrages d'art en béton de ciment ou métalliques, et son procédé de préparation. Elle concerne les domaines du complexe"étanchéité revêtement d'usure" sur les tabliers d'ouvrage d'art en béton de ciment armé ou pré contraint, et du complexe " protectionétanchéité - revêtement d'usure" sur les tabliers d'ouvrages d'art métalliques. Les étanchéités (ler cas) ou protections- étanchéités (2ème cas) réalisées in situ sous forme d'enduit mince, par réticulation de matériaux thermodurcissables présentent dans leur forme habituelle un grand défaut : il n'y a pas de liaison réelle entre cet enduit et la couche d'usure qui est ensuite déposée par dessus, cette dernière ayant plus ou moins tendance à glisser et se fissurer sous l'effet du trafic. On tente de pallier ce défaut en répandant sur l'en- duit d'étanchéité,avant réticulation, une couche de gravillons destinée à accrocher mécaniquement la couche d'usure. Cette opération ne peut cependant pas se faire directement sur la couche d'étanchéité franche car les gravillons risquent de la percer avant complète réticulation et de la détruire. Pour éviter cette destruction de l'étanchéité, on la réalise en deux phases. Une première couche de matériau thermodurcissable est répandue sur l'ouvrage et constitue l'étan- chéité proprement dite. Après réticulation de cette première couche, une deuxième couche est répandue pour coller les gravillons, la première étant alors suffisamment durcie pour ne plus être transpercée. Toutefois, ltexpérience montre dans de nombreux cas que la rugosité créée par ce gravillonnage est insuffisante pour empêcher le glissement de la couche d'usure sous l'effet du trafic, cette insuffisance étant d'autant plus grande que le trafic est lourd. I1 est par ailleurs bien connu qu'il ne peut y avoir adhérence entre les deux couches du matériau thermodurcissable lui-même que dans des conditions très difficiles à réaliser sur chantier, surtout en mauvaise saison. Ainsi la deuxième couche doit être répandue sur la première lorsque celle-ci a un état de réticulation suffisamment avancé pour ne pas être poinçonné par les gravillons mais toutefois ina achevé, pour préserver des possibilités de liaison physico ehimique entre les deux couches. Cette condition est difficile à réaliser dans la pratique, en particulier lorsque le travail est arreté plus ou moins longtemps par la pluie. Dans ce cas, la présence de gravillons solidàires de la couche d'usure favorise la transmission des contraintes latérales du trafic au niveau de la deuxième couche de 1 'en duit d'étanchéité et on observe souvent un décollement par "feuilletage" entre les deux couches de matériau thermodurcissable et un glissement de la couche d'usure entraenant les mAmes inconvénients que dans le cas précédent. L'invention a pour but de supprimer ces inconvénients en remplaçant l'accrochage mécanique des gravillons par une liaison physico-chimique plus efficace entre la couche d'usure et l'enduit d'étanchéité, celui-ci pouvant de ce fait être réalise en une seule couche de matériau thermodurcissable. Elle a ainsi pour objet un revêtement d'étanchéité pour ouvrages d'art en béton de ciment ou précontraint ou métalliques, destiné à recevoir un revêtement d'usure, caractérisé en ce qu'il comprend a) une couche de 0,5 à 6 kg/m environ d'un matériau thermodurcissable contenant éventuellement un filler b) une couche de 0,5 à 3 kg/m environ d'un matériau thermofusible compatible au moins partiellement avec le matériau thermodurcissable et le liant hydrocarboné de la couche d'usure. Elle a aussi pour objet un procédé de préparation d'un revêtement d'étanchéité tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que a) on étale sur la surface de l'ouvrage d'art à protéger la couche de matériau thermodurcissable, b) avant réticulation du matériau thermodurcissable, on applique sur celui-ci une couche de granulats de la matière thermofusible , et c) on laisse réticuler le matériau thermodurcissable. Par granulats de matière thermofusible, on entend ici des particules de polymère thermoplastique. Ces particules sont obtenues soit par passage à travers une filière, à partir d'opérations