Le mortier de bourrage à sec est un mortier de ciment très rigide, à faible teneur en eau, enfoncé dans des zones de réparation confinées (poches d’éclats, trous de cône de serrage, fentes étroites), atteignant une densité et une résistance élevées sans coffrage. Utilisé pour les réparations de béton de petit volume et confinées dans les chaussées aéroportuaires et les infrastructures. Couvre les proportions de mélange, la technique de mise en place et l’inspection pour l’adhérence et la fissuration de retrait.
Le mortier de bourrage à sec est un mortier de ciment Portland très rigide, à affaissement nul, composé de ciment, de granulat fin et de la quantité minimale d’eau nécessaire à l’hydratation du ciment. Il est mélangé à une consistance rappelant le sable de plage humide — le mélange conserve sa forme lorsqu’il est moulé en boule à la main mais ne laisse aucun film d’humidité visible sur la paume. Cette teneur en eau extrêmement basse, correspondant typiquement à un rapport eau-ciment (E/C) de 0,25 à 0,35, distingue le bourrage à sec du mortier de ciment conventionnel (E/C 0,40 à 0,55) et du coulis coulable (E/C 0,35 à 0,50).
La propriété physique déterminante du mortier de bourrage à sec est son affaissement nul — il ne s’écoule pas et ne se déforme pas sous son propre poids. Cette caractéristique permet de mettre le matériau en place dans des cavités confinées, des fentes étroites et des poches verticales ou en plafond sans coffrage. Le mortier est compacté par damage manuel ou enfoncement à l’aide d’un outil en bois ou en métal, ce qui densifie le matériau et le force en contact intime avec le substrat en béton préparé. L’énergie de compactage appliquée pendant la mise en place — typiquement 25 à 30 coups par pouce carré avec un outil de damage de 1 à 2 livres — produit une microstructure dense et à faible porosité qui minimise le retrait de séchage et maximise la résistance d’adhérence.
La résistance à la compression d’un mortier de bourrage à sec correctement proportionné et compacté varie de 21 à 45 MPa (3 000 à 6 500 psi) à 28 jours pour les formulations standard préparées sur le terrain, les mélanges de laboratoire contrôlés utilisant une granulométrie optimisée et une teneur en liant atteignant jusqu’à 65 MPa (9 400 psi) selon des recherches publiées dans le milieu universitaire. Le Guide de réparation du béton ACI 546R-96 note qu’un rapport ciment-sable de 1:3 en volume (ciment Portland Type I/II sur sable propre et anguleux) est la proportion la plus couramment spécifiée. Un rapport 1:2,5 produit une résistance plus élevée pour les réparations structurelles, tandis que le 1:4 est utilisé pour les applications de remblai non structural où les exigences de résistance sont moindres.
La densité du mortier de bourrage à sec compacté est d’environ 2 100 à 2 240 kg/m³ (130 à 140 lb/ft³), ce qui est comparable au béton conventionnel. La porosité est significativement plus faible que celle des mortiers mélangés humides en raison de la faible teneur en eau et du compactage mécanique qui force l’air emprisonné hors du mélange. Cette microstructure dense produit une faible perméabilité — le coefficient d’absorption d’eau est typiquement inférieur à 0,1 kg/m²·h⁰·⁵ lorsqu’il est testé selon l’ASTM C1585 — rendant le matériau résistant à l’infiltration d’humidité et aux dommages de gel-dégel lorsqu’il est correctement curé.
Le retrait de séchage du mortier de bourrage à sec est nettement inférieur à celui du mortier de ciment conventionnel car le volume d’eau libre disponible pour l’évaporation après hydratation est minimal. Pour un mélange 1:3 correctement proportionné, le retrait linéaire de séchage mesuré selon l’ASTM C596 est typiquement de 0,03 à 0,06 pour cent à 28 jours, contre 0,06 à 0,12 pour cent pour le mortier conventionnel. Ce faible retrait est critique dans les applications de réparation confinées car le matériau de réparation est retenu par le béton environnant. Si les contraintes de retrait dépassent la résistance d’adhérence ou la capacité en traction du mortier, la réparation se décolle ou se fissure à l’interface — la cause la plus fréquente de défaillance des réparations par bourrage à sec.
| Propriété | Mortier de Bourrage à Sec (Typique) | Mortier de Ciment Conventionnel | Coulis Cimentaire Coulable |
|---|---|---|---|
| Rapport eau-ciment | 0,25 — 0,35 | 0,40 — 0,55 | 0,35 — 0,50 |
| Affaissement | Nul (façonné à la main) | 2-5 pouces | 8-12 pouces (fluide) |
| Résistance à la compression (28j) | 21 — 45 MPa (3 000-6 500 psi) | 17 — 35 MPa (2 500-5 000 psi) | 35 — 70 MPa (5 000-10 000 psi) |
| Retrait de séchage (28j) | 0,03 — 0,06 % | 0,06 — 0,12 % | 0,05 — 0,10 % |
| Densité (compacté) | 2 100 — 2 240 kg/m³ | 1 900 — 2 100 kg/m³ | 2 000 — 2 200 kg/m³ |
| Méthode de mise en place | Damage manuel | Truelle ou coffrage | Écoulement par gravité ou pompage |
| Coffrage requis | Non | Parfois | Oui (pour non vertical) |
| Profondeur maximale monocouche | 50 mm (2 pouces) | 25 mm (1 pouce) | Non limité par la méthode |
Le temps de prise du mortier de bourrage à sec dépend de la température ambiante, du type de ciment et de l’utilisation d’adjuvants chimiques. Pour le ciment Portland Type I/II à 70 °F (21 °C), la prise initiale se produit environ 2 à 4 heures et la prise finale 4 à 8 heures après le mélange. Les adjuvants accélérateurs (chlorure de calcium à 1-2 % du poids du ciment, là où c’est permis) peuvent réduire le temps de prise d’environ 50 % pour les réparations d’urgence. Des adjuvants retardateurs peuvent être spécifiés pour la mise en place par temps chaud dépassant 90 °F (32 °C) afin d’éviter une prise éclair avant la fin du compactage.
