Brevet FR2485156A1 — publié le 19811224

- La présente invention est relative à un revêtement extérieur composite pour des éléments tubulaires métalli- ques ainsi qu'à son procédé d'application, et plus parti- culièrement, elle concerne un revêtement pour des éléments tubulaires métalliques ferreux. On connaft des revêtements à base de ciment desti- nés à protéger des tuyaux métalliques ferreux (en fonte ou en acier) contre l'action corrosive de fluides-ou des ter- rains environnants dans lesquels ils sont enterrés. Ces revêtements donnent toute satisfaction lors- qu'ils sont placés à l'intérieur des tuyaux, car l'effet de voQte contribue à maintenir l'adhérence sur le support tout en évitant la formation de fissures. il n'en va pas de même lorsque le revêtement est mis en place sur la surface extérieure du tuyau, o il est exposé aux chocs ou aux ovalisationas susceptibles de se produire pendant le stockage, le transport ou les manuten- tions. La suppression de l'effet de voûte rend alors pos- sible un décollement du revêtement de son support ou, dans le cas le moins défavorable, une fissuration qui laisse pénétrer jusqu'au support métallique les éléments agressifs du milieu environnant. De plus, on sait qu'un revêtement de ciment sur un tuyau métallique constitue un revêtement "actif". Ala différence d'un revêtement "passif" constitué généralement par une couche de- matériau inerte, qui forme barrière à l'égard des éléments extérieurs, mais qui, quelle qu'en soit l'épaisseur, est sujette à des blessures laissant ap- paraitre le support et au droit desquelles ne s'exerce plus aucune protection, un revêtement "actif" met en jeu des réactions chimiques entre le revêtement et son support. Il en est ainsi avec le mortier de ciment qui provoque une passivation du fer grace au milieu fortement alcalin cons- titué par ledit mortier. Pour que cette protection trouve son maximum d'efficacité, il importe qu'en plus d'une fai- ble porosité et d'une également faible perméabilité, le- mortier: 2. - soit et surtout demeure en contact intime avec la structure métallique à protéger, - soit exempt de dommages, blessures ou fissures allant jusqu'au métal. -5 Si ces conditions ne sont pas remplies, il se crée des macropiles de corrosion, souvent encore appelées "ma- croéléments", dues à la présence de dommages divers tels que blessures traversantes, fissures, décollements, qui, en permettant une dépassivation locale du fer par abaisse- ment du pH et accès de substances dépassivantes, vont localiser des sites anodilques isolés au sein des plaques cathodiques que constituent les surfaces passivées o le mortier reste encore en contact intime avec la structure métallique. Dès lors, comme le rapport de la surface ca- thodique à la surface anodique est généralement grand, le débit du courant qui s'établit dans ces macropiles peut être élevé lorsqu'une dépolarisation active de la surface cathodique est possible. Ainsi, les fissurations du revêtement de ciment augmentent ces phénomènes. La présente invention vise à fournir un revêtement extérieur contenant du ciment pour éléments tubulaires métalliques qui adhère fortement à ces éléments et assure une protection efficace de ces éléments. *.25 Elle a pour objet un revêtement extérieur compo- site pour éléments tubulaires métalliques ferreux, carac- térisé en ce qu'il comporte, au contact de l'élément métal- lique, une couche d'une composition à base de résine époxy durcie ou à base de résine polyester durcie, un erzoulement d'une nappe de fibres imprégnées d'un liant hydraulique disposé sur cette couche et une couche extérieure d'étan- chéité. En outre, la Demanderesse a découvert qu'un tel revêtement fournit une protection nettement plus efficace qu'un revêtement du mëme type mais dans lequel l'enroule- ment d'une nappe de fibres imprégnées d'un liant hydrauli- que est remplacé par une couche de liant hydraulique armé de fibres de verre mis en place par projection. 