ISO/TR 16475:2011
(Main)Guidelines for the repair of water-leakage cracks in concrete structures
Guidelines for the repair of water-leakage cracks in concrete structures
ISO/TR 16475 gives guidelines for the selection of a proper grout material to repair water leakage through cracks and other discontinuities in concrete structures including the following: conditions of water-leakage cracks; performance requirements for repair materials; different types of repair materials (grouts); procedures followed to select the appropriate repair materials; execution of different types of repair methods; performance assessments of applied materials and methods; data collection.
Lignes directrices pour la réparation des fissures dues à l'eau dans les structures en béton
L'ISO/TR 16475:2011 fournit des lignes directrices pour la sélection d'un matériau de scellement approprié pour colmater les fissures dues à l'eau et autres discontinuités dans les structures en béton, à savoir: les conditions des fissures dues à l'eau, les exigences de performance des matériaux de réparation, les différents types de matériaux de réparation (coulis), les procédures suivies pour sélectionner les matériaux de réparation appropriés, l'exécution des différents types de méthodes de réparation, l'évaluation des performances des matériaux et méthodes mis en ?uvre, et la collecte de données.
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TECHNICAL ISO/TR
REPORT 16475
First edition
2011-08-01
Guidelines for the repair of water-leakage
cracks in concrete structures
Lignes directrices pour la réparation des fissures dues à l'eau dans les
structures en béton
Reference number
ISO/TR 16475:2011(E)
©
ISO 2011
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ISO/TR 16475:2011(E)
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Published in Switzerland
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ISO/TR 16475:2011(E)
Contents Page
Foreword . iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions . 2
4 Conditions of water-leakage cracks . 3
4.1 Types of water-leakage cracks . 3
4.2 Environmental conditions of water-leakage cracks . 3
5 Performance requirements for repair materials . 5
5.1 Performance requirements for chemical conditions . 5
5.2 Performance requirements for physical (mechanical) conditions . 5
6 Grout materials for repair . 6
6.1 Acrylic grouts (water-based acrylic gel grout) . 6
6.2 Cementitious grouts (water-based mixture of cement grout). 7
6.3 Hydrophilic epoxy resin grout . 7
6.4 Polyurethane grouts . 8
6.5 Synthetic rubber polymerised gel grout . 8
6.6 Other material . 8
7 Procedures applied to select the appropriate repair materials . 8
7.1 Selection process of repair materials (grouts) . 8
7.2 Test for performance requirements . 9
8 Execution of different types of repair methods . 11
8.1 Grouting injection methods. 11
8.2 Injection method for reforming a waterproofing layer . 13
9 Performance assessments of repaired structures . 13
9.1 Inspection of repairs . 13
9.2 Evaluation of repairs . 14
10 Data collection (record keeping) . 14
Bibliography . 15
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ISO/TR 16475:2011(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from that
which is normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may decide by a
simple majority vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical Report is entirely
informative in nature and does not have to be reviewed until the data it provides are considered to be no
longer valid or useful.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TR 16475 was prepared by Technical Committee ISO/TC 71, Concrete, reinforced concrete and
pre-stressed concrete, Subcommittee SC 7, Maintenance and repair of concrete structures.
iv © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO/TR 16475:2011(E)
Introduction
This Technical Report attempts to draw out a successful and effective plan for repairing water-leakage cracks.
In general, there are two types of cracks that form within a concrete structure: dry cracks and water-leakage
cracks. Dry cracks vary in their depth and width, and are known to cause instability to the foundation and
durability of concrete structures. Water-leakage cracks arise from a combination of several environmental
factors (chemical and physical or mechanical influences) that surround the buildings or concrete structures.
They not only further the negative effects of dry cracks, but also cause additional problems, such as lingering
humidity and wetness in building operations, which sometimes renders the buildings and the structures unable
to carry out their designated performance, purposes and duties.
It has been assumed that the reason why it is difficult to find a proper method for repairing water leakage
cracks is an insufficient knowledge and understanding of the negative factors (i.e. environmental conditions,
the influences of various human activities, etc.) that cause the formation of the cracks and also in the selection
of the repair materials and methods. Various types of repair techniques have been carried out in order to
mend these different types of cracks, mainly the water-leakage types. However, the required conditions for
sealing the water-leakage cracks have often proven to be extremely difficult to satisfy due to the wet and
humid environment (which in most cases is the initial reason why the cracks have formed in the first place).
This lack of a reliable and stable source of information regarding the water leakage cracks has caused
unnecessarily high costs of repair in the field of construction and architecture and still continues to be a
problem today.
Past records related to remedial action taken for these cracks have shown numerous results; some have
shown failure, some have had minor success and some have managed to find an adequate solution that met
the structures' needs so that they are able to continue performing their designed purposes. But rarely has a
global, standardized and consistent solution been implemented for these problems. When all the
aforementioned problems are taken into consideration, it is evident that there is a strong need for a
standardized guideline on how to select the appropriate materials and methods in accordance with the
different types of environmental conditions and factors that lead to water-leakage cracks. It is highly
anticipated that a newly proposed awareness and understanding of these issues will prevent further
unnecessary use of high budgets and expensive repair materials that do not serve its intended purpose and
additionally will help avoid manual and possibly dangerous repair projects when dealing with water leakage
cracks.