Le Guide de réparation du béton du Bureau of Reclamation (Deuxième édition, 2015) consacre une section entière (I-D-2-c) au bourrage à sec et au bourrage à sec lié, le classant comme une méthode de réparation mince adaptée aux profondeurs de 1/2 pouce à 2 pouces. Le guide spécifie que le mortier de bourrage à sec doit être proportionné selon les exigences de la réparation avec la teneur en ciment, la teneur en eau et les caractéristiques des granulats optimisées pour l’application spécifique. Le Guide de réparation du béton de l’American Concrete Institute ACI 546R-96 (Réapprouvé en 2001) traite également du bourrage à sec comme une technique de mise en place spécialisée pour les réparations de petit volume où le coffrage est peu pratique.
Le proportionnement du mélange du mortier de bourrage à sec nécessite un contrôle précis de trois variables : le rapport ciment-sable, la teneur en eau et la granulométrie des granulats. Contrairement au béton conventionnel dont la formulation du mélange suit des procédures normalisées (ACI 211), le proportionnement du bourrage à sec repose fortement sur le jugement sur le terrain et les tests de sensation manuelle car la teneur en eau est trop faible pour que les tests conventionnels d’affaissement ou d’écoulement soient significatifs.
Le ratio standard du mortier de bourrage à sec est de 1 partie de ciment Portland pour 3 parties de sable propre et anguleux en volume. Cette proportion est spécifiée par l’ACI 546R-96, le Guide de réparation du béton du Bureau of Reclamation et la FAA AC 150/5380-6C pour les réparations d’éclats de joints de chaussées aéroportuaires. Le rapport 1:3 produit une combinaison équilibrée de résistance à la compression, d’ouvrabilité pendant le damage et de stabilité dimensionnelle.
Pour les réparations structurelles nécessitant une résistance plus élevée — comme les éléments en béton porteurs, les réparations de culées de ponts et les réparations de chaussées soumises au trafic aérien ou de véhicules lourds — un rapport 1:2,5 (ciment-sable en volume) est recommandé. Ce mélange plus riche augmente la résistance à la compression à 28 jours d’environ 3 000-4 500 psi (rapport 1:3) à 5 000-6 500 psi (rapport 1:2,5), selon le type de ciment et les caractéristiques du sable.
Pour les applications de remblai non structural — comme le remplissage de vides derrière des éléments préfabriqués, le rafistolage de petits nids d’abeille ou le remplissage de trous de forage — un rapport 1:4 à 1:6 peut être utilisé. Ces mélanges plus maigres ont une résistance plus faible (1 500-3 000 psi) et une porosité plus élevée mais réduisent le coût des matériaux et la chaleur d’hydratation dans les situations de remplissage en masse. Le Bureau of Reclamation note que des rapports allant jusqu’à 1:6 peuvent être utilisés pour certaines applications, mais avertit que les mélanges plus maigres sont plus difficiles à compacter et plus sujets à la fissuration de retrait.
La teneur en eau est la variable unique la plus critique dans le proportionnement du mélange de bourrage à sec. Trop peu d’eau empêche l’hydratation complète du ciment, laissant des particules de ciment non hydratées qui ne contribuent en rien à la résistance et augmentent la porosité. Trop d’eau produit un mélange humide qui s’affaisse sous son propre poids, ne peut pas être correctement compacté par damage et rétrécit excessivement lors du séchage — entraînant un décollement et une fissuration au périmètre de la réparation.
La consistance cible est décrite dans la terminologie ACI comme humide, pas mouillée. Quatre tests sur le terrain sont utilisés pour vérifier la bonne teneur en eau :
Le test de la boule — Une poignée de mortier mélangé est fermement serrée dans la paume. Un mélange correctement proportionné forme une boule cohésive qui conserve sa forme lorsque la main s’ouvre. Si la boule s’effrite à l’ouverture, le mélange est trop sec. Si l’eau suinte entre les doigts ou laisse un film humide sur la paume, le mélange est trop humide.
Le test de chute — Une boule de mortier est lâchée de la hauteur de la taille (environ 36 pouces) sur une surface dure et propre. Un mélange correctement proportionné se brise en plusieurs gros fragments. Un mélange trop humide s’aplatit en une galette. Un mélange trop sec se brise en particules de sable individuelles.
Le test d’empreinte manuelle — Une poignée de mortier est compressée dans la paume, puis la main s’ouvre. Si le mortier conserve une empreinte claire des lignes de la peau sans montrer d’eau libre, la teneur en eau est correcte. Un film d’eau sur la main indique un excès d’eau.
Le test de compression-relâchement — Le mortier compressé en une boule de 1 pouce de diamètre et placé sur une surface plane doit supporter son propre poids sans s’affaisser ni s’étaler. Le diamètre de la boule après 60 secondes ne doit pas augmenter de plus de 10 % du diamètre d’origine.
La teneur en eau cible en poids est typiquement de 6 à 9 pour cent du poids total des matériaux secs (ciment plus sable). Pour un mélange 1:3 utilisant 42,5 kg (94 lb) de ciment Portland et 127 kg (280 lb) de sable sec, l’ajout d’eau est d’environ 3,0 à 4,5 litres (6,5 à 10 pintes) . L’eau doit être ajoutée progressivement — commencer avec 80 % de la quantité estimée, mélanger soigneusement, évaluer la consistance et ajouter progressivement l’eau restante jusqu’à ce que la condition cible de sable humide soit atteinte.
Le sable utilisé dans le mortier de bourrage à sec doit être propre, anguleux, bien gradué et dur. La spécification ASTM C33 pour les granulats fins du béton fournit les exigences de granulométrie applicables. Le sable doit passer un tamis No 4 (4,75 mm) , avec pas plus de 5 % retenu sur le tamis No 4. Le module de finesse doit être dans la plage de 2,5 à 3,1 pour une ouvrabilité et une densité de compactage optimales. Les sables plus fins que 2,5 augmentent la demande en eau. Les sables plus grossiers que 3,1 produisent un mélange rude et difficile à compacter.
La taille maximale des particules ne doit pas dépasser un tiers de la profondeur minimale de réparation. Pour une profondeur de réparation de 0,5 pouce (12,5 mm), la taille maximale des granulats doit être limitée à 1/6 de pouce (4 mm) — équivalent à un tamis No 4. Pour les réparations plus profondes dépassant 1 pouce, des granulats jusqu’à 3/8 de pouce (9,5 mm) peuvent être utilisés à condition que la géométrie de la cavité permette un compactage complet.