3- L'invention a également pour objet un procédé de revêtement d'éléments tubulaires métalliques ferreux, sui- vant lequel on applique sur les éléments une couche d'une composition à base de résine durcissable à température ambiante choisie parmi les résines époxy et les résines polyester, on enroule aussit8t après autour desdits élé- ments une nappe de fibres imprégnées d'un liant hydrau- lique, on enrobe l'ensemble par projection d'une couche d'étanchéité et on laisse durcir le revêtement. Le revêtement selon l'invention possède une excel- lente adhérence au support métallique et permet de réduire très fortement la formation de macroéléments; Dans le cadre de l'invention, tous les types de ciment conviennent (Portland, aluminrieux ou de laitier), le choix étant guidé par la nature du milieu agressif dans lequel la structure protégée est destinée à atre pla- cée, et à la double condition que: 1) ils permettent une mise en oeuvre aisée, et présentent donc une consistance en relation avec la' quantité d'eau à ajouter et les éventuels adjuvants; 2) le produit obtenu protège le support métallique, ce qui suppose un milieu alcalin. On ajoute au ciment une quantité d'eau comprise entre 20 et 50 % en poids par rapport au ciments la limite inférieure étant déterminée par une fluidité trop faible qui fait obstacle à une bonne imprégnation de la nappe; au- délà de 50 % le mélange devient trop fluide. Des propor- tions avantageuses se situent entre 30 et 35 % d'eau..Une addition de sable est facultative, dans la proportion en. poids par rapport au ciment de O à 100 %; lorsqu'elle est effectuée, on utilise du sable fin, de granulométrie in-. férieure à i mm compte tenu de l'épaisseur finale désirée du revêtement et, de préférence, inférieure à 0,5 mm. Dans le cadre de l'invention, par nappe de fibres, on désigne aussi bien des matériaux textiles tissés que des matériaux textiles non tissés, tels que des feutres. 4. D'une manière générale, tous les feutres servant à l'imprégnation peuvent convenir, sous réserve qu'ils ne soient pas trop denses puisque le mortier de ciment doit pouvoir pénétrer à coeur. De même, les toiles tissées qui conviennent également présenteront une maille suffisante pour que le mortier puisse imbiber le tissu mais pas trop grande de façon à retenir lemortier de ciment. Les ma- tières formant le matériau textile peuvent être choisies parmi les fibres de polypropylène, de chlorure de poly- vinyle, de polyamide ou de polyester. Le revêtement est appliqué de la manière suivante. Le support sur lequel est appliquée la couche de résine durcissable est préparé de manière à être propre, c'est-à-dire exempt de dép8ts tels que corps gras ou rouille, mais, dans le cas de tuyaux de fonte, une peau d'oxyde n'est pas gênante et le grenaillage est alors inu- tile. La couche de résine durcissable est déposée par tout moyen approprié, à la brosse ou de préférence par projec- tion, à la seule condition que sa viscosité soit convenable et adaptée au système de mise en oeuvre choisi. La quanti- té de résine à mettre en oeuvre dépend de la rugosité du support et elle est avantageusement comprise entre 50 g/m2 et 500 g/m2. Dès le recouvrement du tuyau par la résine, on procède à l'enroulement d'une ou plusieurs couches de nappe de fibres imprégnées de mortier de ciment, de manière que la réaction de durcissement ou réticulation de la ré- sine s'effectue en même temps que la prise du mortier de ciment, en vue d'obtenir une bonne adhérence des deux couches. La nappe de fibres, naturelles ou synthétiques, qui-est enroulée autour du tuyau revêtu de résine franche, est au préalable enduite de pâte de ciment ou de mortier de ciment, par passage-dans un bac contenant le mélange, ce qui provoque une absorption et un entraînement de la matière. On procède ensuite à un calibrage de la nappe imprégnée. L'épaisseur à la sortie du calibrage dépend de l'épaisseur du revêtement final. î 5. L'enroulement est effectué avantageusement de ma- nière hélicoïdale avec recouvrement éventuel des spires de O à 50 3, et de sorte qu'une certaine tension subsiste après mise en place. Un tel enroulement présente des avan- tages par rapport a la projection d'un mortier de ciment contenant des fibres car, dans ce cas, le jet de ciment est susceptible de repousser le revêtement de résine fraîche, ce qui réduit localement l'épaisseur de la résine. Une dernière couche de revêtement est appliquée par projection sur l'ensemble, de préférence encore frais, pQur former une couche d'étanchéité s'opposant à la car- bonatation du mortier et maintenant donc son pH dans le domaine alcalin. Cette couche évite également un départ prématuré de l'eau au cours du durcissement. Eventuelle- ment, ladite couche peut être appliquée après 24 ou 48 heures et elle apporte alors uniquement son effet de bar- rière favorable au maintien du pH. Elle peut Etre constituée par du bitume, du brai de houille ou une émulsion de ré- sine et son épaisseur minimale est de 1001i On laisse ensuite le