Les matériaux à base de ciment sont les matériaux d'ingénierie les plus utilisés pour les applications *, et leurs environnements d'utilisation sont complexes et variés. Au cours du service réel, les matériaux à base de ciment produisent une détérioration sous l'effet de facteurs tels que le cycle humide et sec, les variations de température, les charges mécaniques, etc., qui affectent la sécurité structurelle. Le mortier est un matériau de réparation couramment utilisé, la qualité de la liaison entre le mortier de réparation et la matrice d'origine est essentielle à la stabilité et à la durabilité du système de réparation, dont les facteurs d'influence comprennent la composition du mortier, le prétraitement de la matrice, etc.

L'équipe du professeur Peng Zhang, de l'École de génie civil de l'Université de technologie de Qingdao, a étudié l'effet de l'état aqueux initial d'un vieux mortier sur la microstructure d'un complexe de composition de liaison d'un vieux et d'un nouveau mortier en combinant la tomodensitométrie par rayons X et la méthode de compression du mercure (PIM). Sur la base d'images reconstituées en trois dimensions d'un appareil de CT à rayons X de précision à trois pouces (série nanovoxel - 3000), la microstructure de l'interface entre l'ancien et le nouveau mortier a été analysée, ainsi que les caractéristiques de distribution spatiale des pores internes et des microfissures après durcissement du mortier de réparation. Les types de pores et leurs mécanismes de formation dans le mortier de réparation ont été analysés à l'aide des résultats MIP. Sur la base de l'imagerie par transmission neutronique, le complexe a été soumis à des tests d'absorption d'eau visuels, qui ont donné des courbes de distribution de la teneur en eau au fil du temps, analysant les caractéristiques d'absorption d'eau du complexe et sa relation avec la microstructure.

Nanovoxel - 3000 microct de précision

En modifiant la teneur initiale en eau de l'ancien mortier, deux complexes ont été conçus. Les conditions initiales de teneur en eau avant la mise en contact des éprouvettes de mortier usagées avec le mortier de réparation fraîchement agité sont fixées comme suit:

A) Matrice sèche - les échantillons de mortier anciens sont séchés à 105 ° C pendant 24 heures et refroidis à température ambiante.

B) SUBSTRAT rempli d'eau - le vieux mortier est immergé dans l'eau pendant 5 heures et la teneur en eau déterminée est de 20,4%.

Figure 1 schéma d'une éprouvette de complexe mortier ancien et nouveau

Les tests CT et MIP aux rayons X ont été combinés pour caractériser la microstructure du complexe étudié. Tout d'abord, les échantillons ont été scannés par tomodensitométrie aux rayons X à l'aide du nanovoxel - 3502e produit par sanying Precision Instruments Co., Ltd., Tianjin, Chine. Les données brutes ont été fractionnées par binarisation d'image, comme illustré à la figure 3, et la taille des vides (hauteur ± 2,2 mm) après segmentation autour de l'interface a été analysée.

Comme le test CT aux rayons X n'a pas permis de détecter des pores inférieurs à la taille des voxels de l'image, la microstructure du mortier de réparation a été analysée conjointement par le test MIP, dans lequel les échantillons D06 - R et s06 - R utilisés ont été coupés respectivement de D06 et s06, l'humidité ayant été éliminée par séchage avant le test MIP. Enfin, à l'aide d'une plate - forme d'essai d'imagerie neutronique, une étude d'imagerie des processus d'absorption d'eau des complexes de mortier anciens et nouveaux a été réalisée.

Figure 2 reconstruction d'une image tridimensionnelle de l'éprouvette à partir de données CT à rayons X et capture de la zone d'intérêt pour analyse

Figure 3 extraction par segmentation poreuse et fissurée de la zone d'intérêt

La Microstructure interne des deux éprouvettes est illustrée à la figure 4, avec une fissure rétractable marquée pour D06 et une Microstructure plus dense pour s06, la fraction surfacique des vides (stomates et microfissures) de dimensions supérieures à 44,2 µm pour différents plans tangents (longueur × largeur) dans la zone d'intérêt (roi) étant calculée. Sur la figure 5, la fraction de surface de chaque tranche est tracée en hauteur. Les résultats ont montré que la fraction de la zone de grands vides du vieux mortier était d'environ 0,03 pour les deux éprouvettes. La fraction surfacique des grands vides dans le nouveau mortier s06 est concentrée autour de 0,03, tandis que la fraction surfacique des grands vides dans le nouveau mortier D06 est de 0,06, soit environ le double de celle du nouveau mortier s06 de l'éprouvette.