Le sable doit être testé pour les impuretés organiques selon l’ASTM C40 (test colorimétrique). La contamination organique par le limon, l’argile ou les matières végétales retarde l’hydratation du ciment et réduit la résistance d’adhérence. La teneur en humidité du sable doit être prise en compte dans le calcul de l’eau de gâchage. L’utilisation de sable saturé-surface-sèche (SSD) élimine la variabilité de l’humidité dans le dosage sur le terrain.
Le ciment Portland Type I selon l’ASTM C150 est le ciment standard pour le mortier de bourrage à sec. Le Type II (résistance modérée aux sulfates) est spécifié pour les réparations dans les sols ou eaux contenant des sulfates. Le Type III (haute résistance initiale) peut être utilisé lorsqu’une remise en service rapide est requise, atteignant environ 70 % de la résistance à 28 jours à 7 jours. Le Type I/II (un ciment polyvalent répondant à la fois aux exigences des Types I et II) est couramment spécifié pour les réparations de chaussées aéroportuaires car il offre de bonnes performances polyvalentes avec une résistance modérée aux sulfates adaptée aux environnements aéroportuaires.
Le ciment Portland blanc est spécifié pour les réparations architecturales ou à couleur assortie où l’apparence visuelle est importante. Il utilise des matières premières pauvres en fer et en manganèse, produisant les mêmes caractéristiques de résistance que le ciment gris.
Les ciments mélangés — Type IS (ciment Portland au laitier de haut-fourneau) et Type IP (ciment Portland pouzzolanique) selon l’ASTM C595 — peuvent être utilisés pour le bourrage à sec mais nécessitent des périodes de cure plus longues et peuvent produire un développement de résistance plus lent à basse température. Les cendres volantes (Classe C ou F selon l’ASTM C618) peuvent remplacer 15 à 25 % du ciment Portland pour réduire la chaleur d’hydratation et améliorer l’ouvrabilité, mais le remplacement réduit la résistance au jeune âge.
Les adjuvants chimiques sont utilisés de manière sélective. Les adjuvants accélérateurs (chlorure de calcium, accélérateurs sans chlorure à base de formiate de calcium ou de nitrate de calcium) accélèrent la prise et le gain de résistance initiale pour les réparations d’urgence ou la mise en place par temps froid. Le chlorure de calcium est limité à 2 % du poids du ciment selon l’ACI 318 et est interdit dans le béton précontraint ou exposé aux sulfates. Les adjuvants réducteurs d’eau (Type A ou Type D selon l’ASTM C494) peuvent améliorer l’ouvrabilité à la même teneur en eau ou permettre une réduction de l’eau sans sacrifier l’ouvrabilité. Les adjuvants entraîneurs d’air (ASTM C260) améliorent la résistance au gel-dégel mais doivent être utilisés avec prudence car l’air entraîné réduit la résistance à la compression d’environ 5 % par 1 % de teneur en air.
La mise en place réussie du mortier de bourrage à sec dépend entièrement d’un compactage approprié par damage manuel. La technique diffère considérablement de la mise en place conventionnelle du béton car le matériau n’est pas coulé, vibré ou lissé à la truelle au sens habituel. Chaque particule de mortier doit être mécaniquement forcée en contact intime avec à la fois le substrat et les particules de mortier adjacentes.
La cavité de réparation doit être préparée selon les procédures établies de réparation du béton avant toute mise en place du bourrage à sec. Selon le Guide de réparation du béton du Bureau of Reclamation, le périmètre de la cavité doit être scié à une profondeur minimale de 3/4 de pouce (19 mm) avec la ligne de sciage formant une forme rectangulaire ou circulaire avec des coins arrondis — les coins intérieurs pointus concentrent les contraintes et favorisent l’amorçage de fissures. La cavité doit être contre-dépouillée ou clavetée à environ 5 degrés pour créer un verrouillage mécanique qui aide à retenir le matériau de réparation. La profondeur minimale pour la réparation par bourrage à sec est de 1/2 pouce (12,5 mm) selon les spécifications de Caltrans et les directives du Bureau of Reclamation. Les bords minces ne sont pas acceptables car les bords fins se brisent sous la charge et offrent une surface d’adhérence insuffisante.
Tout le béton détérioré, délaminé et non sain doit être enlevé par marteaux piqueurs (15 lb maximum) , hydrodémolition (10 000-20 000 psi) , aiguilles de décapage ou sablage abrasif pour exposer le béton sain avec des particules de granulats ouvertes. Le substrat est ensuite nettoyé — d’abord avec de l’air comprimé sans huile pour enlever les débris meubles, puis par jet d’eau à haute pression d’au moins 3 000 psi (21 MPa) pour enlever la poussière, la laitance et les résidus. La cavité doit être saturée-surface-sèche (SSD) au moment de la mise en place — la surface est visiblement humide sans eau stagnante. L’eau stagnante dans la cavité dilue le mortier à l’interface et empêche la formation de l’adhérence.
L’interface entre le béton existant et le mortier de bourrage à sec est le maillon le plus faible du système de réparation. Trois méthodes de préparation de l’adhérence sont spécifiées dans le Guide du Bureau of Reclamation :
Méthode 1 (Bourrage à Sec Standard) — Aucun agent de liaison n’est appliqué. Le substrat est maintenu en condition SSD, et le mortier de bourrage à sec est damé directement contre la surface humide. Le verrouillage mécanique de la cavité contre-dépouillée et la pression de compactage fournissent le mécanisme d’adhérence principal. Cette méthode convient aux réparations dans les zones de compression où la clé mécanique est suffisante pour retenir le matériau de réparation.
Méthode 2 (Bourrage à Sec Lié avec Coulis de Ciment Pur) — Immédiatement avant la mise en place, une couche de coulis de ciment pur (ciment Portland mélangé avec suffisamment d’eau pour former une barbotine épaisse de consistance crémeuse) est brossée sur le substrat SSD. L’application du coulis doit couvrir toutes les surfaces exposées de la cavité, y compris les côtés, le fond et toute armature exposée. Le mortier de bourrage à sec est mis en place pendant que le coulis est encore collant — généralement dans les 5 à 10 minutes suivant l’application. Cette méthode fournit une résistance d’adhérence significativement améliorée en remplissant les pores microscopiques de la surface et en fournissant une zone de transition riche en ciment entre le substrat et le matériau de réparation.