This Technical Report attempts to create a reliable consistency for future cases of water-leakage cracks so
that there will no longer be a need for obscure and insecure solutions that rarely remedy these types of
problems with concrete structures. This Technical Report was developed for countries that do not currently
have existing general guidelines on this subject and for local regulatory authorities worldwide. It is eagerly
anticipated that there will be further development and cooperation by the authorities in each country for the
principle of further augmenting knowledge about concrete and the understanding of concrete structures and
architectural construction.
© ISO 2011 – All rights reserved v
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 16475:2011(E)
Guidelines for the repair of water-leakage cracks in concrete
structures
1 Scope
This Technical Report gives guidelines for the selection of a proper grout material to repair water leakage
through cracks and other discontinuities in concrete structures including the following:
conditions of water-leakage cracks;
performance requirements for repair materials;
different types of repair materials (grouts);
procedures followed to select the appropriate repair materials;
execution of different types of repair methods;
performance assessments of applied materials and methods;
data collection.
This Technical Report does not include a focused section about the repair of dry cracks and the causes or the
1)
origins of cracks. The details on dry crack repairs are covered in ISO 16311-4 .
A flow chart for maintenance of water-leakage cracks is shown in Figure 1.
1) To be published.
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ISO/TR 16475:2011(E)
Chemical conditions:
- wet or humid (damp) substrate
- air or water temperature change
- chemical compositions in water
Analysis of water-leakage crack
conditions
Physical (mechanical) conditions:
- water pressure
- thermal volume change
- movement
- uneven settlement
Checking the substrate condition,
Selection of repair materials test of material performance
suitable for environmental conditions
Applicability, cost, duration of use,
Selection of repair methods
finishing condition, other side effects
- Inspection of repairs
Assessment of repaired structures
- Evaluation of repairs
Figure 1 — Flow chart for maintenance of water-leakage cracks
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
2)
ISO 16311 (all parts), Maintenance and repair of concrete structures
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 16311 (all parts) and the following
apply.
3.1
water-leakage cracks
concrete fissures that accompany water leakage intermittently or continuously
2) To be published.
2 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO/TR 16475:2011(E)
3.2
leakage
amount or flowing state of liquid (water) that escapes from inside or outside a concrete substrate by means of
a crack, hole, joint or other fault
3.3
thermal compatibility
chemical and physical stability of repair materials in response to temperature fluctuations in the atmosphere or
under water
3.4
water resistance
ability to withstand quantitative and qualitative loss of materials produced by the pressure and flow velocity of
water
4 Conditions of water-leakage cracks
4.1 Types of water-leakage cracks
Various types of cracks under conditions ranging from dry to flowing water are given in Table 1. This includes
both non-moving or static cracks which are stable and moving or dynamic cracks which are not growing. Table
1 also provides information about leakage cracks with varying ranges of width and water flow.
4.2 Environmental conditions of water-leakage cracks
Unlike dry cracks, when water-leakage cracks are exposed to various conditions, there are several
environmentally-related (chemical and physical or mechanical) factors which must be taken into consideration,
including temperature and humidity in the atmosphere, water pressure, flow velocity, chemical reactions of the
water, and the vibration caused by passing vehicles. Such factors have negative effects not only on the water-
leakage cracks themselves, but also on the efficiency and effectiveness of repair materials and methods that
may be used on the cracks (see Figure 2).
Table 1 — Classification of cracks in relation to repair of water-leakage
Crack width Leakage amount
Stationary or dormant crack —
Damp surface
Light seepage
Fine cracks
1 l/min (1/4 gal/min)
2 mm (1/13 in)
Medium seepage
1 l/min to 5 l/min (1/4 gal/min to 1 1/4 gal/min)
Heavy seepage
Medium cracks
5 l/min to 10 l/min (1 1/4 gal/min to 2 1/2 gal/min)
2 mm to 6 mm (1/13 in to 1/4 in)
Light flow
10 l/min to 15 l/min (2 1/2 gal/min to 4 gal/min)
Large cracks
Medium flow
15 l/min to 25 l/min (4 gal/min to 6 1/2 gal/min)
6 mm to 20 mm (1/4 in to 10/13 in)
Heavy flow
25 l/min (6 1/2 gal/min)
NOTE Each and every crack width in the left column corresponds to all seven leakage amounts in the right column.
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Leakage cracks
Environmental conditions
Chemical conditions Physical (mechanical) conditions
Air/water Chemical compositions Movement by thermal volume
temperature included in water Water pressure change, differential settlement, effect
change (chloride, acid, alkali, etc.) of vehicles, earthquake and wind
5.2.1
5.1.1 5.1.2 5.2.2 5.2.3 5.2.4
Watertight
Thermal Chemical Adhesion Water Response to
-ness
stability resistance on the wet (washout) the substrate
(of repair
substrate resistance movement
materials)
Performance requirements
Figure 2 — Environmental conditions and performance requirements
for the repair of water-leakage cracks
Because water-leakage cracks are constantly affected by a variety of environmental conditions and factors,
repair materials and proper methods must also be designed to address these environmental factors.
An understanding of the environmental conditions pertaining to water-leakage cracks is a priority for
remedying them. When selecting the correct repair materials and proper methods, the appropriate response to
environmental factors must be considered. Finally, evaluating the appropriate materials and the application
method of these materials to determine the response method to environmental factors is obligatory.
Figure 2 categorizes the environmental factors and illustrates the required performance responses to each
factor. It also provides evaluation items for each repair material.
