l 16vation de tempdrature Iors de la polym-drisation d'un bdton de rdsine

H. P O L L E T (z)

I. L e P r o b l ~ m e

Peut -on couler des blocs de briton de r~sine de grandes dimensions sans courir le risque d'~l~vation brutale de tempfirature dont les consequences pourraient ~tre dfisastreuses ?

II y a deux faits bien connus de tous ceux qui on t ~tudifi les r~sines ~poxys ou polyesters :

z) La r~sine en couche tr~s mince polym~rise l en tement ; la r~sine en masse polym~rise beaucoup plus vite. La vitesse de polym~risation ~tant fonction de la temperature , il est ~vident que, d~s que la polym~risation est amorc~e, la temperature s'~l~ve et la r~action s'aec~l~re. Le nombre de calories d~gag~es ~tant plus ~lev~ dans le cas de masses importantes , la polym~risation y est plus rapide.

2) Si, par hasard, dans le cas d 'une r~sine polyester, on a exag~r~ la dose d'acc~l~rateur, la temperature monte en fl~che, la fum~e se d~gage, la r~action devient specta- culaire, presque explosive; on pourrai t craindre une sorte de r~action en chatne.

On comprend donc l ' inqui&ude dans le cas de blocs de b~ton de r~sine de grandes dimensions. Certains vous rassurent en se basant sur des considerations d 'ordre th~orique et sur des raisonnements probablement valables. D 'aut res , plus timor~s et ne voulant prendre aucun risque, pr~conisent une m&hode de tout repos : une piece impor-

(1) Directeur du Laboratoire de Plastiques, ICAM de Lille.

tante se coulera en plusieurs pi~ces s~par6es que I 'on recollera ensuite avec une r6sine epoxy charg~e.

Pour tirer au clair ce probl~me, rien ne vaut la solution exp~rimentale. C 'es t ce qui a ~t6 r~alis6 ~t I ' I C A M de Lille par deux dlkves-ing6nieurs : Jean-Luc Allais et Jean-Yves Guillard.

II . M o d e e x p & i m e n t a l

Nous avons r~alis~ des mesures de temperature au centre de cubes de b~ton de r~sine de dimensions crois- santes et dans deux cas diff~rents :

- - cube calorifug~, cube non calorifug~ (~ l 'air libre).

Les dimensions des cubes &aient :

z) Ar~te : zo,o cm. Volume : z 1.

2) Ar~te : z7,o cm. Volume : 5 1.

3) Ar&e : 26,7 cm. Volume : z9 1.

Chaque cube ~tait coul~ darts un moule en bois contre- plaqu~ (~paisseur : 7 ram) et restait dans son moule jus- qu '~ la fin de l 'exp~rience.

L ' i so lement 6tait r~alisr par une 6paisseur de zo cm de mousse polyurethane tout autour du cube de b~ton; l 'exp6rience a prouv6 que cet isolement, sans ~tre parfait, ~tait tr~s suffisant pour rr te probl~me propos6.

L 'agr6gat utilis6 pour le b6ton ~tait du porphyre de Lessine (Belgique) avec une granulom~trie bien 6tudiCe, les donnr ci-dessous ~tant toutes en poids :

49

V O L . 6 - N ~ 31 - 1973 - M A T I ~ R I A U X E T C O N S T R U C T I O N S

terr

70

60

50

40

30

20

)~ratuee le~ ~

70

, o

50

/ maximum: 60 ~ atteint en 3h06 ~0

/ ~--- ........ non isol4 30

/ ~ . ~ ~'~. moximum : 34. 5 ~ ~ / otteint en 2h 50 20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

temps, heures

Fig. 1. - - Essai sur cube de 1 I. R6sine Epoxy.

)~rature L o c

maximum: 67, 5 ~ atteint en J h 5 0

/ / / ~ ' ~ . maximum: #6,5 ~

~ / / / attelnt en 3h 2,$

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

temps _ heuees

Fig. 2. - - Essai sur cube de 5 I. R~ine Epoxy.

porphyre z6/8 m m 50 %, - - 8/3 m m z9 %,

2/0 m m 25 % (lav6 et d6fill6ris6), ciment 6 %.

Le porphyre 6tant d6fill6ris6, le ciment, consid6r6 comme mat~riau inerte, apporte les 616merits fins qui faisaient d6faut.

La plus grande pattie des essais a 6t6 r6alis~e avec une r6sine @oxy :

Araldite CIBA (Prochal) GY 257 : x7 % du poids de l'agrdgat,

Durcisseur CIBA (Prochal) HY 956 : 2o % du poids de t'araldite.

U n seul essai a 6t~ r6alis6 avec une r6sine polyester :

Polylite (Reichhold-Beckacite) : 2o % du poids d'agr6gat,

Catalyseur Catapol : 1 % du poids de r6sine,

Acc616rateur Promoteur : o,z % du poids de rdsine.