Méthode 3 (Bourrage à Sec Lié avec Agent de Liaison Commercial) — Un agent de liaison commercial à base de latex ou d’époxy est appliqué selon les instructions du fabricant. Les agents de liaison au latex (polyacétate de vinyle, styrène-butadiène ou formulations acryliques) améliorent l’adhérence et réduisent la perte d’eau du bourrage à sec dans le substrat. Les agents de liaison époxy fournissent la plus grande résistance d’adhérence mais nécessitent un dosage soigneux et un contrôle de la température. Les recommandations du fabricant concernant le taux d’application, le temps ouvert et l’état du substrat doivent être suivies avec précision.
Le mortier de bourrage à sec doit être mis en place en couches minces successives — pas déversé dans la cavité en une seule masse. Chaque couche doit avoir une épaisseur de 1/4 à 3/8 de pouce (6 à 10 mm) — suffisamment mince pour que l’outil de damage puisse transmettre l’énergie de compactage sur toute l’épaisseur de la couche jusqu’à l’interface du substrat.
Étape 1 — Remplissage initial : La première couche de mortier est étalée sur le fond de la cavité et pressée fermement en contact avec le coulis de liaison (si utilisé) ou le substrat SSD. L’outil de damage — typiquement une tige en bois émoussée (3/4 à 1-1/2 pouce de diamètre), une section de bois 2x4 ou une tige de damage en acier à face plate — est utilisé pour délivrer des coups verticaux fermes sur toute la surface. Chaque pouce carré de surface doit recevoir un minimum de 25 à 30 coups de damage. Le compactage doit procéder systématiquement d’un côté de la cavité à l’autre, chaque damage chevauchant le précédent d’environ 50 %.
Étape 2 — Couches intermédiaires : Les couches suivantes sont mises en place de la même manière, chaque couche étant compactée avant l’ajout de la suivante. Le compactage de chaque couche doit densifier le matériau jusqu’à ce que la surface paraisse brillante — indiquant que la pâte de ciment a été forcée à la surface par la pression de compactage. Ce lustre de surface est l’indicateur de terrain d’un compactage adéquat. Si la surface reste mate après le damage, un effort de compactage supplémentaire est requis.
Étape 3 — Surface finale : La dernière couche est mise en place légèrement plus haut que la surface de la chaussée environnante (environ 1/16 à 1/8 de pouce en surépaisseur). Après compactage complet avec l’outil de damage, la surface est arasée à l’aide d’une règle ou d’une planche de réglage maintenue au niveau de la chaussée environnante. La finition finale est appliquée avec une taloche en bois (pour une texture assortie au béton environnant) ou une truelle en acier (pour les surfaces à finition lisse). La surface doit être de niveau à moins de 1/8 de pouce (3 mm) de la surface de la chaussée environnante selon la FAA AC 150/5380-6C.
Pour les faces verticales (telles que les murs de culée, les colonnes ou les murs de soutènement), le mortier de bourrage à sec doit être pressé dans la cavité avec une force suffisante pour rester en place contre la gravité. Le mortier doit être formé en masses en forme de palets d’environ 2 à 3 pouces de diamètre et 1/2 à 3/4 de pouce d’épaisseur, puis pressé fermement dans la cavité en utilisant la paume de la main ou un outil de damage rembourré. Chaque palet doit être soigneusement compacté avant que le suivant ne soit placé adjacent.
Pour les applications en plafond, le mortier doit être forcé vers le haut dans la cavité à l’aide d’une plaque d’appui ou d’un coffrage maintenu contre la face inférieure. L’outil de damage est utilisé à travers une ouverture d’accès pour compacter le mortier contre la surface en plafond. C’est l’application la plus difficile du bourrage à sec et elle nécessite une expérience significative pour obtenir un compactage et une adhérence appropriés. Le bourrage à sec lié (Méthode 2 ou 3) est fortement recommandé pour les réparations en plafond.
Une cure appropriée est essentielle pour le mortier de bourrage à sec car la faible teneur en eau offre une marge minimale pour la perte d’eau pendant l’hydratation. Si le mortier sèche avant que l’hydratation du ciment ne soit substantiellement complète (généralement 7 jours à 70 °F/21 °C), la réaction d’hydratation s’arrête, laissant du ciment non hydraté qui ne contribue en rien à la résistance et une microstructure poreuse sensible aux dommages de gel-dégel.
Les méthodes de cure spécifiées dans le Guide du Bureau of Reclamation comprennent :
Toile de jute humide avec couverture en polyéthylène — Un tissu de jute tissé (poids minimum de 4 épaisseurs) est saturé d’eau propre, placé directement contre la surface de réparation finie et recouvert de feuilles de polyéthylène transparent (épaisseur minimum de 4 mils) pour empêcher l’évaporation. La jute doit être ré-humidifiée quotidiennement ou plus fréquemment par temps chaud, sec ou venteux. La feuille de polyéthylène doit s’étendre d’au moins 6 pouces au-delà de la jute sur tous les côtés et être lestée aux bords pour maintenir le contact.
Application continue d’eau — Un tuyau suintant, une ligne d’irrigation goutte-à-goutte ou une buse de brumisation délivre un apport continu d’eau à la surface de réparation et au béton environnant. Cette méthode est efficace par temps chaud mais nécessite une source d’eau fiable et un drainage approprié pour empêcher l’accumulation d’eau dans les zones adjacentes.
Composés de cure formant une membrane liquide — Les composés conformes à l’ASTM C309 (composés liquides formant une membrane pour la cure du béton) sont appliqués au pinceau ou par pulvérisation au taux de couverture spécifié par le fabricant (généralement 200 à 300 ft² par gallon). Le composé forme une barrière continue qui retient l’humidité dans le mortier. Les composés pigmentés en blanc sont utilisés par temps chaud pour réfléchir le rayonnement solaire et réduire la température de surface.
