Water repellent cement based materials by incorporation Si-based additives

Les façades des nouveaux bâtiments et des bâtiments existants sont altérées par la pénétration de l'eau. Afin de protéger les bâtiments et surfaces exposées aux intempéries, des traitements contenant des agents hydrophobes doivent être appliqués.Les traitements utilisés à l’heure actuelle sont des traitements de surface qui se dégradent au cours du temps. L'agent hydrophobe, présent en surface, est soumis à des conditions très rudes telles que des rayonnements ultraviolets, de grandes variations de température, de l'abrasion .qui réduisent l’efficacité et la durabilité des traitements. La plupart des traitements aujourd'hui disponibles, fournisse une barrière efficace au passage de l’eau à court terme, mais doivent donc être réappliqués régulièrement. Le projet de recherche, présenté ici, traite de la mise en place d'un traitement de masse de matériaux cimentaires utilisés dans la protection de structures (joints, crépi .). Ce traitement devrait offrir une protection à long terme, mais ne devrait pas modifier de manière significative les propriétés mécaniques des matériaux. Les avantages d'un traitement de masse sont évidents. Seule une petite partie de l'agent hydrophobe est exposée et dégradée par les conditions climatiques et l'abrasion de surface ne porte pas atteinte à l'intégrité du traitement.Une étude fondamentale a été menée afin d'étudier l'influence de l'incorporation d´agents à base de silicium sur les processus d'hydratation des ciments Portland et de comprendre leur mode d'action. Deux agents (alpha,omega dihydroxypolydimethylsiloxane et n-octyltriethoxysilane) et deux ciments Portland (ordinaire et blanc CEM I 42,5N) ont été choisis et étudiés. Trois modes d´introduction (liquides purs, émulsions et granules) ont été mis en œuvre et comparés. Le but est de déterminer les meilleures conditions pour obtenir un traitement efficace et durable tout en préservant les propriétés mécaniques. Les résultats d'absorption d'eau par capillarité et de perméabilité à la vapeur d’eau sont prometteurs et les essais mécaniques sur mortiers n’ont pas montré de diminutions significatives des résistances mécaniques. La microstructure et la progression de l'hydratation des matrices cimentaires adjuvantées et de référence, ont été caractérisées par calorimétrie à conduction, par calorimétrie différentielle à balayage couplée à la thermogravimétrie, par spectroscopie infra-rouge, par diffraction des rayons X, par porosimétrie au mercure, et par microscopie électronique à balayage.La durabilité des matériaux adjuvantés a été étudiée afin de montrer la pertinence des traitements ainsi que l'évaluation de la progression de l'hydratation. Les performances hydrofuges ainsi que l’évolution de la microstructure, à l’issue des différents vieillissements artificiels et naturels, ont été déterminées.Les mortiers mis en œuvre ont été soumis à des vieillissements artificiels simulant des conditions proches de celles rencontrées en pratique (tels que des cycles rayonnements UV, pluie, sel, gel/dégel…). Une amélioration de la durabilité des mortiers adjuvantés a été observée. Les résultats sont très encourageants et confirment l'intérêt d’un tel traitement dans la masse./Protection of cement-based materials means above all, moisture protection because water is primarily responsible for inducing damaging physical and chemical processes in building materials. In most cases, water repellents are applied either directly during the construction or insulation process; or as a post-treatment of the exposed surfaces in order to protect the buildings from further decay. A new way is to develop a bulk treatment for cement-based materials which should provide a long term protection without modifying the mechanical properties of the cementitious materials. The advantages of a bulk treatment are obvious i.e. only a small part of the hydrophobic agent is exposed and degraded by the UV. In addition, surface abrasion does not affect the integrity of the treatment. A fundamental study was initiated to investigate the influence of the incorporation of two active silicon-based agents (already used as post-building treatments) on the hydration processes of Portland cements and to understand the involved mechanisms of interaction. Two agents (alpha,omega dihydroxypolydimethylsiloxane and n-octyltriethoxysilane) and two Portland cements (Ordinary and White Portland Cement CEM I 42,5N) were chosen and studied. Three incorporation modes (pure liquids, water emulsions and granules) were investigated. The effects of the three modes were compared.The aim was to determine the best conditions for an efficient and sustainable treatment preserving the mechanical properties of the materials. The results of capillary water penetration and water vapor permeability are promising and are not accompanied by a significant decrease of the mechanical performancesThe microstructure and progression of hydration of admixtured cement pastes were characterized by conduction calorimetry, differential scanning calorimetry, thermo-gravimetry, infra-red spectroscopy, X-ray diffraction, mercury intrusion porosimetry, and scanning electron microscopy. In addition, the durability of water-repellent additives and of the admixtured cement was studied in order to show the relevance of the treatments as well as the assessment of the progression of hydration and the type of products that were developed. Mortar specimens were submitted to artificial ageing cycles such as freeze-thaw cycles, ultraviolet cycles and rain-sun cycles. The general trend is an improvement of the durability of admixtured mortars. The results are very encouraging and confirm the interest of the bulk mortar treatment. Doctorat en Sciences de l'ingénieur