4.2.1 Chemical conditions
Chemical factors in the environmental condition that affect the efficiency of repair materials for water-leakage
cracks include temperature changes in the air or water surrounding the leakage cracks, and the chemical
composition of the water (e.g. underground water, salt water, sewage water, and acid rain).
These factors affect thermal stability, resistance to chemical attack, watertightness, and the adhesion of repair
materials on the substrate. The selection of appropriate materials for the given chemical condition is therefore
very important.
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4.2.2 Physical (mechanical) conditions
The physical (mechanical) factors in the environmental condition that affect the efficiency of repair materials
include the movement of volume change by the shrinkage and expansion of concrete due to temperature
change, the movement due to unevenness in the settlement of the structure, the vibration movement caused
by passing of vehicles, and water pressure surrounding the crack.
These factors affect the adhesion on the substrate, the watertightness, and the responsiveness of repair
materials to the substrate movement. The selection of appropriate materials for the given physical
(mechanical) condition is very important with regards to these factors as well.
5 Performance requirements for repair materials
Materials used for repairing water-leakage cracks should perform in response to the environmental conditions.
The performance requirements can be divided into the categories described in 5.1 and 5.2.
5.1 Performance requirements for chemical conditions
5.1.1 Thermal stability
These repair materials are made up of highly polymerized or inorganic compounds, thus they undergo
constant shrinkage and expansion depending on temperature changes. Due to these continuous changes, the
performance of injected repair materials can deteriorate.
In other words, repair materials used to seal water-leakage cracks should maintain their thermal dependence,
even in the case of repeated temperature change, and should remain intact for a long period of time.
5.1.2 Chemical resistance
Concrete structures are constructed under various chemical environmental conditions. They are often
bordered by water or soil in underground structures, and are located near industrial areas or seashores so
that chemical corrosion caused by chemical substances (e.g. acid, alkali, salt water or calcium hydroxide, and
carbon dioxide) occurs more frequently. In addition, chemical corrosion decreases the performance of the
injected repair materials.
Therefore, repair materials should maintain their chemical attack resistance performance, even in the case of
chemical corrosion, and satisfy the need to resist chemical attacks over a long period of time.
5.2 Performance requirements for physical (mechanical) conditions
5.2.1 Watertightness
Watertightness of repair material is the ability of a material to block the penetration of water. The
watertightness of repair material is a crucial performance factor in environments where the substrate concrete
is vulnerable to moisture-related deterioration. It must, therefore, be made certain that injected repair materials
have bonded well, so as not to allow water passage.
Therefore, repair materials should be able to maintain their watertightness performance by withstanding
constant changes in the surrounding water pressure or water volume and remain permeable to water over a
long period of time.
5.2.2 Adhesion on the wet substrate
Water-leakage cracks often occur in wet or underwater conditions. In this case, the injected repair materials
should not only be capable of withstanding strong water currents, but should also have strong adhesion to wet
concrete substrate and other waterproofing layers. These characteristics can be obtained by maintaining the
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strong adhesion of repair material in either solid or liquid gel forms that can block water leakage under higher
stress (water pressure and substrate movement).
Therefore, repair materials should maintain their adhesion performance even in the case of moist or wet
environments, and satisfy the criteria that specify strong adhesion on a wet substrate over the long term.
5.2.3 Water (washout) resistance
The repair material for this condition is injected as a liquid/gel-type substance. The danger of these types of
repair materials is that if they are washed away before hardening, it is highly unlikely that they will keep proper
form and maintain a sufficient amount of repair material in the crack. Thus, its effect could be lost.
Furthermore, when injected repair material is lost due to the water current, it could cause environmental
pollution to the surrounding area, e.g. the underground water or the soil under the building foundation.
Therefore, repair materials used for water-leakage cracks should have the appropriate water resistance
performance to prevent them from being washed away over a long time period.
5.2.4 Response to the substrate movement
The width of water-leakage cracks constantly shrinks and expands according to the changes in the
surrounding temperature, constant vibrations from the motion of vehicles on railways or underground railway
structures and bridges, as well as the movement caused by uneven settlement of structures. The repeated
movement of concrete substrates with water-leakage cracks increases the load on repair materials injected
into the cracks, thus the injected repair materials can be destroyed, which causes a recurrence of water
leakage even after the repair.
Therefore, repair materials should maintain their responsiveness performance to substrate or crack movement
and satisfy the criterion that their responsiveness to the substrate or crack movement will last for a long time.
6 Grout materials for repair
Many types of repair materials (grouts) are currently being used on site, including acrylic grout, water-based
cementitious grout, hydrophilic epoxy resin grout, polyurethane grout, synthetic rubberized gel grout, etc. It is
important to note that many products on the market today may not only have disclosed the composition of
their products, but also be blends of different types of materials, or contain additives that modify or change
their characteristics. There have been numerous attempts to classify grouts according to their appropriate
properties, but the simplest division to date is that of “particulate” grouts and “non-particulate” grouts as
outlined in Figure 3.
6.1 Acrylic grouts (water-based acrylic gel grout)
Types of acrylic grout material include products such as acrylics, acrylates, acrylamides and acrylate ester.
The water-based acrylic gel grout is composed of acrylic acid polymer. Acrylic acid polymer (resin) and
hardener should be prepared in accurate proportions and be mixed at the work site immediately before
application for ideal performance as repair materials. Due to the chemical reaction that occurs with water,
water-based gel grout as an acrylic attains a jelly-like viscosity and blocks water penetration temporarily.