d'extrusion, d'injec- tion,... soit encore à partir d'opérations de broyage, de découpage, de déchiquetage, ... Leur taille doit être inférieure à 10 mm et de préférence on choisira des particules de matière plastique passant au tamis de 5 mm d'ouverture de maille. Le revêtement d'étanchéité suivant l'invention comprend d'abord une couche de matériau thermodurcissable directement appliquée sur le support en béton propre ou le support métallique préalablement décapé à blanc, cette couche étant déposée à raison de 0,5 à 3 kg/m2 environ lorsque le matériau thermodurcissable ne contient pas de filler ou à raison de 0,7 à 6 kg/m2 environ lorsque le matériau thermodurcissable contient du filler et de préférence de 1,5 à 2,5 kg/m dans 2 le premier cas et de 2,5 à 5 kg/m dans le second cas, géné- ralement à la température ambiante ou légèrement au-dessus de celle-ci. A titre de matériaux thermodurcissables, on citera par exemple des mélanges de brai ou de bitume avec une résine époxy et un durcisseur approprié et des mélanges de brai ou de bitume avec les constituants d'une résine polyuréthanne. Par brai on entend ici aussi bien un produit grouc- nant ladistillation de la houille que des produits obtenus par un procédé de cracking, ayant des teneurs comparables en hydrocarbures condensés. On citera également comme matériaux thermodurcissablg sans que la liste soit limitative, des mélanges de résines époxy, de durcisseurs et de diluants réactifs ou non. Comme diluants réactifs on pourra retenir les éthers glycidiques aliphatiques ou aromatiques, les huiles et acides gras époxydés,... Comme diluants non réactifs, on peut utiliser : des esters tels qu'adipate d'octyle, phtalate de butyle ; des éthers ; des résines telles que coumarone-indène, terpéniques ; des huiles naturelles ou synthétiques telles que des huiles de chrysène, et des hydrocarbures paraffiniques ou aromatiques substitués ou non. Bien entendu, d'autres matériaux thermodurcissables adaptés à cette technique peuvent être utilisés. Immédiatement après épandage du matériau thermodurcissable et avant sa réticulation, on répand à raison de 0,5 à 3 kg/m2 environ, et de préférence de 0,7 à 1,5 kg/m2, des granulats d'un matériau thermofusible convenable ayant une granulométrie inférieure à 10 mm et passant de préférence au tamis de 5 mm d'ouverture de maille, et ayant un point de ramollissement inférieur à 1000C. Ce matériau est choisi pour sa comptabilité au moins partielle avec le matériau thermodurcissable assurant l'étan- chéité et le liant de la couche d'usure qui est ensuite appliquée. Pour cela, et sans que la liste ci-dessus soit limitative, on a retenu en particulier comme matériau thermofusible - une polyoléfine telle que . polyethylène polybutadiène . polyisobutylène - un copolymère d'une oléfine et d'un autre monomère tel que un copolymère d'éthylène-propylène un copolymère butadiène-styrène - un polymère ou copolymère de styrène - un terpolymère d'éthylène-acétate de vinyle et d'un autre monomère, par exemple, du type acide - un terpolymère acrylonitrile-butadiène-styrène - un caoutchouc naturel ou synthétique non réticulé ou partiellement réticulé. Ces matériaux thermofusibles présentent les caractéristiques suivantes 1. - ils sont compatibles ou partiellement compatibles à la fois avec les bitumes et les goudrons ou brais de houil le, ces deux produits hydrocarbonés étant l'un ou l'au- tre présents dans les liants utilisés pour la couche d'usure, et l'un ou l'autre présents dans les matériaux thermodurcissables couramment utilisés pour la couche d'étanchéité. 2. - Ils sont thermofusibles et ont un point de ramollisse ment inférieur à la température de mise en oeuvre de la couche d'usure, généralement comprise entre 100 et 1700. 3. - Ils ont nécessairement une densité inférieure à celle du matériau thermodurcissable contenant ou non un filler et n'entrent pas en contact avec le support à protéger entre leur épandage et la réticulation du thermodurcis sable. 4. - On choisit de préférence parmi ces granulats ceux dont la dureté ne risque pas de détruire la continuité de la pellicule d'étanchéité en cas de poinçonnement accidentel. 