Produit d'Étancheité

8/18/2019 Produit d'Étancheité

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Matériaux d’étanchéité

par Philippe ZÜNDELOffice des Asphaltes

avec la collaboration de Pierre ANDRÉ Ancien Secrétaire Général de la Chambre Syndicale Nationale de l’Étanchéité pour la rédaction du paragraphe 2.2

et Pierre NEYMARC Établissements Lagesse et Neymarc pour la rédaction du paragraphe 2.3

es matériaux d’étanchéité constituent les membranes (revêtements) proté- geant les ouvrages tels que :

— toitures (d’habitations, de parkings) ; — cuvelages ; — bassins ;

— murs et façades ; — ponts ; — tunnels ;

des effets de l’eau (pluie, infiltrations souterraines, vapeurs).De par leur imperméabilité globale et leur pose en enveloppe hermétique, les

matériaux d’étanchéité se distinguent donc des simples matériaux de couver- ture qui n’assurent souvent qu’un écoulement par gravité des eaux.

1. Composants de base............................................................................... C 921 - 21.1 Bitumes......................................................................................................... — 2

1.1.1 Généralités .......................................................................................... — 21.1.2 Bitumes naturels................................................................................. — 21.1.3 Bitumes de pétroles............................................................................ — 2

1.2 Asphalte naturel........................................................................................... — 21.3 Goudrons et brais de houille ...................................................................... — 31.4 Résines ......................................................................................................... — 3

2. Matériaux d’étanchéité en masse........................................................ — 32.1 Asphalte coulé ............................................................................................. — 3

2.1.1 Définition............................................................................................. — 32.1.2 Constituants des asphaltes coulés pour étanchéités....................... — 42.1.3 Divers types d’asphaltes pour étanchéités....................................... — 4

2.2 Ciment volcanique....................................................................................... — 52.3 Enduits pâteux............................................................................................. — 52.4 Émulsions bitumineuses............................................................................. — 6

2.4.1 Utilisation en étanchéité..................................................................... — 62.4.2 Conditionnement................................................................................ — 6

Pour en savoir plus ........................................................................................... Doc. C 921

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MATÉRIAUX D’ÉTANCHÉITÉ ______________________________________________________________________________________________________________

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1. Composants de base

Les divers constituants entrant dans la composition de l’un oul’autre des matériaux visés dans le paragraphe 2 ainsi que dansl’article Étanchéité par revêtement de surface. Caractéristiques et matériaux [C 920] du présent traité peuvent être caractérisés commesuit.

1.1 Bitumes

1.1.1 Généralités

Les bitumes sont des mélanges d’hydrocarbures à masses molé-culaires élevées pouvant appartenir aux trois groupes suivants :

— aliphatique ;— naphténique ;— aromatique.

L’utilisation, comme solvant sélectif, d’un hydrocarbure léger engrand excès permet de fractionner un bitume en deux parties :

— la partie dissoute (les malthènes ) a l’aspect d’une huilevisqueuse de couleur foncée ;

— la fraction précipitée (les asphaltènes ) est constituée par descorps de masses moléculaires très élevées, se présentant sous laforme d’une substance solide et noirâtre.

Il n’y a pas de discontinuité entre malthènes et asphaltènes, lefractionnement obtenu dépendant du solvant employé.

On a longtemps utilisé l’éther de pétrole, maintenant remplacépar l’heptane normal.

On constate que les malthènes se comportent comme un fluideparfaitement visqueux (fluide newtonien). La présence des asphal-tènes confère aux bitumes des propriétés caractéristiques de l’étatcolloïdal.

Les asphaltènes ont tendance à absorber la fraction aromatiquela plus lourde des malthènes et forment ainsi des corpuscules

complexes (les micelles ) qui sont en suspension dans une phasecontinue formée par les malthènes de basse masse moléculaire.

En règle générale, les bitumes sont caractérisés par les spécifi-cations suivantes :

— la pénétration, suivant norme NF T 66-004 (qui caractérise ladureté) ;

— le point de ramollissement bille et anneau , suivant normeNF T 66-008 (qui caractérise la susceptibilité thermique) ;

et souvent aussi par :— la ductilité, suivant norme NF T 66-006 (qui caractérise

l’allongement à la rupture) ;— le point Fraass (qui caractérise la fragilité aux basses tempé-

ratures).

