Imperméabiliser des fissures de béton par injection de polymères

Enjeux et défis de l’injection de polymères imperméabilisants

En tunnel, l’infiltration d’eau dans les fissures de béton cause des dommages structurels importants, dont la corrosion des barres d’armature. L’imperméabilisation consiste à injecter un polymère, dans la fissure à l’aide d’une pompe. Le choix de l’équipement utilisé pour l’injection influe sur le procédé d’injection. Il est possible d’appliquer un débit d’injection constant ou variable. On peut appliquer un produit de cachetage sur la surface de la fissure pour maintenir le polymère à l’intérieur. Pour assurer la pénétrabilité du polymère dans la fissure, la viscosité dynamique doit être généralement faible. On utilise parfois l’acide phosphorique pour nettoyer la fissure avant l’injection. À l’heure actuelle, il est très difficile de trouver de la documentation accessible au public sur l’injection dans les fissures des tunnels en béton. Il n’existe aucun procédé standardisé pour garantir le succès de cette méthode. Les conséquences de l’injection dans des fissures humides n’ont pas non plus été évaluées dans la littérature. Les principaux paramètres d’injection sont la viscosité dynamique de la résine ainsi que l’emplacement des ports d’injection, la pression, la durée et le volume d’injection. Les paramètres d’injection sont souvent arbitraires et il est difficile de trouver des spécifications qui garantissent les résultats souhaités, à savoir le scellement complet et permanent de la fissure.

Méthodologie

Nous avons construit deux modèles physiques en coulant deux dalles de béton l’une sur l’autre pour simuler une fissure. Nous avons inséré une pellicule de plastique entre les deux dalles pour pouvoir les séparer après la cure du béton. Afin d’étudier l’effet du cachetage de la surface, le premier modèle n’a pas été scellé et le second l’a été. Nous avons injecté cinq liquides de différentes viscosités dynamiques afin d’observer l’effet de ce paramètre sur la distribution de la pression dans la fissure. Les liquides étaient de l’eau et quatre mélanges d’eau-glycérol. Pour la fissure sèche, des injections à répétitions ont été effectuées successivement sans ouvrir le modèle. Le volume total d’injection est la somme des volumes injectés. Pour la fissure humide, une seule injection a été effectuée. Pour créer une certaine résistance à l’écoulement dans la fissure, du poids a été ajouté sur les modèles tel que montré à la figure 1. Nous avons également réalisé des essais sur un modèle physique sec puis humide afin d’étudier l’effet du degré de saturation initial sur les résultats des injections.

Figure 1. Second modèle physique avec poids

Augmentation de la pression pendant l’injection

Aucune pression n’a été observée lors de l’injection du premier modèle. Cette observation peut s’expliquer par l’absence de résistance à l’écoulement pendant la propagation. Le second modèle a montré des pressions plus élevées parce qu’il était scellé et que les capteurs de pression étaient plus proches du point d’injection. La figure 2 illustre les résultats des essais du second modèle. L’augmentation de la pression peut être séparée en deux parties. La première partie correspond à la saturation de la fissure. Il a fallu moins de 40 secondes pour atteindre la saturation de la fissure et pour que le liquide atteigne les limites de la fissure et le cachetage. Le volume était d’environ 77 ml. La seconde partie montre une augmentation importante de la pression à l’intérieur du modèle. Cette augmentation accélérée de la pression peut s’expliquer par l’état de saturation de la fissure et le confinement dû au produit de cachetage. Le liquide n’a nulle part où aller puisque le modèle est scellé.

Figure 2. Augmentation de la pression dans le second modèle

Nous avons observé une chute de pression importante entre la sortie de la pompe et le point d’injection. Le tableau 1 présente une comparaison entre la pression moyenne à la sortie de la pompe et la pression d’entrée la plus élevée observée dans le second modèle lors d’injections multiples. La perte de pression augmente avec la viscosité. La perte de pression élevée dans le tuyau par rapport à l’entrée peut s’expliquer par l’ouverture de la fissure des modèles physiques. L’ouverture varie entre 0,5 mm et 1,5 mm. La perte de pression dans le tuyau correspond aux valeurs que l’on peut évaluer avec l’équation Darcy-Weisbach.

Tableau 1) Comparaison entre la pression d’injection et la pression d’entrée dans le modèle

Cette étude visait à démontrer l’effet des paramètres d’injection sur la pression et la propagation de liquides injectés pour imperméabiliser les fissures du béton. Les conditions aux frontières, le degré de saturation initiale de la fissure et la viscosité du liquide sont tous des paramètres qui influent sur la pression. Des mélanges eau-glycérol ont été utilisés pour reproduire l’écoulement du polymère. Ils ont permis de saturer complètement la fissure lors d’injections dans des fissures scellées au préalable. Cette approche peut être vue comme le colmatage d’une fissure de béton par injection de polymère lorsqu’un produit de cachetage est utilisé et que la fissure a été préalablement humidifiée.

Complément d’information

Pour plus d’informations sur cette recherche, veuillez lire l’article suivant :

El Mekari, K., Duhaime, F., & Shafaei, A. (2023). Physical and numerical models of pressure during waterproofing injections with polymer into concrete fissures. Journal of Structural Integrity and Maintenance, 8(3), 188-197.