Acrylate gel grout has low tensile capacity and low viscosity because it is water-based. Poor tensile capacity
of the gel results in the grout fracturing. Due to its weakness in terms of stability and its lack of adhesion on
wet substrates, there is a possibility that injected acrylic grout could be destroyed if the crack width changes
too frequently.
Thus, it is advisable to refrain from using this material for water-leakage cracks with severe water leakage or
for expansion joints with severe movement on the structure, such as bridges, underground railways, or
railways. The use of water-based gel grout as an acrylic is recommended for water-leakage cracks or joints
with relatively little movement.
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Grouts
Particulate (cementitious)
Non-particulate (solution)
e.g. cements
Hot or cold melt
Chemical
e.g. asphalt mastics
Inorganic
Organic
e.g. silicates
Structural Non structural
e.g. epoxies, polyesters, e.g. polyurethanes, acrylics,
and polyurethanes and synthetic rubber gel
Figure 3 — Classification of grout material types
6.2 Cementitious grouts (water-based mixture of cement grout)
Types of cementitious grout material include products such as cements or a mixture of cement grout and
bentonite grout, acrylamide grout, microfine grout, polyurethane grout and silicate grout. The thermal
expansion coefficient of cementitious materials tends to be very similar to that of the substrate concrete. They
are widely used due to their efficient bond strength to wet substrate concretes.
Polymer-cement slurry, a mixture of super particle cement (maximum grain size less than 16 µm) and
inorganic compound, is also often used. Cement, polymer and water should be in accurate proportions and
mixed well at the work site to obtain repair material that performs well. When polymer-cement slurries are
used, it is possible to inject materials into cracks that are less than 0,05 mm in width.
Generally, the site at which the injection will be applied should be wet. If the crack is dry, then cementitious
material may shrink before completely sealing the crack, making it difficult to cover the remainder of the crack.
Thus, it is advisable to maintain the crack in a moist environment. When the movements or vibrations of the
structure occur, cracks change width and volume, and damage to the injected cementitious material is
possible. The use of cementitious material is recommended for water-leakage cracks or joints with little
movement.
6.3 Hydrophilic epoxy resin grout
Epoxy always requires thorough mixing with a hardener and a curing compound, such as an amine or a
polyamide. Epoxy resin and hardener should be mixed in accurate proportions at the work site right before
application to obtain a repair material that performs well. There are two types of epoxy resins: hydrophobic
and hydrophilic. Because of their high adhesive strength, hydrophobic epoxies are used for dry crack repairs
for widths greater than 0,05 mm. Problems could also arise due to the high thermal expansion modulus of
hydrophobic epoxies. The concrete is likely to produce another crack adjacent to the repaired crack when
substrate movement occurs. Rigid resign grouts usually fracture at the bond line when subjected to high
tensile stress.
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ISO/TR 16475:2011(E)
Although hydrophobic epoxies have been widely used for structural bonding and waterproofing repairs, most
epoxies that were previously used to seal water-leakage cracks have not produced successful results.
Therefore, until now, epoxies that are able to maintain highly flexible and strongly adhesive properties in
water-leakage cracks were in demand. To meet that demand, hydrophilic epoxies that effectively bond to
moist substrates and effectively withstand substrate movement and constant temperature changes are being
developed and tested in the market.
When selecting an epoxy resin grout, analysis of environmental conditions of the areas where epoxy resin
grouts have previously failed is crucial.
6.4 Polyurethane grouts
Types of polyurethane grout material are products such as polyurethane foam, gels, resins, and solids.
Urethane foam grouts consist of a polyurethane resin that reacts with water to form an expansive, closed-cell
foam or gel (hydrophilic types). Polyurethane resin and hardener should be prepared in accurate proportion
and mixed well at the work site to obtain a repair material that performs well. The reaction time to form the
foam may be controlled from a few seconds up to several minutes with the addition of different types of
catalysts. Because the desired effect of the materials depends heavily on the interval it takes to form, the
importance of proper time management in mixing the components at the site is highlighted.
These grouts are semi-flexible, and thus they may tolerate some changes in crack width. Urethane foam grout
expands when placed by the formation of gas bubbles. But when t
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 16475
Première édition
2011-08-01
Lignes directrices pour la réparation des
fissures dues à l'eau dans les structures
en béton
Guidelines for the repair of water-leakage cracks in concrete structures
Numéro de référence
ISO/TR 16475:2011(F)
©
ISO 2011
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ISO/TR 16475:2011(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2011
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quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
ii © ISO 2011 – Tous droits réservés
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ISO/TR 16475:2011(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction . v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 2
4 Conditions des fissures dues à l'eau . 3
4.1 Types de fissures dues à l'eau . 3
4.2 Conditions environnementales des fissures dues à l'eau . 3
5 Exigences de performance des matériaux de réparation . 5
5.1 Exigences de performance relatives aux conditions chimiques . 5
5.2 Exigences de performance relatives aux conditions physiques (mécaniques) . 5
6 Matériaux de scellement pour la réparation . 6
6.1 Coulis acryliques (coulis à base de gel acrylique hydraulique) . 6
6.2 Coulis cimentiers (mélange hydraulique de coulis de ciment) . 7
6.3 Coulis à base de résine époxy hydrophile. 8
6.4 Coulis de polyuréthane . 8
6.5 Coulis à base de gel polymérisé de caoutchouc synthétique . 8
6.6 Autres matériaux . 9
7 Procédures appliquées pour sélectionner les matériaux de réparation appropriés . 9
7.1 Processus de sélection des matériaux de réparation (coulis) . 9
7.2 Essai relatif aux exigences de performance . 9
8 Exécution des différents types de méthodes de réparation . 11
8.1 Méthodes d'injection de coulis . 12
8.2 Méthode d'injection permettant de reformer une couche d'étanchéité . 14
9 Évaluation des performances des structures réparées . 14
9.1 Inspection de la réparation . 14
9.2 Évaluation de la réparation . 15
10 Collecte des données (enregistrement) . 15
Bibliographie . 16
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ISO/TR 16475:2011(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
Exceptionnellement, lorsqu'un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont
normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l'état
de la technique par exemple), il peut décider, à la majorité simple de ses membres, de publier un Rapport
technique. Les Rapports techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas nécessairement
être révisés avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO/TR 16475 a été élaboré par le comité technique ISO/TC 71, Béton, béton armé et béton précontraint,
sous-comité SC 7, Entretien et réparation des structures en béton.