Les bitumes sont obtenus :— soit sous forme naturelle ;

— soit, plus couramment, par distillation du pétrole.

1.1.2 Bitumes naturels

Le monde recèle les gisements les plus divers, dont une grandepartie est sans doute encore inconnue.

Toutefois, le seul bitume naturel couramment utilisé, en particu-lier en France et en Europe (Grande-Bretagne, République fédéraled’Allemagne, Suisse), est le bitume naturel de Trinidad.

Extrait d’un gisement situé dans l’île de Trinidad (Antilles) etcommercialisé après traitement sous le nom de Trinidad épuré, cebitume est connu pour la remarquable constance de ses composantset pour sa propriété de conférer aux matériaux bitumineux une très

bonne tenue dans le temps et une résistance accrue à la fissurationaux basses températures. Ses caractéristiques principales sont :

— solubilité dans le sulfure de carbone : 55 % ;— pénétration à 25 oC : 2 ;— point de ramollissement bille et anneau : 95 oC.

L’utilisation du bitume naturel de Trinidad fait l’objet de règlesprécises [1].

1.1.3 Bitumes de pétroles

Les bitumes sont fabriqués industriellement à partir des pétrolesbruts d’où l’on extrait, au préalable, les fractions les plus légères(figure 1). De la partie restante, constituée par des huiles visqueuses,on sépare un bitume de la dureté désirée. Certaines qualités sontfabriquées par :

— oxydation plus ou moins poussée d’une base bien choisie ;cette opération, qui s’effectue dans une installation spéciale où l’oninsuffle de l’air à travers la masse de bitume chauffée à 260 oCenviron, a pour effet de relever le point de ramollissement et dediminuer la susceptibilité (variation des propriétés en fonction dela température) ;

— désasphaltage de certaines bases lourdes en traitant ledistillat au moyen d’un solvant sélectif (phénol ou propane) ; onobtient ainsi des bitumes plus durs.

Pour la réalisation des asphaltes et des chapes d’étanchéité, onutilise généralement les bitumes de pénétration 40/ 50, 80/100,180/220.

1.2 Asphalte naturel

Objet de la norme NF B 13-001, il constitue l’élément essentiel dumastic entourant le squelette minéral de l’asphalte coulé.

Dans les formulations de l’asphalte coulé, l’asphalte naturel estintroduit sous forme de poudre réalisée à partir d’un produit naturel,en l’occurrence une roche, définie comme suit.

L’article 2.1.1. de la norme NF B 13-001 spécifie par ailleurs que :— la teneur minimale en bitume natif est de 6 % de la masse de

la roche d’asphalte naturel ;— la teneur en CaCO3 de la fraction minérale est au minimum

de 90 %.

Les principaux gisements français sont les suivants :— Pont-du-Château (Puy-de-Dôme) ;— Avejan (Gard) ;— Saint-Jean-de-Maruéjols (Gard) ;— Seyssel (Ain) ;— Lovagny (Haute-Savoie).

Ainsi, la poudre de roche d’asphalte naturel constitue, à l’étatnatif, la meilleure forme d’association de poudre minérale (fines) etde bitume qui soit. Les propriétés essentielles des composantes del’asphalte naturel sont les suivantes :

— le calcaire imprégné de bitume naturel est une roche rela-tivement poreuse, composée de 85 % de calcite et 15 % d’argile(kaolinite, illite, montmorillonite) ; il comporte une forte proportiond’éléments fins (90 % du tamisat à 80 µm passent au tamisde 50 µm) ;

— le bitume naturel, soluble dans le benzène, le trichloréthylène,etc., peut être assimilé à un bitume de distillation direct d’un gradeintermédiaire entre un 180 / 220 et un 80 / 110 ; riche en asphaltènes,du fait d’une exsudation par la roche des malthènes et autres huilesnon colloïdales, ce bitume naturel est très visqueux et agglutinant ;de plus, il a une très faible susceptibilité à la température (point deramollissement bille et anneau : 38,5 oC).