Pour la mesure de temp6rature, on a utilis6 un thermo- couple fer-constantan (o,o5 mV par degr6) plong6 au milieu du cube, mais prot6g6 par un tube de cuivre rouge, tr~s conducteur de la chaleur, et ~ paroi mince. On ne s'est pas fi6 aux valeurs th6oriques de diff6rence de potentiel par degr6; on a refait l'6talonnage du thermo- couple dans les conditions de l'expdrience.

Les temp6ratures ont 6t6 enregistrdes par un appareil S E F R A M : suiveur de spot GRAPHISPOT, la vitesse de d6roulement du papier ~tant de o,6 mm/mn, soit de 36 mm/heure.

III. R6sultats

R4sine Epoxy

Cube Non isol6 Isol6 Figures

Ar~te Volume Temp6rature maximale Temps Temperature maximale Temps

IO, O cm i litre 34,5 ~ 2 h 50 60 ~ 3 h 06 Fig. I z7,z cm 5 litres 46,5 ~ 3 h 25 67,5 ~ 3 h 50 Fig. 2 26,7cm zgl itres 56 ~ 3 h 4 o 69 ~ 5 h 4 5 Fig. 3 & 4

tPmp~ralure ~

70

60

50

40

30

20

temperature

isolE 70 l / maximum: 59 ~

atteint en 5 h ~,5 60

i ~ non isol~ i/ ~ 50

~ maximum: 56 ~ ~ atteint en 3h~O ~0

3O

I 2 3 4. 5 6 7 8 9 10 11 12 20 lemps.heures

Fig. 3. - - Essai sur cube de 19 1. R6sine Epoxy.

~

agramme de refroidlssement

p,ooto.. :t,e,oto = , , ,To;.. 2 ~

1 2 3 4 $ 6 7 - - 18 ~

temps_jours

Fig. 4. - - Essai sur cube de 19 1 isol& R6sine Epoxy.

50

70

60

$0

40

30

temp dr'atur'e *C asymptote

o f f

cube de 11 de 51 de 191

10 17, I 26, 7 c6t@ du cube. cm

Fig. 5. - - Temp6rature au centre du cube en fonction du c6t6.

Qualitd de l'isolation thermique (fig. 3 & 4)

La temp4rature est rest4e constante (69 ~ pendant douze heures cons6cutives. Apr~s une semaine, le cube n'4tait pas encore refroidi; la temp4rature atteinte 4tait de a8 ~ soit xo ~ de plus que la temp4rature ambiante.

Asymptote (fig. 5)

La figure 5 montre clairement que l 'on approche d 'une valeur limite qui peut 4tre de z ou 3 degr4s de plus que la temp4rature atteinte dans le cas du cube de 19 litres.

Rdsine polyester (fig. 6)

Un seul essai, un cube de i litre, isol6, montre une 414ration de temp4rature plus rapide, mais l'essai est suffisant pour que l 'on puisse affirmer que le comportement d 'une r4sine polyester sera analogue ~ celui d 'une r4sine ~poxy.

IV. Conc lus ions

r. La seule chose qu'on puisse affirmer - - et c'4tait le probl~me essentiel ~ r4soudre - - c'est qu'il n 'y a pas ~t craindre de r~action en chalne, d'614vation sauvage de temp4rature.

H . P O L L E T

l'emp~r'atut'e *C

76

~ r n u m : 6,3 *C 60

SO / atteint en I h IS

/ 40

30

20 1 2 3

temps, heur'es

Fig. 6. - - Essa i sur cube de 1 1. isol6. R4sine Polyes ter .

2. L'414vation finale de temp4rature n'est pas fonction du poids total de la piece de b~ton, mais uniquement de l'4paisseur maximale de la piece.

3. Pour d4terminer exp4rimentalement la temp4rature maximale, il suffit, pour un b4ton de r4sine donn4 (aprks le choix des agr~gats et de la r4sine) de fabriquer un cube dont l'ar~te sera 4gale ~ l'4paisseur maximale de la piece

couler, et de l'isoler le mieux possible (xo cm de mousse de polyurethane ou de polystyrkne expanse). On pourra recommencer l'exp4rience avec un cube identique non isol4, ce qui donnera la temp4rature qui, en fait, ne sera probablement pas d4pass4e.

4. Reste ~ savoir si la temperature ainsi obtenue est admissible ou non. I1 faut faire attention au retrait qui n'est pas n4gligeable dans le cas de la r4sine ~poxy et qui est consid4rable dans le cas de la plupart des r4sines polyesters. Si, ~t ce retrait in4vitable, s'ajoute encore le retrait d'ordre thermique, dfi au refroidissement de la piece, le danger de fissuration est s4rieux, surtout si la pi6ce adhere aux parois du moule.

5 -Pour abaisser la temp4rature, on peut recourir ?a diff4rents moyens :

- - Prendre des r4sines 4poxys de pr~f4rence aux polyesters (retrait plus faible).

- - Choisir des r~sines moins exothermiques. - - Ventiler les blocs de b~ton en surface; locaux bien

a4r~s. - - Noyer dans le b4ton une canalisation de cuivre rouge

parois minces et faire circuler de l'eau pendant la polym4risation.

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