La durée minimale de cure est de 7 jours à des températures supérieures à 50 °F (10 °C). Pour le ciment Type III (haute résistance initiale), le minimum peut être réduit à 3 jours si les essais de résistance confirment une hydratation adéquate. Pour la mise en place par temps froid en dessous de 50 °F, la période de cure doit être prolongée jusqu’à ce que le mortier ait accumulé un minimum de 500 °F-jours (degrés-jours au-dessus de 32 °F).
Le contrôle de la température pendant la mise en place et la cure est essentiel. La température ambiante doit être maintenue au-dessus de 40 °F (4 °C) pendant la mise en place et pendant toute la période de cure selon l’ACI 306 (Bétonnage par temps froid). Par temps chaud au-dessus de 90 °F (32 °C), la température du mortier doit être maintenue en dessous de 90 °F en utilisant de l’eau de gâchage fraîche, en ombrageant les matériaux et en mettant en place pendant la partie la plus fraîche de la journée. De la glace peut être utilisée comme partie de l’eau de gâchage, à condition que la glace soit complètement fondue avant le début de la mise en place.
Le mortier de bourrage à sec est applicable à une gamme spécifique de scénarios de réparation du béton caractérisés par une géométrie confinée, un petit volume et l’absence de coffrage. Comprendre l’enveloppe d’application appropriée est essentiel pour une utilisation réussie.
Les éclats de joints sont des cassures, éclats ou fractures qui se produisent au niveau ou à proximité des joints de la chaussée — généralement dans les 1 à 2 pieds de la face du joint. Ils sont causés par des contraintes excessives au niveau du joint dues aux charges des roues, aux débris incompressibles remplissant le joint, au désalignement des barres de goujon ou à la détérioration du béton par l’action du gel-dégel. La FAA AC 150/5380-6C (Directives et procédures pour l’entretien des chaussées aéroportuaires) identifie la réparation des éclats de joints comme une application principale pour le rafistolage en profondeur partielle utilisant des méthodes de mise en place de mortier.
La procédure de réparation selon la Circulaire consultative de la FAA comprend le sciage du périmètre de la zone éclatée à une profondeur minimale de 3/4 de pouce, l’enlèvement de tout le béton non sain à l’intérieur de la limite de sciage jusqu’à une profondeur maximale d’un tiers de l’épaisseur de la chaussée, le nettoyage de la cavité, l’application d’un agent de liaison si spécifié, et la mise en place du mortier de bourrage à sec en couches minces compactées. La zone de réparation est typiquement limitée à moins de 2 pieds carrés par rapiéçage pour les méthodes de bourrage à sec. Les éclats plus grands s’étendant sur plus d’un tiers de l’épaisseur de la dalle nécessitent une réparation en pleine profondeur utilisant du béton conventionnel selon l’article P-501 (chaussée en béton de ciment Portland) de l’AC 150/5370-10H.
Les trous de cône de serrage sont les vides coniques laissés dans le béton de la chaussée après le retrait des boulons de coffrage ou des boulons coniques. Dans la construction et la réparation des chaussées aéroportuaires, ces trous mesurent de 1 à 3 pouces de diamètre à la surface et se rétrécissent vers l’intérieur jusqu’à 1/2 à 1 pouce à une profondeur de 2 à 4 pouces. Les trous de cône de serrage doivent être complètement remplis pour empêcher l’accumulation d’eau, les dommages de gel-dégel et la génération de débris d’objets étrangers (FOD).
Le mortier de bourrage à sec est la méthode préférée pour remplir les trous de cône de serrage car la géométrie confinée empêche l’utilisation de coffrage, et les faibles caractéristiques de retrait du bourrage à sec produisent un remplissage durable qui ne se détache pas des parois du trou. Le trou est nettoyé de la poussière et des débris à l’air comprimé, humidifié en condition SSD et rempli en une seule opération de compactage continue. Le mortier est damé dans le trou à l’aide d’une tige métallique légèrement plus petite que le diamètre du trou, en travaillant du bas vers le haut pour éliminer les poches d’air. La surface finale est arasée et finie pour correspondre à la texture de surface environnante.
Les éclats sont des dépressions peu profondes dans la surface du béton résultant de dommages mécaniques localisés, de la corrosion des armatures en acier, de l’action du gel-dégel ou du pop-out de granulats (la perte d’une particule de granulat proche de la surface due à des forces expansives internes). Les éclats allant de 1/2 pouce à 2 pouces de profondeur et jusqu’à 1 pied carré de surface sont des candidats pour la réparation par bourrage à sec.
Le Guide du Bureau of Reclamation classe le bourrage à sec comme une méthode de réparation mince adaptée aux profondeurs de 1/2 pouce à 2 pouces. La cavité de réparation doit être préparée avec des côtés contre-dépouillés, nettoyée pour enlever tout matériau meuble et maintenue en condition SSD jusqu’à la mise en place. Pour les éclats induits par la corrosion où l’armature en acier est exposée, l’acier doit être nettoyé à métal quasi blanc selon SSPC-SP10/NACE No 2 (sablage abrasif) et revêtu d’un primaire inhibiteur de corrosion avant la mise en place du coulis de liaison et du bourrage à sec.
Les nids d’abeille — vides dans le béton causés par le mortier ne parvenant pas à remplir les espaces entre les particules de gros granulats pendant la mise en place — et les poches de rochers — amas de granulats sans mortier — sont des défauts de construction qui nécessitent une réparation lorsqu’ils s’étendent à la surface ou compromettent la couverture structurelle des armatures. Le mortier de bourrage à sec est bien adapté pour remplir les cavités de nids d’abeille car la méthode de damage manuel peut forcer le mortier dans des vides irréguliers qui emprisonneraient l’air et produiraient un remplissage incomplet avec des coulis coulables.
Pour les réparations de nids d’abeille, les granulats meubles et le matériau non sain doivent être enlevés par piquage, et la cavité doit être nettoyée et préparée selon les procédures standard. Le mortier de bourrage à sec est forcé dans toutes les zones de vide à l’aide de petits outils de damage dimensionnés pour atteindre la géométrie irrégulière de la cavité. Le bourrage à sec lié (Méthode 2 ou 3) est recommandé pour les réparations de nids d’abeille car les surfaces de vide irrégulières offrent un verrouillage mécanique limité.