Roche sédimentaire, généralement calcaire, naturellementimprégnée de bitume natif.


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L’imprégnation à cœur de l’asphalte naturel (à raison de 9 % enmoyenne de bitume), à des températures qui n’ont jamais étévoisines du cracking , confère aux matériaux fabriqués à partir decette roche :

— une résistance exceptionnelle aux effets de vieillissement ;et donc :

— une longévité quasi légendaire (de nombreuses toitures-errasses ont des étanchéités en asphalte âgées de 40, voire 50 ans).

1.3 Goudrons et brais de houille

Obtenus par distillation de la houille, ils servent de base à laabrication des ciments volcaniques, à l’imprégnation des cartonseutres goudronnés, à leur surfaçage, à la fabrication des produits

pâteux appliqués à froid.

Conditionnement :

— brais , en vrac ;— goudrons , en fûts fermés de 200 litres environ (type pétrolier)

ils peuvent être livrés par camion-citerne et wagon-citerne).

1.4 Résines

Des résines synthétiques ont fait leur apparition dans certainsravaux d’étanchéité depuis peu.

Il s’agit notamment de résines polyesters, polyuréthannes etépoxydes, le dernier type étant d’usage le plus courant.

Les résines époxydes, en particulier, sont des produits decondensation de l’épichlorhydrine avec des polyalcools ou despolyphénols, en présence de soude ; les autres produits de la réac-ion sont le chlorure de sodium et l’eau.

Les résines peuvent comporter des charges , le plus souvent miné-ales, qui réduisent le retrait et le coefficient de dilatation thermique.

Les résines conviennent particulièrement bien pour traiter desfissures pour des ragréages et pour certains types d’étanchéitédélicats.

La qualité des supports devant recevoir les résines ainsi quel’application de ces dernières requièrent une main-d’œuvre qualifiée.

2. Matériaux d’étanchéitéen masse

2.1 Asphalte coulé

L’asphalte coulé est le plus traditionnel et le plus anciennementconnu des matériaux d’étanchéité en France et dans plusieurs payseuropéens (Suisse, Grande-Bretagne, Espagne, République fédé-rale d’Allemagne en particulier) dans les domaines du bâtiment(toitures-terrasses, article Étanchéité. Toitures-terrasses [C 1 045]dans le présent traité) et des travaux publics (ouvrages d’art).

2.1.1 Définition

La norme NF P 84-305, régissant les asphaltes coulés pourétanchéités, donne du terme asphalte la définition la plus généralesuivante.

Figure 1 – Schéma de principe de la fabrication des bitumes à partir de la distillation des bruts de pétrole

Le terme générique asphalte englobe l’ensemble des produitsconstitués par un mélange :

— d’un mastic (liant bitumineux et poudre d’asphalte naturelou fines) ;

— d’un squelette minéral (granulats 0/ 6, 6/10, 10/14, en pro-portion variable).

Ces produits, parfaitement pleins, sont appliqués par coulageà chaud, sans nécessité de compactage.


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À ce stade apparaissent deux notions essentielles liées à la fabri-cation des asphaltes pour étanchéités :

— la présence d’asphalte dit naturel (pour la quasi-totalité destypes d’asphaltes) ;

— la présence de bitumes (naturels ou issus de la distillation despétroles) qui ne sont donc qu’une des composantes de l’asphalte

coulé (la confusion entre asphalte et bitume est fréquente).

2.1.2 Constituants des asphaltes couléspour étanchéités

Les différents constituants, variables dans leur dosage suivantles types d’asphaltes considérés et examinés au paragraphe 2.1.3,sont : l’asphalte naturel, le bitume d’ajout, les fines et les granulats.

2.1.2.1 Asphalte naturel

Ce matériau de base, dont le rôle est fondamental, a été définiau paragraphe 1.2.

Dans l’état actuel des techniques de fabrication, on utilise le plussouvent de la poudre-filler.

2.1.2.2 Bitume d’ajout

Le pourcentage de bitume naturel résultant de l’introduction depoudre d’asphalte naturel est complété par un apport de bitume depétrole (et éventuellement de bitume naturel de Trinidad) pourl’obtention de teneurs finales dont le maximum est de 23 %(asphaltes purs étanchéité).