iv © ISO 2011 – Tous droits réservés
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ISO/TR 16475:2011(F)
Introduction
Le présent Rapport technique tente d'établir un plan satisfaisant et efficace pour la réparation des fissures
dues à l'eau. En général, deux types de fissures peuvent se former à l'intérieur d'une structure en béton: les
fissures sèches et les fissures dues à l'eau. Les fissures sèches varient en profondeur et en largeur et sont
connues pour provoquer une instabilité des fondations et de la durabilité des structures en béton. Par contre,
les fissures dues à l'eau, qui résultent d'une combinaison de plusieurs facteurs environnementaux (facteurs
chimiques et physiques ou influence mécanique) au voisinage des bâtiments ou des structures en béton, ont
non seulement les effets négatifs des fissures sèches, mais engendrent également d'autres problèmes, tels
qu'une humidité persistante dans les opérations de construction, qui rendent parfois les bâtiments et les
structures incapables d'assurer les performances, les usages et les fonctions prévus.
Il a été supposé que la raison pour laquelle il est difficile de trouver la méthode appropriée pour réparer les
fissures dues à l'eau est une connaissance et une compréhension insuffisantes des facteurs négatifs
(c'est-à-dire des conditions environnementales, de l'influence des diverses activités humaines, etc.) qui
provoquent la formation des fissures, mais aussi du choix des matériaux et des méthodes de réparation.
Différents types de techniques de réparation ont été mis en œuvre pour réparer ces différents types de
fissures, principalement celles dues à l'eau. Toutefois, les conditions prescrites pour colmater les fissures
dues à l'eau se sont souvent avérées extrêmement difficiles à respecter en raison de l'environnement mouillé
et humide (qui, dans la plupart des cas, est la cause initiale de la formation des fissures). Ce manque de
sources d'information fiables et stables concernant les fissures dues à l'eau a entraîné des coûts de
réparation inutilement élevés dans les domaines de la construction et de l'architecture et constitue encore
aujourd'hui un problème.
Les enregistrements relatifs aux actions et méthodes utilisées dans le passé pour corriger ces fissures ont
fourni de nombreux résultats; certaines se sont soldées par un échec, d'autres par un succès relatif et
d'autres encore sont parvenues à trouver une solution adéquate répondant aux besoins des structures et leur
permettant de continuer à assurer les fonctions prévues. Cependant, il est rare qu'une solution globale,
normalisée et cohérente à ces problèmes ait été mise en œuvre. Lorsque tous les problèmes mentionnés ci-
dessus sont pris en compte, il est évident que des lignes directrices normalisées sont nécessaires pour
sélectionner des matériaux et des méthodes appropriés en fonction des différents types de conditions
environnementales et des facteurs à l'origine des fissures dues à l'eau. L'application de la nouvelle approche
proposée en matière de sensibilisation et de compréhension de ces problèmes devrait permettre d'éviter
l'utilisation inutile de budgets importants et de matériaux de réparation coûteux non adaptés à l'usage prévu et
d'éviter en outre des projets de réparations manuelles éventuellement dangereux dans le cas de fissures
dues à l'eau.
Le présent Rapport technique a pour objectif de créer une base cohérente et fiable pour les futurs cas de
fissures dues à l'eau de manière à ne plus avoir recours à des solutions obscures et peu sûres qui permettent
rarement de remédier à ces types de problèmes dans les structures en béton. Il a été élaboré pour les pays
qui ne disposent pas actuellement de lignes directrices générales existantes sur le sujet, ainsi que pour les
autorités locales de réglementation dans le monde entier. Une poursuite du développement et de la
coopération des autorités de chaque pays est vivement souhaitée dans le but d'accroître nos connaissances
concrètes et notre compréhension des structures en béton et de la construction architecturale.
© ISO 2011 – Tous droits réservés v
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 16475:2011(F)
Lignes directrices pour la réparation des fissures dues à l'eau
dans les structures en béton
1 Domaine d'application
Le présent Rapport technique fournit des lignes directrices pour la sélection d'un matériau de scellement
approprié pour colmater les fissures dues à l'eau et autres discontinuités dans les structures en béton, à
savoir:
les conditions des fissures dues à l'eau;
les exigences de performance des matériaux de réparation;
les différents types de matériaux de réparation (coulis);
les procédures suivies pour sélectionner les matériaux de réparation appropriés;
l'exécution des différents types de méthodes de réparation;
l'évaluation des performances des matériaux et méthodes mis en œuvre;
la collecte de données.