Les fentes — cavités rectangulaires étroites généralement de 1/2 à 2 pouces de large et de 1 à 4 pouces de profondeur — sont découpées dans le béton pour l’installation de barres de goujon, la rénovation de barres de liaison ou la mise en place de boulons d’ancrage. La géométrie confinée des fentes rend le coffrage peu pratique et le coulis coulable difficile à mettre en place sans emprisonnement d’air. Le mortier de bourrage à sec est le matériau standard pour remplir ces cavités étroites.
La fente est préparée avec des côtés parallèles propres et un fond plat. Le substrat SSD reçoit une application de coulis de liaison, et le mortier de bourrage à sec est pressé dans la fente en couches minces à l’aide d’un outil de damage étroit (légèrement plus petit que la largeur de la fente). Le compactage procède d’une extrémité de la fente à l’autre, assurant un remplissage complet sans vides. Le matériau en excès est arasé après compactage.
Lorsque des boulons d’ancrage ou des barres de goujon sont installés dans des trous percés dans le béton existant, l’espace annulaire entre la barre et la paroi du trou doit être complètement rempli pour transférer la charge à travers la connexion. Le mortier de bourrage à sec est damé dans le trou autour de la barre à travers une petite ouverture d’accès, réalisant une encapsulation complète sans les espaces de retrait qui peuvent se produire avec le coulis coulable dans les trous profonds et étroits.
Le diamètre du trou doit être d’au moins 1/4 de pouce plus grand que le diamètre de la barre pour fournir un espace adéquat pour la mise en place du mortier. Le trou est nettoyé, la barre est positionnée et maintenue au bon alignement, et le mortier de bourrage à sec est damé dans l’espace annulaire par petits incréments à l’aide d’une tige qui s’insère entre la barre et la paroi du trou. Le mortier doit être forcé au fond du trou d’abord, puis construit vers le haut en couches pour assurer un remplissage complet autour de toute la circonférence de la barre.
L’interface entre le substrat en béton existant et le matériau de réparation par bourrage à sec est le facteur le plus critique dans la durabilité de la réparation. L’ACI 546R-96 souligne que « les défaillances prématurées des systèmes de réparation sont souvent attribuées à une mauvaise préparation de la surface. » L’adhérence doit résister aux contraintes de traction et de cisaillement provenant du mouvement thermique différentiel, du retrait de séchage du matériau de réparation, des charges appliquées et de l’exposition environnementale.
La surface du béton existant doit être préparée pour obtenir un profil de surface du béton (CSP) de 3 à 5 selon la Directive ICRI No 03732 (Sélection et spécification de la préparation de surface du béton pour les scellants, revêtements et revêtements polymères). CSP 3 correspond à un léger sablage abrasif ou à un profil de mordançage acide avec une texture de surface très légère. CSP 5 correspond à un profil de sablage abrasif moyen avec une rugosité de surface visible exposant de petits granulats.
Pour les réparations par bourrage à sec, un CSP minimum de 5 est recommandé. Cette rugosité fournit une surface suffisante pour le verrouillage mécanique entre le substrat et le mortier de réparation. Des valeurs de CSP plus élevées (6-9) ne sont pas nécessaires pour les mortiers cimentaires et peuvent réduire la section transversale effective des sections de réparation minces.
La surface préparée doit exposer du béton sain avec des particules de granulats ouvertes sur toute la zone de réparation. La laitance — la couche faible et poreuse de particules fines et d’eau de ressuage qui s’accumule sur les surfaces en béton pendant la mise en place — doit être complètement enlevée. L’exigence d’exposition du béton sain est vérifiée par test de piquage — si un ciseau frappé avec un marteau de 2 lb fait casser les particules de granulats plutôt que de les déloger de la pâte, la préparation de surface est adéquate.
La condition SSD est l’état d’humidité standard pour les réparations cimentaires. Le substrat est pré-humidifié avec de l’eau propre pendant un minimum de 2 heures avant la mise en place, ou jusqu’à ce que la surface cesse d’absorber l’eau visiblement. Au moment de la mise en place, la surface doit être humide sans eau stagnante ni brillance visible. L’excès d’eau stagnante est enlevé en épongeant avec une éponge propre ou à l’air comprimé (sans huile).
La condition SSD remplit deux fonctions. Premièrement, elle empêche le substrat sec d’absorber l’eau du mortier frais — la perte d’eau vers un substrat sec peut augmenter le rapport E/C effectif à l’interface jusqu’à 0,10, réduisant la résistance d’adhérence de 30 à 50 %. Deuxièmement, elle fournit l’environnement d’humidité nécessaire à une bonne hydratation du ciment à l’interface.
La condition SSD est maintenue par brumisation ou vaporisation continue pendant la période entre la préparation de surface et la mise en place. Si la surface préparée sèche avant la mise en place, elle doit être ré-humidifiée pendant au moins 1 heure pour rétablir la condition SSD.
Pour les réparations par bourrage à sec lié (Méthode 2), le coulis de ciment pur est mélangé à une consistance crémeuse en utilisant du ciment Portland et de l’eau propre, typiquement à un rapport E/C de 0,35 à 0,40. Le coulis doit être mélangé en petits lots suffisants pour 15-20 minutes d’application — les lots plus grands durciront avant utilisation et devront être jetés.
Le coulis est appliqué avec une brosse à poils durs — une brosse à maçonnerie de 3-4 pouces ou une brosse à brosser les surfaces en béton est préférée — et travaillé vigoureusement dans la surface préparée pour assurer la pénétration de tous les pores et irrégularités de surface. La couche de coulis doit être mince (environ 1/16 à 1/8 de pouce) mais continue sur toute la zone de réparation. Le mortier de bourrage à sec doit être mis en place pendant que le coulis est encore humide et collant — généralement dans les 5 à 10 minutes suivant l’application dans des conditions de température normales. Si le coulis sèche en un film dur et brillant avant la mise en place du mortier, il doit être enlevé par brossage métallique et réappliqué.
Pour les agents de liaison commerciaux (Méthode 3), les instructions du fabricant concernant l’état du substrat, le taux d’application, le temps ouvert et la cure sont suivies avec précision. Les agents de liaison époxy nécessitent généralement un substrat sec (pas SSD), tandis que les agents de liaison au latex peuvent permettre un substrat humide. L’utilisation d’une mauvaise condition d’humidité pour un agent de liaison spécifique entraînera une défaillance de l’adhérence.