2.1.2.3 Fines (encore appelées fillers )

Dans les formulations d’asphaltes coulés pour travaux d’étan-chéité, les fines ne sont tolérées que pour certains types decompositions [certains asphaltes pour étanchéités d’ouvragesd’art et protections d’étanchéités sur toitures-terrasses(norme NF P 84-305)].

Les fines sont obtenues par le broyage de roches sédimentaires

généralement calcaires. Les fines d’origine autre que calcaire sontréservées à la fabrication des asphaltes anti-acides.

Les fines entrant dans la composition des asphaltes coulés sontconstituées par un agrégat fin dont 100 % des éléments passent autamis de 80 µm.

Les fines aptes à la réalisation des asphaltes coulés satisfont auxconditions suivantes :

— masse volumique : 2,6 kg / m3 ;— pourcentage de vides Rigden [2] : 32 à 38 % ;— volume apparent dans le toluène : 10 à 20.

2.1.2.4 Granulats : sables et gravillons

Les granulats entrant dans la composition des asphaltes couléssont toujours définis par le rapport d / D de deux seuils granulairesoù d et D sont respectivement la plus petite et la plus grande

dimension des grains.Pour les fabricat ions d’asphaltes coulés dont , les

granulats sont obligatoirement approvisionnés en au moins deuxfractions.

2.1.2.4.1 Sables

Les sables peuvent pratiquement être classés en deux catégories :— sable fin : de 0,08 à 0,2 mm ;— sable gros : de 0,2 à 2 mm.

Ils proviennent soit de dépôts naturels, soit du concassage deroche.

Les sables provenant du concassage de roches massivesprésentent un équivalent de sable ES :

• pour un pourcentage de fines < 15 % ; • pour un pourcentage de fines > 15 %.

2.1.2.4.2 Gravillons

La granularité de ces agrégats s’étale en général de 2 à 10 mm.

Le choix s’opère parmi les gravillons de roche dure, propre et debonne forme, tels les porphyres et les diorites.

Les gravillons concassés de calcaire dur ou de quartz sontimposés pour certaines formules, notamment celles relatives auxcouches de protection où l’on recherche à la fois leur dureté et leurbonne adhésivité au bitume.

Les agrégats de lit de rivière, tels que silico-calcaires ou mignon-nette, conviennent parfaitement pour les matériaux de protectiond’étanchéité.

2.1.3 Divers types d’asphaltes pour étanchéités

Les asphaltes utilisés pour les revêtements d’étanchéité sont :— l’asphalte pur étanchéité ;— l’asphalte sablé étanchéité ;— l’asphalte gravillonné étanchéité.

2.1.3.1 Asphalte pur étanchéité

C’est en somme un mastic d’asphalte naturel enrichi de bitume.

Dans les deux cas, la teneur en bitume pur (soluble dans lesulfate de carbone) doit être au minimum de 16 % en masse duproduit prêt à l’application.

Selon la destination de l’étanchéité à réaliser (toitures-terrasses,terrasses-jardins, terrasses-parkings, cuvelages, ouvrages d’art), ilest possible d’agir sur la résistance au poinçonnement du produitfini.

On distingue trois types principaux d’asphalte pur.

Asphalte pur étanchéité : principalement uti l isé pourl’imperméabilisation des toitures-terrasses de bâtiments (complexe5 mm + 15 mm).

Formule type (en masse) :— poudre d’asphalte naturel : 86 % ;— bitume 40 / 50 d’ajout : 14 %.

Asphalte pur spécial étanchéité : utilisé pour l’étanchéité desterrasses-parkings et ouvrages d’art (complexe - type 5 mm+ 15 mm + 20 mm).

Formule type : — poudre d’asphalte : 87,5 % ;— bitume 40 / 50 : 12,5 % ;— adjuvant (copolymère) : 1,0 %.

Asphalte pur caoutchouc : utilisé surtout pour l’étanchéité desouvrages d’art.

Formule type : — poudre d’asphalte : 86,4 % ;— bitume 40 / 50 : 13 % ;— poudre de caoutchouc (non vulcanisé) : 0,6 %.