5. - Ils peuvent être constitués de déchets de matières ther moplastiques; Ces déchets de matières thermoplastiques sont obtenus soit au cours de la polymérisation du monomere, soit lors d'opérations de façonnage. Dans le premier cas, il s'agit de résidus de polyméri sation, dans le second cas, il s'agit de déchets de fabrication résultant par exemple d'opérations de pressage, de moulage, d'extrusion, etc... Sur le revêtement ainsi obtenu, on peut alors appliquer un revêtement d'usure classique en béton hydrocarboné posé à chaud, tel qu'un béton bitumineux ou goudronneux par exemple. Les rtles respectifs des différents constituants du revetement d'étanchéité de l'invention sont les suivants 1. - Le matériau thermodurcissable a) assure l'étanchéité du béton de ciment ou b) protège le métal contre la corrosion et assure l'étanchéité du tablier c) colle la partie inférieure des granulats thermo fusibles 2. - Les granulats de matériau thermofusible a) créent une liaison physico-chimique réelle entre la couche d'étanchéité et la couche d'usure sous forme de collage à chaud, b) empêchent par cette liaison, dont la résistance au cisaillement est notable, le glissement ultérieur de la couche d'usure. La valeur de cette liaison sera mise en évidence ultérieurement à partir des deux modes de réalisation suivants donnés à titre d'exemples non limitatifs. Exemple 1 Sur la surface soigneusement décapée à blanc par sablage (silex) d'un tablier métallique, on répand une couche de 2 kg/m2 de brai-époxy, dont la formule en poids est la suivante résine époxy ("Epikote 828" de Shell) 32 % durcisseur à base de polyamido-amines ..... 18 % brai fluxé * 50 X Aussit8t après mise en place de la couche de braiépoxy, on répand sur sa surface 0,7 kg/m2 d'un copolymère butadiène-styrène (60/40) dont le point de ramollissement est de 950C et la densité 0,943, ce copolymère étant sous la forme de granulats ayant une taille comprise entre 2 et 4 mm. Après réticulation du brai-époxy, le revêtement d'étanchéité est terminé. On peut alors répandre la couche d'usure en béton hydrocarboné qui est déposée à une température usuelle comprise entre 100 et 1700C. Exemple 2 Sur la surface décapée au jet de sable d'un tablier de pont en béton de ciment, on répand une couche de 3 kg/m2 de brai-époxy de même formule qu'à l'exemple 1, mais contenant en plus 30 % en poids, par rapport au liant, de filler siliceux. AussitEt après mise en place de la couche de brai-époxy, on répand sur sa surface 1,2 kgZm2 d'un copolymère d'éthylène comprenant 25 % d'acétate de vinyle, dont le point de ramollissement est de 830 et la densité 0,945 et ayant une granulométrie inférieure à 5 mm. Après réticulation du brai-époxy, le revêtement d'étanchéité est termine et prêt à recevoir la couche d'usure en béton hydrocarboné qui est déposée de façon classique à une température comprise entre 100 et 1500. Dans les deux exemples cités, la réalité et l'efficacité de la liaison créée entre la couche d'étanchéité et la couche d'usure, par le matériau thermofusible, est mise en évidence par les essais de laboratoire suivants Deux plaques d'acier sablées à blanc (de 36 cm x 16 cm) reçoivent respectivement les deux complexes d'étanchéité décrits dans les exemples 1 et 2. Après réticulation du brai-époxy, chacune de ces deux éprouvettes de 36 cm x 16 cm reçoit sur la couche d'étanchéité un moule métallique sans fond de 10 cm x 10 cm et 4 cm de hauteur. Dans chacun des deux moules on compacte jusqu'au bord du moule un béton bitumineux, à 1200 et sous une pression de 120 bars maintenue pendant 1 minute. L'ensemble est ensuite maintenu à l'étuve à 1200 pendant 30 minutes. Après refroidissement, le béton bitumineux contenu dans le moule adhère à la couche d'étanchéité, et on enlève alors le moule. Après démoulage, on place l'éprouvette sur chant dans une presse à vitesse constante de façon à exercer sur le bloc de béton bitumineux une force verticale parallèle au plan de collage. L'essai est réalisé à la température ambiante de 200 environ, à la vitesse constante de 10 mm/mn. La force enregistrée passe par un maximum et décroît par amorce de rupture, sans qu'il y ait rupture brutale, mais décollement progressif et arrachement. On note la force maximum enregistrée et on la rapporte à la surface de collage soit 100 cm2. Les forces enregistrées sont d'environ 240 kg dans l'exemple 1 850 kg dans l'exemple 2 (avec fissuration du béton bitu mineux et non décollement au niveau de l'interface). Exemple 3 Sur la surface décapée au jet de sable d'un tablier en béton de ciment, on répand une couche de 3 kg/m2 d'un matériau thermodurcissable ayant la composition suivante - Prépolymère polyisocyanate .............. 