Lorsque des armatures en acier exposées sont présentes dans la cavité de réparation, elles doivent être préparées avant que le substrat ne soit nettoyé et que le coulis de liaison ne soit appliqué. Les armatures exposées sont nettoyées à métal quasi blanc selon SSPC-SP10/NACE No 2 en utilisant le sablage abrasif, le lavage sous pression avec des inhibiteurs de rouille ou le piquage à l’aiguille. Toute la rouille, la calamine, la peinture, la graisse et les produits de corrosion doivent être enlevés. Après le nettoyage, l’armature doit être inspectée pour la perte de section — si la corrosion a réduit le diamètre de la barre de plus de 20 %, une évaluation structurelle est requise avant de procéder à la réparation.
L’armature nettoyée est revêtue d’un primaire inhibiteur de corrosion ou d’un revêtement époxy avant la mise en place du coulis de liaison et du mortier de bourrage à sec. Le revêtement doit s’étendre d’au moins 1 pouce au-delà de l’armature exposée dans le béton sain de chaque côté.
L’inspection de la réparation par bourrage à sec suit les procédures décrites dans la FAA AC 150/5380-6C pour les réparations de chaussées aéroportuaires et les directives générales d’inspection de réparation du béton dans l’ACI 546R-96. L’inspection vérifie que la réparation est saine, correctement liée et dimensionnellement stable.
L’adhérence entre le mortier de bourrage à sec et le substrat existant est évaluée par sondage acoustique — tapotement de la surface de réparation avec un marteau (un marteau à panne ronde de 1 lb ou un marteau de géologue) ou traînage d’une chaîne (une longueur de 3 à 5 pieds de chaîne en acier lourde) à travers la zone. Un son solide et clair indique une bonne adhérence. Un son sourd, creux ou mat indique un décollement — le mortier s’est séparé du substrat à l’interface.
Le test de sondage doit être effectué à un espacement de grille ne dépassant pas 6 pouces dans chaque direction sur la zone de réparation. Toutes les zones à son creux doivent être marquées à la craie ou au marqueur et enregistrées sur le formulaire d’inspection. Les zones décolletées individuelles dépassant 1 pouce carré ou totalisant plus de 10 % de la zone de réparation sont des motifs de rejet et d’enlèvement.
Pour les réparations critiques dans les chaussées aéroportuaires soumises aux charges des aéronefs, l’essai d’adhérence selon l’ASTM C1583 (Méthode d’essai standard pour la résistance à la traction des surfaces en béton et la résistance d’adhérence ou la résistance à la traction des matériaux de réparation et de revêtement du béton par traction directe — méthode d’arrachement) est recommandé. Un disque métallique de 50 mm (2 pouces) de diamètre est collé à la surface de réparation avec un époxy à haute résistance, et un testeur d’arrachement portatif applique une charge de traction directe jusqu’à rupture. La résistance d’adhérence est rapportée en MPa ou psi. Une résistance d’adhérence minimale de 1,5 MPa (220 psi) est typiquement spécifiée pour les réparations structurelles.
Le périmètre et la surface de la réparation sont inspectés pour les fissures de retrait à l’aide d’un grossisseur éclairé 10x ou d’un comparateur de fissures. Les fissures de plus de 0,25 mm (0,01 pouce) à l’interface entre la réparation et le béton existant sont inacceptables et indiquent soit un excès d’eau dans le mélange, un compactage inadéquat ou une cure insuffisante. Les fissures de retrait de surface (fissuration en carte ou fissuration réticulaire) plus étroites que 0,25 mm sont de nature esthétique mais peuvent indiquer un mauvais compactage ou de mauvaises conditions de cure qui justifient une enquête plus approfondie.
Les fissures qui forment un anneau de périmètre complet autour de la réparation (décollement à toute l’interface) nécessitent un enlèvement et un remplacement complets, quelle que soit la largeur des fissures. Les fissures partiellement périphériques s’étendant sur plus de 25 % du périmètre de la réparation sont évaluées pour en déterminer la cause et peuvent nécessiter une réparation par injection d’époxy ou un enlèvement et un remplacement.
La dureté de surface de la réparation est évaluée à l’aide d’un test de rayure — un outil en acier trempé (comme un tournevis ou une alêne) est tiré sur la surface de réparation avec une pression modérée. Une réparation correctement curée et compactée résiste aux rayures et produit un son métallique lorsqu’elle est tapotée. Une réparation qui peut être facilement rayée ou creusée indique une faible dureté de surface due à une cure inadéquate, une teneur en ciment insuffisante ou un excès d’eau dans la couche de surface.
Le marteau à rebond (ASTM C805, Méthode d’essai standard pour l’indice de rebond du béton durci) peut être utilisé pour l’évaluation comparative de la dureté. Les indices de rebond de la réparation doivent être compris entre 80 et 120 % des indices de rebond du béton sain adjacent. Des valeurs significativement inférieures au béton adjacent indiquent un développement de résistance inadéquat.
L’élévation de la surface de réparation est vérifiée par rapport à la surface de la chaussée environnante à l’aide d’une règle — une règle en aluminium ou en acier de 4 pieds (1,2 m) placée sur la réparation et la chaussée adjacente. La FAA AC 150/5380-6C spécifie que les réparations d’éclats en profondeur partielle doivent être au niveau de la surface environnante à moins de 1/8 de pouce (3 mm) . Les points hauts créent des risques de trébuchement et de débris d’objets étrangers (FOD). Les points bas accumulent l’eau et accélèrent la détérioration par gel-dégel au périmètre de la réparation.
Les limites de la réparation sont inspectées pour les éclats de bord — éclats ou fractures au périmètre de sciage causés par un sur-compactage ou un sous-compactage aux bords. Les éclats de bord de plus de 1/4 de pouce (6 mm) réduisent la largeur de réparation effective et créent des points d’initiation pour une détérioration future.
Pour les essais de réception sur les réparations critiques, des carottes de béton (ASTM C42) de 2 à 4 pouces (50 à 100 mm) de diamètre sont extraites à travers la réparation dans le substrat existant. La carotte est examinée pour :
La carotte peut être testée pour la résistance à la compression (ASTM C39) si la géométrie (rapport hauteur-diamètre de 1,75 à 2,00) le permet. La résistance à la compression minimale acceptable est typiquement spécifiée comme 21 MPa (3 000 psi) à 7 jours pour le ciment Type I/II.