D 6 mm

L’asphalte pur étanchéité est obtenu par mélange à chaud depoudre d’asphalte naturel avec du bitume naturel, du bitumeissu de la distillation du pétrole ou un mélange des deux.

ES 45ES 40


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2.1.3.2 Asphalte sablé étanchéité

L’asphalte sablé étanchéité constitue un élément des complexesd’étanchéité, en assurant une protection de la première couche enasphalte pur.

La proportion de poudre d’asphalte naturel entrant dans lacomposition du mélange doit être au minimum de 50 % en massedu produit fini.

La teneur en bitume pur doit être au minimum de 11 % en massedu produit prêt à l’application.

La plus grande dimension des sables ou gravillons utilisés nedoit pas être supérieure à la moitié de l’épaisseur du revêtement àéaliser.

L’asphalte sablé peut être teinté par adjonction d’un oxydecolorant.

Formule type :

— bitume 40 /50 : 8 à 10 % ;— poudre d’asphalte : 50 % ;— sable 0 / 5 : 40 à 42 %.

2.1.3.3 Asphalte gravillonné étanchéité

Ce type d’asphalte est employé pour les revêtements de protec-ion des complexes d’étanchéité des terrasses-parkings et deserrasses-jardins.

Le pourcentage et la dimension des gravillons varient suivant’épaisseur et la nature du revêtement à réaliser, leur plus grande

dimension ne devant pas être supérieure à la moitié de l’épaisseurdu revêtement.

2.2 Ciment volcanique

Cette appellation qui induit en erreur beaucoup de lecteursdésigne le liant le plus ancien entrant dans la composition desevêtements d’étanchéité multicouche puisque sa mise au point

par l’Allemand Heussler remonte à 1830.

Il s’agit d’un mélange de brais de goudron de houille, de soufreet de résine et, éventuellement, d’autres substances telles que desfines. Son point de ramollissement, le plus bas des liants d’étan-chéité, est égal ou supérieur à 38 o

C alors que celui des bitumesest supérieur à 85 o

C. Cette caractéristique limite son emploi auxoitures-terrasses dont la pente n’excède pas 3 %, en raison desisques de fluage qu’il pourrait présenter s’il était appliqué sur des

supports plus inclinés.

Sa perte au chauffage, qui doit rester inférieure à 8 % après cinqheures à 130 o

C, pourrait constituer un élément défavorable à sonemploi si l’on compare cette caractéristique à celle obtenue danses mêmes conditions avec les bitumes soufflés. Or, l’usage a

montré qu’après de nombreuses années de service son point deamollissement relevé lors de la mise en œuvre reste stable alors

que celui des bitumes s’élève au fil des ans, ce qui confirme sabonne résistance au vieillissement.

Les armatures cellulosiques des feutres imprégnés goudronnésauxquelles le ciment volcanique est associé ont leur imputrescibiliténotablement améliorée par les fongicides qu’il contient. Les crésols,

notamment, ont tendance à éloigner naturellement des revêtementsd’étanchéité à base de ciment volcanique les racines de la végétation,ce qui explique l’emploi de ce système sous terre végétale.

Les revêtements d’étanchéité sont toujours appliqués en indé-pendance, cela afin d’éviter l’entraînement dans le support desparties solubles du ciment volcanique d’une couche de collage au

contact de l’humidité due à la condensation au niveau du pland’application.

Les revêtements d’étanchéité sont ainsi constitués :— sur toitures-terrasses inaccessibles : quatre couches de feutre

imprégné goudronné type 27 I

entre quatre couches de cimentvolcanique ;

— sur toitures-terrasses accessibles ou toitures-terrassesjardins : cinq couches de feutre goudronné type 27 I

entre cinqcouches de ciment volcanique.

La protection des toitures-terrasses inaccessibles est constituéede 2 cm de sable et de 4 cm de gravillon meuble. Celle destoitures-terrasses accessibles est réalisée conformément aux pres-criptions du DTU 43, la couche d’indépendance étant toujoursconstituée par lit de sable.

2.3 Enduits pâteux

Ces produits sont caractérisés par leur application à froid

et nenécessitent aucun mélange in situ

.