Le présent Rapport technique ne contient pas de section concernant la réparation des fissures sèches et les
causes ou origines des fissures. Les détails concernant la réparation des fissures sèches se trouvent dans
1)
l'ISO 16311-4 .
La Figure 1 illustre le diagramme de maintenance associé aux fissures dues à l'eau.
1) À publier.
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ISO/TR 16475:2011(F)
Conditions chimiques:
– support mouillé ou humide
– variation de température de l’air ou de
l’eau
– compositions chimiques dans l’eau
Analyse des conditions de
fissures dues à l’eau
Conditions physiques (mécaniques):
– pression de l’eau
– variation thermique du volume
– déplacement
– tassement irrégulier
Vérification de l’état du subjectile, essai de
Choix des matériaux de réparation performance du matériau adapté aux
conditions environnementales
Applicabilité, coût, durée d’utilisation, état
Choix des méthodes de réparation
de finition, autres effets secondaires
– Inspection de la réparation
Évaluation des structures réparées
– Évaluation de la réparation
Figure 1 — Diagramme de maintenance associé aux fissures dues à l'eau
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
2)
ISO 16311 (toutes les parties) , Entretien et réparation des structures en béton
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 16311 (toutes les parties)
ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1
fissure dues à l'eau
fissure du béton qui accompagne des fuites d'eau intermittentes ou continues
2) À publier.
2 © ISO 2011 – Tous droits réservés
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ISO/TR 16475:2011(F)
3.2
fuite
quantité de liquide (eau) qui s'échappe de l'intérieur ou de l'extérieur d'un subjectile en béton par le biais d'une
fissure, d'un trou, d'un joint ou d'une autre défectuosité
3.3
compatibilité thermique
stabilité chimique et physique des matériaux de réparation face aux fluctuations de température dans
l'atmosphère ou sous l'eau
3.4
résistance à l'eau
aptitude à résister à la perte quantitative et qualitative de matériaux produite par la pression et la vitesse
d'écoulement de l'eau
4 Conditions des fissures dues à l'eau
4.1 Types de fissures dues à l'eau
Différents types de fissures, dans des conditions allant d'un état sec à un écoulement d'eau, sont données
dans le Tableau 1. Ils comprennent les fissures fixes ou statiques qui sont stables et les fissures mobiles ou
dynamiques qui ne se propagent pas. Le Tableau 1 donne également des informations sur les fissures dues à
l'eau qui ont diverses plages de largeur et de débit d'eau.
4.2 Conditions environnementales des fissures dues à l'eau
Contrairement aux fissures sèches, lorsque des fissures dues à l'eau sont exposées à diverses conditions, il
est nécessaire de tenir compte de plusieurs facteurs environnementaux (facteurs chimiques et physiques ou
influence mécanique), y compris la température et l'humidité dans l'atmosphère, la pression de l'eau, la
vitesse d'écoulement, les réactions chimiques de l'eau et les vibrations provoquées par le passage de
véhicules. Ces facteurs ont des effets négatifs non seulement sur les fissures dues à l'eau, mais aussi sur
l'efficacité et l'efficience des matériaux et des méthodes de réparation qui peuvent être utilisés sur les fissures
(voir Figure 2).
Tableau 1 ― Classification des fissures en rapport avec le colmatage d'une fuite d'eau
Largeur des fissures Écoulement
Fissure stationnaire ou stabilisée —
Surface humide
Léger suintement
1 l/min (1/4 gal/min)
Fissures fines
2 mm (1/13 in) Suintement moyen
1 l/min à 5 l/min (1/4 gal/min à 1 1/4 gal/min)
Suintement important
Fissures moyennes
5 l/min à 10 l/min (1 1/4 gal/min à 2 1/2 gal/min)
2 mm à 6 mm (1/3 in à 1/4 in)
Léger écoulement
10 l/min à 15 l/min (2 1/2 gal/min à 4 gal/min)
Fissures importantes
Écoulement moyen
6 mm à 20 mm (1/4 in à 10/13 in)
15 l/min à 25 l/min (4 gal/min à 6 1/2 gal/min)
Écoulement important
25 l/min (6 1/2 gal/min)
NOTE Les sept types d'écoulement de la colonne de droite correspondent à tous et chacun des types de fissures de la colonne de
gauche.
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ISO/TR 16475:2011(F)
Fissures dues à l’eau
Conditions environnementales
Conditions chimiques Conditions physiques (mécaniques)
Variation de Compositions chimiques Déplacement par variation thermique
température contenues dans l’eau Pression d’eau du volume, tassement différentiel,
de l’air/eau (chlorures, acides, alcalis, etc.) effet des véhicules, séisme et vent
5.2.1
5.1.1 5.1.2 5.2.2 5.2.3 5.2.4
Étanchéité
Stabilité Résistance Adhérence Résistance Réaction à un
à l’eau
thermique chimique au subjectile à l’eau déplacement du
(des matériaux
mouillé (lessivage) subjectile
de réparation)
Exigences de performance
Figure 2 — Conditions environnementales et exigences de performance
pour la réparation des fissures dues à l'eau
Les fissures dues à l'eau étant constamment affectées par diverses conditions environnementales et divers
facteurs, les matériaux et les méthodes de réparation appropriés doivent être conçus de manière à prendre
également en compte ces facteurs environnementaux.