revetement durcir, soit à température ambiante, soit dans une étuve pour obtenir un durcissement accéléré. L'épaisseur totale du revêtement final est de l'ordre de quelques mm, entre 3 et 8 mm par exemple suivant le nombre de couches et l'objectif visé. A titre de variante, le tuyau métallique ferreux peut 8tre zingué par pulvérisation ou galvanisation; le courant débité par le macroélément décrit précédemment voit alors son sens inversé, ce qui est sans danger à l'Té- gard de l'attaque de la canalisation, mais se traduit par une consommation du zinc. La présence de la couche de ré- sine qui conserve dans ce cas toutes ses propriétés d'a- dhérence, intervient encore par son effet barrière sur la réduction du débit du macroélément. 6. On donnera ci-après des résultats d'essai miet- tant en évidence les avantages fournis par la présente invention. i Essai de simulation d'un macroélé.ment Afin de tester un macroélément au niveau d'une discontinuité de la protection, on réalise, conformément à la figure annexée qui représente un schéma de branche- ment d'un appareil mesurant l'intensité du courant des macropiles, un macroélément artificiel de la manière sui- vante. Autour d'une portion de tube métallique ferreux 1, on procède à la mise en place d'une couche 2 de résine époxy et de mortier de ciment 3, puis on insère une élec- trode de métal 4 de nature identique à celle du tube 1, isolée de celui-ci par une couche de résine 5. A l'inté- rieur du tube 1 et de l'électrode 4, on branche deux fils électriques 6, 7, respectivement reliés à un ampèremètre 8. Les deux extrémités du tube 1 sont alors obturées cha- cune par un couvercle 9 de résine isolante, puis l'ensemble est immergé partiellement dans un bain 10 d'électrolyte conducteur contenu dans un récipient 11, ''électrolyte étant une solution de chlorure de sodium à 1, 65 g/l. Les surfaces respectives de l'électrode 4 ou anode et de l'é- lément métallique 1 revêtu (cathode) sont de 0,4 cm2 -et 600 cm2. L'immersion partielle de la portion cylindrique revêtue est destinée à simuler les conditions d'activité maximale du macroélément, en favorisant la diffusion de l'oxygène vers la surface de métal sous le mortier de ci- ment imprégné d'électrolyte par capillarité. Une immersion totale ralentirait en effet la diffusion d'ozrygne et le débit du macroélément serait plus faible. De même, l'élé- ment de tube n'a pas reçu de couche extérieure d'étanché- ité pour ne pas gêner la diffusion de l'oxygène. Différents types de revêtement ont été appliqués sur une portion de tube métallique et on a:nesuré dans chaque cas le débit du macroélément. Dans ces essais, 7. l'épaisseur du revêtement de ciment était d'environ 4 mm. Les résultats obtenus sont donnés au Tableau 1. Il apparalt que le revêtement selon l'invention apporte une amélioration très nette de la protection. 2 - Essai d'adhérence On a réalisé des mesures d'adhérence- de la manière suivante. On découpe jusqu'au support une portion circu- laire de revêtement, d'un diamètre d'environ 4 cm, sur laquelle on applique au moyen d'une colle époxy (Prochal) une pastille métallique servant à arracher le revêtement de son support. L'adhérence correspond à la force d'arra- chement. Les essais ont été effectués sur un tuyau rev9tu de diamètre extérieur 118 mm, après deux jours de durcis- sement contr8lé, puis 15 jours à l'air à température am- biante. Dans ces essais, l'épaisseur du revêtement de ciment était d'environ 4l mm. Les résultats obtenus sont donnés dans le Tableau 2, T A B L E A U 1 Résine Mortier de ciment armé Débit du macroélément composition après 50 jours Echan- Type Epaisseur Parties pondérales deoeuvre ( A) tillon Mise en oeuvre g/m2 ciment sable eau fin 1i. i 0,5 ProJection de mortier (compa - i_1 O5 0,28 armé de fibres de 280 (crati) verre 2 Enroulement feutre (compa- - - 1 0,5 0,35 polyester imprégné 300 ratif) de mortier À.. _ -,,,, , i TI , '_.. , ., _ 3 Projedtion de mortier (compa- 5 028 armé de fibres de 12 ratif) Epoxy 170 verre 14p s-ú... . Enroulement feutre (inven- polyester imprégné 3,5 tioen) Epoxy 170 1 0,5 0,35 de mortier Enroulemont feutre (inven- Eoy 2301. 