Compréhension des mécanismes de renfort des polymères dans les matrices cimentaires : application aux latex

Abstract

L’ajout de latex dans les matériaux cimentaires confère à ce composé minéral des avantages considérables en terme de propriétés adhésives et mécaniques. Néanmoins, le lien entre la structure chimique des latex, leur formulation, l’adsorption des particules sur le ciment et les propriétés mécaniques des composites néoformés n’était pas établi. L’objectif de la thèse a donc été d’identifier et caractériser, à l’échelle microscopique, les mécanismes et les paramètres contrôlant les interactions entre latex et ciment et d’en déterminer les effets sur les propriétés mécaniques.Nous présentons dans ce travail de thèse une approche physico-chimique « pas à pas » afin d’acquérir une meilleure compréhension des systèmes complexes ciment-latex. Deux types de latex ont été étudiés, des latex commerciaux largement employés dans l’industrie du ciment et des latex modèles synthétisés par copolymérisation radicalaire en émulsion. Ces derniers permettent d’obtenir un réel contrôle sur les paramètres physico-chimiques des polymères étudiés et plus particulièrement sur leurs propriétés de surface. Le ciment étant un matériau complexe et réactif, une étude préliminaire a porté sur l’adsorption des particules polymères sur un matériau modèle non réactif ; le gypse. Pour aller au-delà de ce matériau modèle, une étude des interactions ciment-latex à l’état frais a été menée. Il s’agissait de déterminer : la stabilité colloïdale des latex dans une solution riche en ions comme les solutions interstitielles de ciment, la quantité de polymère adsorbée sur les hydrates et sur les grains de ciment, la distribution des particules dans la matrice cimentaire et le possible retard de l’hydratation du ciment. L’effet de la présence de charges minérales dans les latex commerciaux, en raison du procédé de séchage utilisé, a également été examiné. Après la prise, à l’état durci, les propriétés mécaniques des composites ont été cartographiées à l’échelle microscopique par micro-indentation. Ces propriétés mécaniques varient selon la nature des groupements chimiques présents à la surface des latex modèles et selon la présence de charges minérales dans les latex commerciaux. Enfin, pour se rapprocher de l’application de colle à carrelage, des premières expériences de mesures macroscopiques de l’adhésion ont été effectuées sur des carreaux.