Micromechanical modelling of the elastic behaviour of polymer mortars

Abstract

Polymer concretes have applications in construction due to the greater tensile strength and chemical resistance of the polymeric binder compared to cementitious one. In order to predict the elastic characteristics of the mortar mixes, the homogenisation techniques are used. They are derived from the Mori–Tanaka (MT) scheme coupled with the orientation distribution function and are extended in this work to the case of a composite of four components: the polymeric binder, the fine part of silica sand (round grains), the coarse sand (ellipsoidal grains) and the porosity. The geometries of the reinforcements are taken into account in the Eshelby tensor. The influence of the coarse grain’s orientation is studied. The porosity is experimentally measured and its proportion is introduced in the models. To validate the proposed micromechanic modelling, the elastic properties of polymer mortars are evaluated by ultrasonic wave propagation measurements. The good correlation between numerical simulations and experimental results shows that the proposed homogenisation technique, taking into account the specific orientation of each inclusion’s family, provides satisfactory predictions of the elastic behaviours of epoxy resin mortars. Les bétons de polymères trouvent leurs applications en construction grâce à la résine polymère qui leur confère de meilleures résistances à la traction et aux sollicitations environnementales (résistance chimique). Les prédictions des caractéristiques élastiques des mortiers de résine sont réalisées par techniques d’homogénéisation, fondées sur le schéma de MT, couplé à la fonction de distribution d’orientation ODF, et étendues dans ce travail au cas d’un composite à 4 constituants: la matrice de résine polymère, la partie fine du sable de silice (grains ronds), la partie plus grossière du sable (gros grains ellipsoïdaux) et la porosité. Les différentes géométries des renforts sont prises en compte dans le tenseur d’Eshelby. L’influence de l’orientation des gros grains est étudiée. La porosité est mesurée expérimentalement et sa proportion introduite dans les modélisations. Afin de valider la modélisation proposée, les propriétés élastiques des mortiers de polymère sont évaluées par mesures ultrasonores. La bonne corrélation entre les simulations numériques et les résultats expérimentaux montre que la technique d’homogénéisation proposée, tenant compte de l’orientation propre de chaque famille de l’inclusion, fournit des prédictions satisfaisantes des comportements élastiques des mortiers résine époxy.