La compréhension des conditions environnementales des fissures dues à l'eau est une priorité pour leur
réparation. Lors du choix des matériaux et méthodes de réparation appropriés, la réaction appropriée aux
facteurs environnementaux doit être prise en compte. Enfin, il est indispensable d'évaluer les matériaux
appropriés et l'application de ces matériaux afin de déterminer l'adaptation des méthodes aux facteurs
environnementaux.
La Figure 2 classe les facteurs environnementaux et indique les performances requises en réponse à chaque
facteur. Elle indique également les éléments d'évaluation pour chaque matériau de réparation.
4.2.1 Conditions chimiques
Dans la condition environnementale, les facteurs chimiques qui ont une incidence sur l'efficacité des
matériaux de réparation des fissures dues à l'eau comprennent les variations de température de l'air ou de
l'eau entourant les fissures et les différentes compositions chimiques de l'eau (par exemple eaux souterraines,
eau salée, eaux usées et pluies acides).
Ces facteurs ont une incidence sur la stabilité thermique, la résistance aux attaques chimiques, l'étanchéité à
l'eau et l'adhérence au subjectile des matériaux de réparation. Le choix de matériaux appropriés pour les
conditions chimiques données est donc très important.
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ISO/TR 16475:2011(F)
4.2.2 Conditions physiques (mécaniques)
Dans la condition environnementale, les facteurs physiques (mécaniques) qui ont une incidence sur l'efficacité
des matériaux de réparation comprennent le déplacement provoqué par les variations de volume liées au
retrait et à la dilatation du béton dus aux variations de température, le déplacement dû à l'irrégularité du
tassement de la structure, le déplacement dû aux vibrations provoquées par le passage de véhicules à
proximité, et la pression de l'eau autour de la fissure.
Ces facteurs ont une incidence sur l'adhérence au subjectile, l'étanchéité à l'eau et l'adaptation des matériaux
de réparation au déplacement du subjectile. Le choix de matériaux adaptés aux conditions physiques
(mécaniques) est également très important en ce qui concerne ces facteurs.
5 Exigences de performance des matériaux de réparation
Il convient que les matériaux utilisés pour la réparation des fissures dues à l'eau présentent des performances
adaptées aux conditions environnementales. Les exigences de performance peuvent être réparties dans les
catégories décrites en 5.1 et 5.2.
5.1 Exigences de performance relatives aux conditions chimiques
5.1.1 Stabilité thermique
Les matériaux de réparation sont constitués de composés inorganiques ou fortement polymérisés; par
conséquent, ils subissent un retrait et une dilatation constants en fonction des variations de température. En
raison de ces variations continues, les performances des matériaux de réparation injectés peuvent se
dégrader.
En d'autres termes, il convient que les matériaux de réparation utilisés pour colmater des fissures dues à l'eau
conservent leur dépendance thermique, même en cas de variation répétée de la température, et demeurent
intacts pendant une période prolongée.
5.1.2 Résistance chimique
Les structures en béton sont construites dans diverses conditions chimiques environnementales. Les
structures souterraines sont souvent cernées par l'eau ou le sol ou situées à proximité de zones industrielles
ou côtières, de sorte qu'une corrosion chimique provoquée par des substances chimiques (par exemple acide,
alcali, eau salée ou hydroxyde de calcium, et dioxyde de carbone) est fréquente. De plus, la corrosion
chimique réduit les performances des matériaux de réparation injectés.
Par conséquent, il convient que les matériaux de réparation conservent leurs performances en matière de
résistance aux attaques chimiques, même en cas de corrosion chimique, et cela sur une période prolongée.
5.2 Exigences de performance relatives aux conditions physiques (mécaniques)
5.2.1 Étanchéité à l'eau
L'étanchéité à l'eau d'un matériau de réparation est son aptitude à s'opposer à la pénétration de l'eau.
L'étanchéité à l'eau d'un matériau de réparation est un facteur de performance crucial dans les
environnements où le subjectile en béton est vulnérable vis-à-vis de la détérioration liée à l'humidité. Il est
donc indispensable de s'assurer que la liaison des matériaux de réparation injectés est suffisante pour
empêcher le passage de l'eau.
Par conséquent, il convient que les matériaux de réparation soient en mesure de conserver leurs
performances en matière d'étanchéité à l'eau en résistant aux variations constantes de pression et de volume
de l'eau environnante et restent imperméables à l'eau pendant une période prolongée.
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5.2.2 Adhérence au subjectile mouillé
Les fissures dues à l'eau apparaissent souvent dans des conditions humides ou sous l'eau. Dans ce cas, il
convient que les matériaux de réparation injectés non seulement soient en mesure de résister à de forts
courants, mais présentent aussi une forte adhérence au subjectile en béton mouillé et aux autres couches
d'étanchéité. Ces caractéristiques peuvent être obtenues par le maintien de la forte adhérence du matériau de
réparation, sous forme solide ou de gel liquide, qui peut s'opposer aux fuites d'eau sous une contrainte élevée
(pression de l'eau et déplacement du subjectile).
Par conséquent, il convient que les matériaux de réparation conservent leurs performances en matière
d'adhérence, même dans des environnements humides ou mouillés, et remplissent les critères spécifiés pour
une forte adhérence à long terme sur un subjectile humide.