035 polyester imprégné tion) EPOXy 230 1 OJ5 9135 de mortier X *i XXX3 résine résine résine. co BS 465- 20 de la Société des Bitumes Spéciaux Icosit 255 de Leehler: Eskcadur S.10..DTD: Co - U1 L J T A B L E AU 2 Résine Mortier de ciment armé Echan- C omposition Adhé- Remarques tEpaisseur rencee tillon T paisseu.Parties pondérales de Mise en oeuvre Type g/n2 iment sable eau N/mm2 fin 6 Enroulement feutre rupture dans l'épais- (inven- polyester imprégné seur du revêtemernt tion)' Epoxy 170 1 0.5 0, 35 de mortier 0,75 et non à l'interface méta l-revêtement ( inven- ' (tinven)- Epoxy230 1 0,5 0,35 idem 0,96 idem tion) 8 Projection de (compamortier + fibres ratif) Epoxy 170 1 0,5 0,28 de verre 0,53 idem ( compa - (compa- Epoxy 230 1 0,5 0,28 idem 0,51 idem ratif)Ep 20 (0ompa-.Rupture à l'interface (compa- ratif) Néant. 1 0,5 0,28 idem 0,37 métal-revgtement .-...._.. Zt- Icosit 285 vendu par Lechler -e Eskadur S 10 Co Vl Ln 10. On constate à la lecture du Tableau 2 que la couche d'époxy augmente l'adhérence du revêtement sur le métal: elle devient supérieure à la résistance à la trac- tion du revêtement lui-même. En outre, l'adhérence est meilleure lorsque le reveêtement contient un enroulement de feutre que dans le cas de fibres projetées avec le mortier. 3 - Essai de fissuration Un essai de fissuration sous ovalisation est réa- lisé, qui consiste à écraser sous presse un anneau métal- lique muni de son revêtement extérieur de mortier de ci- ment ayant une épaisseur d'environ 4 mm et à observer la fissuration du revêtement en fonction de l'ovalisation, définie comme la variation relative du diamétre vertical sous charge.z d/d en Y. Les essais sont effectués sur les memes tubes que dans l'essai précédent. T A B L E A U 3 On constate que le revtement selon 'inven- tion se fissure plus difficilement sous charge verticale que les revêtements ne contenant pas d'enroulement de nappes de fibres. Echan- Présence de fis- Ovalisation à laquelle apparaissent tillon sures superfi- les premières fis les premières cielles de re- sures superficiel fissures attei- trait avant mise les sous charge gnant le métal en charge (%) (%) (invennon 1,4 env. 7 tion) (inven- non 2,5 env. 7 tion) (compa- non 1,4 env. 3, 5 ratif) o10 (compa- oui i env. 3 ratif) - 11. 4 - Essai d'adhérence sous cisaillement On a réalisé un essai d'adhérence sous l'action d'un cisaillement exercé parallèlement à l'interface métal- revêtement. Dans cet exemple, une section de tube métal-- lique cylindrique revêtu est placée sous une presse compor- tant un anneau métallique fendu, de manière. pouvoir en régler le diamètre. L'anneau, dont le diamètre intérieur est légèrement supérieur à celui du tube métallique, de sorte qu'il correspond sensiblement au niveau de l'inter- face résine-ciment, est enfoncé sur la section cylindrique et on relève les efforts exercés. Le revêtement des échantillons est constitué d'une couche de résine dont l'épaisseur varie et d'un feutre polyester ayant un poids de 159 g/m2 imprégné de mortier de ciment contenant pour une partie en poids de ciment 0,5 partie de sable fin et 0,35 partie en poids d'eau. L'épaisseur du feutre imprégné est d'environ 4 mmo L'ensemble des résultats est donné au tableau 4. T A B L E A U 4 Echan- Résine Echan- Résine Effort Contrainte tillon. Type Epaisseur (N) (N/mm2) (g/m2) il - 9.000 o,48 12 époxy 170 36.000 1,9 13 époxy X 380 36. 000 1,9 14 époxy 230 56.000 3 époxy 350 38.000 2 X Résine Icosit 285 (Lechler) *x Résine Eskadur Il apparatt que la couche de résine améliore très nettement l'adhérence du revêtement. 12. REVENDICATIONS 1. Revêtement extérieur composite pour éléments tubulaires métalliques ferreux, caractérisé en ce qu'il comporte, au contact de l'élément métallique, une couche d'une composition à base de résine époxy durcie ou à base de résine polyester durcie, un enroulement d'une nappe de fibres imprégnée d'un liant hydraulique disposé sur cette couche et une couche extérieure d'étanchéité. 2. Procédé pour appliquer un revêtement suivant la revendication 1 sur un élément tubulaire métallique ferreux, caractérisé en ce que l'on applique sur l'élé- ment une couche d'une composition à base de résine dur- cissable à température ambiante choisie parmi les résines époxy et les résines polyester, on enroule aussitôt après autour dudit élément une nappe de fibres imprégnée d'un liant hydraulique, on enrobe l'ensemble par projection d'une couche d'étanchéité et on laisse durcir le revêtement. 3. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la nappe de fibres est imprégnée de liant hydraulique par trempage, puis calibrée et enroulée héli- coldalement autour des éléments revêtus de résine. 4. Procédé selon la revendication 3, caractéri- sé en ce que le liant hydraulique utilisé pour l'imprégna- tion contient de 20 à 50 % en poids d'eau.