Comparaison des effets de différents agents d’expansion sur des mortiers de réparation rapide activés alcalinement : maniabilité, propriétés mécaniques, retrait au séchage

Pourquoi la réparation des routes fissurées évolue

Des autoroutes aux ponts, de nombreuses structures en béton vieillissent et se fissurent plus vite que nous ne pouvons les réparer. Les mortiers de réparation traditionnels peuvent mettre du temps à durcir et être sujets à de nouvelles fissures, surtout en se desséchant. Cette étude examine une classe plus récente de mortiers de réparation « verts » fabriqués à partir de sous‑produits industriels et pose une question pratique : quel additif limite le mieux le retrait et la fissuration des réparations, tout en durcissant suffisamment vite pour rouvrir rapidement les voies ?

Des mélanges de réparation plus verts issus de résidus industriels

Les mortiers de réparation étudiés sont élaborés à partir de laitier broyé, de cendres volantes et de métakaolin — des résidus pulvérulents de la sidérurgie, de centrales à charbon et du traitement des argiles. Lorsqu’ils sont activés par un liquide alcalin, ces poudres forment un liant dur, analogue à la pierre, sans recourir intensivement au ciment traditionnel. Cela réduit l’impact climatique et peut fournir un gain de résistance très rapide, idéal pour des réparations nocturnes ou en une seule journée. Cependant, ces mélanges activés alcalinement ont tendance à se contracter fortement en séchant, ce qui peut ouvrir des microfissures et affaiblir l’adhérence au béton existant.

Trois façons de lutter contre le retrait

Pour maîtriser ce retrait, les chercheurs ont comparé trois agents expansifs incorporés dans le mortier : un principalement à base d’oxyde de magnésium (MEA), un à base d’oxyde de calcium (CSEA) et un dérivé du sulfoaluminate de calcium (SEA). Chacun a été dosé à plusieurs niveaux et testé pour la facilité d’écoulement du mortier frais, la vitesse de prise, la résistance en compression et l’adhérence au béton ancien, ainsi que le retrait sur deux mois. Ils ont aussi utilisé des méthodes par rayons X, l’analyse thermique et des microscopes électroniques pour observer quelles phases cristallines et quels gels se formaient à l’intérieur et comment la microstructure évoluait.

Ce qui a bien fonctionné et ce qui n’a pas marché

Les trois additifs ont accéléré la prise du mortier, utile pour les réparations rapides mais à condition de rester dans des limites de maniabilité. Le MEA a eu l’effet le plus faible : dans le milieu fortement alcalin utilisé ici, le magnésium a peu réagi, a produit peu des phases gonflantes nécessaires pour compenser le retrait, et n’a pratiquement pas modifié la résistance ni le retrait. Le CSEA s’est comporté très différemment. À des dosages plus élevés, il a fortement raccourci le temps de prise, augmenté la résistance initiale et, surtout, réduit le retrait au séchage à long terme d’environ moitié. Il a aussi renforcé l’accrochage du nouveau mortier au béton ancien en créant des zones d’interface plus denses. Le compromis a été qu’un dégagement rapide de chaleur et une croissance cristalline ont entraîné l’apparition de fines fissures internes au fil du temps, de sorte que la résistance en compression à 28 jours a légèrement diminué par rapport aux mélanges sans additif.

Un effet précoce qui s’estompe avec le temps

L’additif SEA paraissait prometteur au départ : il formait des cristaux en aiguilles expansifs qui comblaient l’espace, contrant le retrait précoce et augmentant la résistance et l’adhérence initiales au béton ancien. Mais dans les conditions fortement alcalines de ces mortiers, ces aiguilles se sont progressivement transformées en cristaux plus aplatis et en gels différents. À mesure que la microstructure se réorganisait et que l’eau était libérée, le matériau a fini par retraiter davantage que le témoin aux âges avancés. Ce retrait supplémentaire a conduit à des microfissures et à une perte marquée à la fois de la résistance à long terme et des performances d’adhérence, rendant le SEA moins adapté à des réparations durables dans ce type de système.

Ce que cela signifie pour les réparations de béton futures

Pour les ingénieurs cherchant des réparations en béton rapides, durables et à plus faible empreinte carbone, l’étude montre que tous les agents expansifs ne se valent pas lorsqu’ils sont utilisés avec des mortiers activés alcalinement. Les additifs à base de magnésium ont eu peu d’effet dans ces mélanges très alcalins, et ceux à base de sulfoaluminate n’ont aidé que temporairement avant d’entraîner un retrait et une fissuration accrus. Le CSEA à base de calcium a offert le meilleur compromis : il a permis un gain de résistance très rapide, une meilleure adhérence au béton existant et un retrait à long terme beaucoup plus faible, même si la résistance ultime a légèrement diminué. En termes simples, des agents expansifs à base de calcium finement ajustés semblent la voie la plus prometteuse pour des matériaux de réparation du béton rapides à prendre, résistants aux fissures et plus durables.

Citation: Luo, X., Xi, M., Huang, L. et al. Comparison of the effects of different expansion agents on alkali-activated rapid repair mortars: workability, mechanical properties, drying shrinkage. Sci Rep 16, 13791 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43508-6

Mots-clés: réparation du béton, mortier activé alcalinement, contrôle du retrait, agents expansifs, durabilité des infrastructures