Depuis des siècles, les enduits pâteux sont employés dans lebâtiment et la construction navale.

Au milieu du siècle dernier, le développement des goudrons dehouille et des bitumes a permis la mise au point d’un matériauconservant dans le temps une longue plasticité.

Les enduits pâteux d’étanchéité que l’on trouve sur le marchésont constitués :

— d’un liant à base de bitume ou de brai de houille pour lesproduits noirs, ou d’élastomères de synthèse pour les produits

clairs ;— de fillers (craie, silice, kaolin) ;— de fibres d’amiante qui servent d’armature au produit.

Ils répondent à la norme NF P 84-304 pour leur composition etleurs caractéristiques physiques, avant et après application (fluage,plasticité).

À l’origine, ils ont été mis en œuvre pour colmater des fissures,des cassures ou réaliser des joints sur béton, métaux, bois.

Vers 1920 apparaissent les premiers travaux d’étanchéité deterrasses avec enduction totale de la surface après renforcementdes fissures.

Enfin, la profession crée des règles concernant la mise en œuvredes différents procédés d’étanchéité multicouche.

On peut citer comme exemples de mise en œuvre :

des étanchéités de coupoles inaccessibles,

réalisées par un

complexe comprenant :— une couche d’apprêt vernis bitumineux,— une couche d’enduit pâteux,— une armature en aluminium 8/100 mm,— une couche d’enduit pâteux ;

des étanchéités de terrasses accessibles

après pose del’isolant suivant les règles professionnelles, mise en place d’uncomplexe multicouche comprenant :

— un feutre 36 S

,— une couche d’enduit pâteux,— une feuille d’aluminium 8 / 100 mm,— une couche d’enduit pâteux,— un feutre 36 S

.

L’asphalte sablé étanchéité est un mélange d’asphalte pur, desables ou de gravillons, ou un mélange des deux.

L’asphalte gravillonné étanchéité est fabriqué à partir desmêmes constituants que l’asphalte sablé étanchéité, les gra-villons étant des porphyres concassés.


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Les lés de produits en feuilles sont de 2 à 3 m. Les recouvrementsde 5 à 10 cm sont toujours encollés à l’aide de produits pâteux.

Les relevés

sont réalisés suivant les mêmes techniques mais ilssont collés en plein sur le support. Ils comprennent :

— une couche de vernis d’imprégnation à froid ;— une couche de produit pâteux ;— une feuille d’aluminium 8 / 100 ;— une couche de produit pâteux ;— un feutre 36 S

.

La partie haute des relevés est renforcée par une bande supplé-mentaire de produit pâteux armé par une bande tissée.

Les protections sont réalisées par des chapes de ciment ou desdalles préfabriquées. Elles sont posées sur un lit de sable de 2 cmenviron afin d’être bien désolidarisées de l’étanchéité.

Les éléments de petites dimensions constituant une étanchéitépar produit pâteux permettent, lors du travail

du bâtiment, unglissement des couches les unes par rapport aux autres et non uneélongation des membranes.

De par la main-d’œuvre qualifiée qu’elle nécessite au moment dela pose, l’étanchéité par produit pâteux est d’un prix de revientplus élevé que les autres systèmes. En contrepartie, c’est un des

procédés d’étanchéité durable les plus fiables.

2.4 Émulsions bitumineuses

Ce sont des émulsions de bitume dans l’eau obtenues par actiond’un émulsif. Leur spécification est donnée par leur pourcentageen bitume pur (40, 50, 60 %) et par la rapidité plus ou moins grande

de rupture de l’émulsion (émulsion à rupture lente, émulsion àrupture rapide).

2.4.1 Utilisation en étanchéité

Elles sont utilisées en étanchéité pour certains procédés in situ

avec armature en voile de verre. Elles servent également dans laconstitution du mortier bitumineux (100 à 300 L par mètre cube demortier) et comme matériau de fixation du gravier (4 L au mètrecarré environ).

2.4.2 Conditionnement

Il est effectué en fûts fermés, genre pétrolier, de 200 litres,

consignés. Ne pas transporter ni stocker par grands froids.

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