Le choix entre le mortier de bourrage à sec, le coulis cimentaire coulable et le mortier époxy dépend de la géométrie de la réparation, des exigences de résistance, des contraintes de temps, des considérations de coût et des conditions environnementales.
| Paramètre | Mortier de Bourrage à Sec | Coulis Cimentaire Coulable | Mortier Époxy |
|---|---|---|---|
| Norme ASTM | ASTM C387 | ASTM C1107 | ASTM C881 |
| Méthode de mise en place | Damage manuel | Écoulement par gravité, pompage ou trémie | Truelle, coulage ou injection |
| Coffrage requis | Non | Oui (pour la plupart des applications) | Généralement oui |
| Affaissement/Écoulement | Nul (forme façonnée à la main) | Écoulement de 8-12 pouces (ASTM C939) | Variable — pâte à auto-nivelant |
| Teneur en eau | Minimale (6-9 % du poids sec) | Modérée (12-16 % du poids sec) | Zéro (système résine/durcisseur) |
| Résistance à la compression (28j) | 21-45 MPa (3 000-6 500 psi) | 35-70 MPa (5 000-10 000 psi) | 55-85+ MPa (8 000-12 000+ psi) |
| Retrait de séchage | Très faible (0,03-0,06 %) | Modéré (0,05-0,15 %) | Quasi nul (0,001-0,005 %) |
| Résistance d’adhérence en traction | 1,5-2,5 MPa (avec coulis de liaison) | 1,0-2,0 MPa | 2,0-4,0 MPa+ |
| Temps de cure avant service | 3-7 jours | 1-3 jours | 2-24 heures |
| Profondeur maximale par levée | 50 mm (2 pouces) | Non limité par la méthode | Généralement 25-50 mm par levée |
| Profondeur minimale de réparation | 12,5 mm (0,5 pouce) | 25 mm (1 pouce) | 6 mm (0,25 pouce) |
| Capacité de bord mince | Non (profondeur minimale requise) | Non | Oui (certaines formulations) |
| Coût relatif du matériau | 1x (référence) | 1,5-2,5x | 5-10x |
| Intensité de main-d’œuvre | Élevée (travail manuel qualifié) | Faible à modérée | Modérée |
| Sensibilité à la température | Faible | Faible | Élevée (plage du fabricant) |
| Tolérance à l’humidité | Élevée (substrat SSD requis) | Élevée (substrat SSD requis) | Faible (substrat sec généralement requis) |
| Résistance au gel-dégel | Bonne (avec cure appropriée) | Bonne | Excellente |
Le mortier de bourrage à sec est le bon choix lorsque toutes les conditions suivantes existent :
Le coulis cimentaire coulable conforme à l’ASTM C1107 (Spécification standard pour le coulis sec emballé à base de ciment hydraulique (non retrait)) est le bon choix lorsque :
Le mortier époxy conforme à l’ASTM C881 (Spécification standard pour les systèmes de liaison à base de résine époxy pour le béton) est le bon choix lorsque :
Le mortier de bourrage à sec a des applications spécifiques dans l’entretien des chaussées aéroportuaires telles que définies par la Circulaire consultative FAA 150/5380-6C (Directives et procédures pour l’entretien des chaussées aéroportuaires, octobre 2014) et l’AC 150/5370-10H (Normes pour la spécification de la construction des aéroports).
Les éclats de joints sur les pistes, voies de circulation et aires de trafic aéroportuaires sont réparés en utilisant des procédures de rafistolage en profondeur partielle. Le tableau 6-2 de la FAA AC 150/5380-6C (Guide rapide pour l’entretien et la réparation des problèmes courants de surface des chaussées rigides) répertorie « Éclatement aux joints ou fissures » comme un problème courant de surface des chaussées rigides et recommande le « rafistolage en profondeur partielle » comme méthode de réparation.
La procédure de réparation des éclats selon les directives de la FAA exige :
La FAA note spécifiquement que la réparation par bourrage à sec convient aux profondeurs d’éclats jusqu’à 50 mm (2 pouces) . Les éclats plus profonds qu’un tiers de l’épaisseur de la dalle nécessitent un remplacement de la dalle en pleine profondeur selon les spécifications de la chaussée en béton P-501.
Les trous de cône de serrage dans les chaussées aéroportuaires présentent un danger FOD s’ils sont laissés non remplis ou mal remplis. Les granulats meubles ou le matériau de remplissage fragmenté peuvent être ingérés par les moteurs à réaction ou endommager les pales d’hélice. La FAA spécifie que tous les trous de cône de serrage doivent être remplis avec un matériau cimentaire non retrait qui est compacté pour produire un remplissage dense et durable au niveau de la surface de la chaussée environnante.
Le mortier de bourrage à sec est le matériau de remplissage préféré pour les trous de cône de serrage car :
Les défauts de surface sur les chaussées aéroportuaires — y compris les pop-outs, la perte de mortier de surface et l’écaillage peu profond — sont réparés en utilisant des méthodes de réparation minces. La FAA AC 150/5380-6C distingue entre le rapiécage temporaire (utilisant de l’asphalte mélangé à froid ou des matériaux à prise rapide pour les besoins opérationnels immédiats) et le rapiécage permanent (utilisant des matériaux cimentaires, y compris le mortier de bourrage à sec, pour les réparations à long terme).
Les réparations permanentes utilisant le bourrage à sec sont spécifiées pour les défauts de surface qui :
La prévention des débris d’objets étrangers (FOD) est une considération primordiale dans l’entretien des chaussées aéroportuaires. La FAA AC 150/5380-6C déclare que l’entretien des chaussées « est essentiel pour … minimiser le potentiel de débris d’objets étrangers (FOD). » Les réparations par bourrage à sec, lorsqu’elles sont correctement exécutées, produisent une surface dense et bien liée qui résiste à l’éclatement, à l’écaillage et à la perte de granulats sous le trafic aérien et le souffle des réacteurs.
L’inspection des réparations par bourrage à sec pour le risque FOD examine spécifiquement :
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