5.2.3 Résistance à l'eau (lessivage)
Le matériau de réparation est injecté sous forme d'une substance liquide ou de type gel. Le danger avec ces
types de matériaux de réparation est que, s'ils sont lessivés avant le durcissement, il est fort peu probable
qu'ils soient en mesure de conserver une forme appropriée et qu'une quantité suffisante de matériau de
réparation demeure dans la fissure. Leur effet pourrait donc être perdu. Par ailleurs, lorsqu'une partie du
matériau de réparation injecté est perdue en raison du courant, elle peut provoquer une pollution dans la zone
environnante, par exemple dans les eaux souterraines ou dans le sol sous la fondation du bâtiment.
Par conséquent, il convient que les matériaux de réparation utilisés pour les fissures dues à l'eau aient des
performances appropriées en matière de résistance à l'eau afin de prévenir leur lessivage pendant une
période prolongée.
5.2.4 Adaptation au déplacement du subjectile
La largeur des fissures dues à l'eau diminue et augmente constamment en fonction des variations de la
température ambiante, des vibrations constantes provoquées par le passage de véhicules sur les voies
ferrées, les structures de métro et les ponts, ainsi que du déplacement provoqué par un tassement irrégulier
des structures. Le déplacement répété de subjectiles en béton comportant des fissures dues à l'eau
augmente la charge sur les matériaux de réparation injectés dans les fissures; les matériaux de réparation
injectés peuvent ainsi être détruits, causant la réapparition des fuites d'eau même après la réparation.
Par conséquent, il convient que les matériaux de réparation conservent leurs performances en matière
d'adaptation au déplacement du subjectile ou des fissures, et cela pendant une période prolongée.
6 Matériaux de scellement pour la réparation
Plusieurs types de matériaux de réparation (coulis) sont actuellement utilisés sur les chantiers, notamment le
coulis acrylique, le coulis de ciment hydraulique, le coulis à base de résine époxy hydrophile, le coulis à base
de polyuréthane, le coulis à base de gel de caoutchouc synthétique et d'autres. Il est important de noter que
de nombreux produits présents sur le marché aujourd'hui peuvent non seulement avoir une composition
entièrement divulguée, mais aussi être des mélanges de différents types de matériaux ou contenir des additifs
modifiant leurs caractéristiques. De nombreuses tentatives ont été faites pour classer les coulis en fonction de
leurs propriétés appropriées, mais la plus simple division à ce jour est celle des coulis «particulaires» et des
coulis «non particulaires», telle que décrite à la Figure 3.
6.1 Coulis acryliques (coulis à base de gel acrylique hydraulique)
Les types de matériau de scellement acrylique comprennent des produits tels que les acryliques, les acrylates,
les acrylamides et les esters acryliques. Le coulis à base de gel acrylique hydraulique est composé d'un
polymère d'acide acrylique. Il convient que le polymère d'acide acrylique (résine) et le durcisseur soient
mélangés dans des proportions précises sur le chantier, juste avant l'application, pour obtenir des
performances optimales en tant que matériau de réparation. En raison de la réaction chimique qui se produit
avec l'eau, le coulis à base de gel acrylique hydraulique atteint la viscosité d'une gelée et bloque
temporairement la pénétration d'eau.
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Le coulis à base de gel acrylique a une faible capacité de traction et une faible viscosité en raison de sa
nature hydraulique. La faible capacité de traction du gel se traduit par une rupture du coulis. En raison de sa
faiblesse en termes de stabilité et de son manque d'adhérence sur des subjectiles humides, il est possible
que le coulis acrylique injecté soit détruit si la largeur des fissures subit des modifications trop fréquentes.
Par conséquent, il est conseillé de s'abstenir d'utiliser ce matériau pour les fissures dues à l'eau présentant
une importante fuite d'eau ou pour les joints de dilatation subissant un déplacement important sur des
structures telles que les ponts, les métros ou les voies ferrées. L'utilisation d'un coulis à base de gel acrylique
hydraulique est recommandé pour les fissures dues à l'eau ou les joints subissant un déplacement
relativement faible.
Coulis
Particulaire (cimentier)
Non particulaire (solution)
Par exemple ciments
Mélange à chaud ou à froid
Chimique
Par exemple mastic bitumineux
Inorganique
Organique
Par exemple silicates
Structural Non structural
Par exemple polyuréthanes,
Par exemple époxy, polyesters
acryliques et gel de caoutchouc
et polyuréthanes
synthétique
Figure 3 — Classification des types de coulis
6.2 Coulis cimentiers (mélange hydraulique de coulis de ciment)
Les types de coulis cimentier comprennent des produits tels que les ciments ou un mélange de coulis de
ciment et de coulis de bentonite, de coulis d'acrylamide, de coulis de microfines, de coulis de polyuréthane et
de coulis de silicate. Le coefficient de dilatation thermique des matériaux cimentiers a tendance à être très
similaire à celui du subjectile en béton. Ils sont largement utilisés en raison de leur adhérence efficace aux
subjectiles en béton humides.
Un coulis de polymère et de ciment, mélange d'un ciment à particules très fines (taille maximale des grains:
inférieure à 16 µm) et d'un composé inorganique, est aussi fréquemment utilisé. Il convient que le ciment, le
polymère et l'eau soient bien mélangés dans des proportions précises sur le chantier afin d'obtenir un
matériau de réparation ayant des performances satisfaisantes. Lorsque des coulis de polymère et de ciment
sont utilisés, il est possible d'injecter les matériaux dans des fissures de moins de 0,05 mm de largeur.
En général, il convient que le site d'injection soit humide. Si la fissure est sèche, le matériau cimentier peut se
rétracter avant d'avoir entièrement colmaté la fissure, rendant ainsi
...
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