Figure 4 Microstructure interne d'une éprouvette de complexe de mortier ancien et nouveau

Figure 5 variation de la fraction de grande surface interstitielle en fonction de la hauteur

Figure 6 marquage coloré des vides par diamètre équivalent

Par analyse microtopographique, on en déduit que les mécanismes de formation des vides de grande taille dans les zones d'interface D06 et s06 sont différents. Pour l'échantillon D06, en raison de la présence d'un gradient de teneur en eau, le mortier de réparation fraîchement agité est placé sur le vieux mortier pré - séché, l'humidité dans le mortier de réparation est extraite en grande quantité, la fissuration par contraction est sévère, créant de grands vides; S06 lors de la préparation de l'éprouvette, le vieux mortier est pré - saturé en eau et la perte d'humidité du mortier de réparation et le reflux éventuel de l'eau dans le vieux mortier saturé peuvent entraîner une accumulation d'humidité à l'interface, créant ainsi une zone de discontinuité de grande surface autour de l'interface, créant de grands vides.

La méthode de circulation du mercure a été utilisée pour caractériser la microstructure du mortier de réparation avec des pores « en forme de bouteille d'encre». La porosité de communication effective et la porosité "en forme de bouteille d'encre" du mortier de réparation ont été calculées à partir des données cumulées sur la pression de mercure, la porosité de communication effective de D06 - R (0074) étant très proche de la Fraction volumique de petits pores (0076). On en déduit que les fissures contractiles ne communiquent pas directement entre elles, mais par les pores capillaires. La porosité de communication effective de s06 - R (0095) est inférieure à la Fraction volumique de petits pores (0129). On suppose que dans s06 - R, seule une partie des petits pores peut bien communiquer.

Figure 7 courbes de distribution des tailles de pores obtenues après la première et la deuxième piézopression au mercure d'un mortier neuf

Le suivi en temps réel des phénomènes d'absorption d'eau des vieux et nouveaux complexes de mortier par la technique d'imagerie neutronique conduit à une distribution dynamique de la teneur en eau, illustrée sur la figure 9. Où la teneur en eau est calculée par le rapport de l'épaisseur de perméation neutronique à l'épaisseur de l'éprouvette, la position de l'interface étant représentée en pointillés et le fond étant du mortier neuf. Un roi (rectangle jaune) de 5 mm de largeur est fixé sur l'image, la variation du profil d'humidité dans le sens du débit d'eau est surveillée, la position du Front de mouillage est déterminée à partir du profil dynamique d'humidité de la figure 10, l'ajustement des données d'essai à l'aide d'une fonction de régression linéaire conduit au coefficient d'absorption d'eau.

Le coefficient d'absorption d'eau du mortier neuf en D06 est 1,5 fois supérieur à celui du mortier neuf en s06. La présence de plus de fissures dans le nouveau mortier de D06 rend son coefficient d'absorption d'eau plus élevé. Moins de perte d'eau dans le mortier de réparation fraîchement mélangé s06 peut garantir le bon déroulement de l'hydratation du ciment, formant une structure poreuse plus dense. Le nouveau mortier dans s06 est donc moins absorbant.

Figure 9 Loi de variation dynamique de la teneur en eau d'un complexe de mortier ancien et nouveau lors de l'absorption d'eau

Figure 10 détermination (A) D06 de la courbe dynamique de teneur en eau lors de l'absorption d'eau d'un complexe mortier ancien et nouveau; (b) S06

Figure 11 variation (A) D06 de la position du Front de mouillage lors de l'absorption d'eau d'un complexe mortier ancien et nouveau; (b) S06

Observé par imagerie CT aux rayons X, le mortier fraîchement mélangé est extrait en grande quantité d'humidité lorsqu'il entre en contact avec le vieux mortier pré - séché, ce qui entraîne une fissuration rétractable prononcée. Lorsque le nouveau mortier est collé avec l'ancien mortier saturé, la sécrétion du nouveau mortier et le reflux potentiel de l'humidité dans l'ancien mortier saturé peuvent entraîner une accumulation d'humidité à l'interface, créant ainsi une grande zone de discontinuité autour de l'interface.

La porosité invasive dans les nouveaux mortiers liés aux vieux mortiers pré - séchés et aux vieux mortiers saturés, bien que similaire, présente des différences significatives dans les caractéristiques de distribution des pores. La taille des pores capillaires est similaire pour les deux nouveaux mortiers, tandis qu'il y a plus de pores capillaires dans les nouveaux mortiers liés aux vieux mortiers remplis d'eau. Ainsi, le pré - humidification de l'ancien mortier ralentit la perte d'eau du mortier de réparation fraîchement brassé auquel il est lié, favorisant le bon déroulement de l'hydratation du ciment.

L'absorption d'eau de l'ancienne matrice de mortier a un impact significatif sur la microstructure et les caractéristiques d'absorption d'eau de l'ancien et du nouveau complexe de mortier. Lors de la conception de solutions de réparation de structures en béton, en plus de prendre en compte la force de liaison interfaciale, les propriétés de transmission après durcissement du mortier de réparation doivent également être prises en compte du point de vue de la durabilité.

Le balayage microscopique par tomodensitométrie à rayons X permet une visualisation tridimensionnelle de la structure des pores et des fissures à l'intérieur de l'éprouvette, caractérise mieux la microstructure du matériau à base de ciment et montre la situation réelle à l'intérieur du matériau.