29,3 % - Polyol ramifié à groupes ester et éther 8,3 % - Filler calcaire ......................... 16 % - Déshydratant (plâtre) 9,4 % - Agent épaississant (huile de ricin hydrogénée) 0,9 % - Accélérateur (sel de métal lourd) 0,2 % - Brai fluxé .............................. 35,9 % Aussitt après mise en place de la couche de matériau thermodurcissable défini ci-dessus, on répand sur la surface 1,3 kg/m2 de copolymère d'éthylène analogue à celui de l'exemple 2. Après réticulation du polyuréthanne, le revêtement d' étanchéité est achevé et prêt à recevoir la couche d'usure en béton hydrocarboné déposée de façon classique à une température de 100 à 1500C. REVENDICATIONS 1 - Revêtement d'étanchéité pour ouvrages d'art en béton de ciment ou précontraint ou métalliques,destiné à recevoir un revêtement d'usure, caractérisé en ce qu'il comprend a) une couche de 0,5 à 6 kg/m2 environ dtun matériau thermodurcissable contenant éventuellement un filler b) une couche de 0,5 à 3 kg/m2 environ d'un matériau thermofusible compatible au moins partiellement avec le matériau thermodurcissable et le liant hydrocarboné de la couche d'usure. 2 - Revetement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche a) ne comporte que le matériau thermodurcissable à raison de 0,5 à 3 kg/m2. 3 - Revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche a) comporte le matériau thermodurcissable contenant un filler et est répandu à raison de 0,7 à 6 kg/m2. 4 - Revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau thermodurcissable est choisi parmi des mélanges de brai ou de bitume avec une résine époxy et un durcisseur approprié à la résine époxy et des mélanges de brai ou de bitume avec les constituants d'une résine polyuréthanne. 5 - Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau thermofusible présente un point de ramollissement inférieur à la température de mise en oeuvre du revêtement d'usure et une densité inférieure à la densité du matériau thermodurcissable. 6 - Revêtement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau thermofusible présente un point de ramollissement inférieur à 1000C. 7 - Revêtement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau thermofusible est une polyoléfine tel que le polyéthylène, le polybutadiène, où le polyisobutylène, un copolymère d'une oléfine telle que ltéthylène, le butadiène avec divers monomères tels le propylène et le styrène, un polymère ou copolymère de styrène avec d'autres monomères, un terpolymère d'éthylène, d'acétate de vinyle et d'autre monomères, un terpolymère d'acrylonitrile-butadiène styrène ou un caoutchouc naturel ou synthétioue non réticulé ou partiellement réticulé. 8 - Procédé de préparation d'un revêtement d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que a) on étale sur la surface de l'ouvrage d'art à protéger la couche de matériau thermodur cissable, b) avant réticulation du matériau thermodurcissable, on applique sur celui-ci une couche de granulats de la matière thermofusible, et c) on laisse réticuler le matériau thermodurcissable. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche de matériau thermodurcissable est étalée à une température égale ou supérieure à la température ambiante. 10 - Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le matériau thermofusible est sous forme de granulats ayant une taille inférieure à 10 mm et de préférence inférieure à 5 mm. 11 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'on applique ensuite sur le revêtement d'étanchéité, une couche de revêtement d'usure à une température comprise entre 100 et 1700C.