Author: Ouali AmiriPublisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 114
Book Description
Contribution à l'étude de la microstructure, de la perméabiblité et du transfert ionique dans les matériaux cimentaires
Contribution à l'étude de la perméabilité des matériaux cimentaires
Author: Thai Hoa NguyenPublisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 166
Book Description
La perméabilité d’un matériau est définie comme son aptitude à se laisser traverser par un fluide sous un gradient de pression. Par son rôle de gouvernement du processus de pénétration des agents agressifs, la perméabilité joue un rôle important sur la durée de vie d’une structure d’un matériau cimentaire. Les objectifs de cette thèse sont d’étudier les propriétés de transfert des matériaux cimentaires travaillant dans les conditions défavorables (fluage, attaque physico-chimique, interface matériau vieux – matériau de réparation), de donner une meilleure connaissance du comportement à long terme de ces structures, d’améliorer la sécurité pour les usagers et diminuer le risque d’accidents pouvant avoir lieu au cours de la vie de l’ouvrage. Les propriétés mécaniques de l’interface matériau âgé – matériau de réparation a déjà été étudiée par plusieurs auteurs. Dans ce mémoire de thèse, nous nous sommes concentrés sur les propriétés de transfert et leur influence sur la durabilité du matériau. Nous avons mis en évidence que cette interface est plus poreuse, plus perméable et est une voie préférentielle de pénétration des agents agressifs. De plus, une concentration importante de portlandite dans cette zone la rend très sensible à une attaque chimique ou une carbonatation naturelle. Sous l’effet d’une charge mécanique instantanée, la propriété de transfert d’un matériau cimentaire évolue : si la charge est faible, la perméabilité peut diminuer grâce à la fermeture des fissures et des pores préexistants ; si la charge est assez grande, des nouvelles fissures apparaissent et provoquent une augmentation de la perméabilité. Dans cette étude, nous avons étudié, sous une charge maintenue, le processus de propagation des fissures sous-critiques. Notre étude montre que durant cette phase de fluage, la perméabilité augmente. La lixiviation par nitrate d’ammonium dégrade le matériau en fonction du temps, la profondeur de lixiviation est linéaire avec la racine de temps. En cas de couplage mécanique - chimique (avec une charge initiale faible de 25% de la charge maximale), le chargement mécanique peut, à court terme diminuer la pénétration des agents agressifs en refermant les fissures préexistantes. Toutefois, les réactions chimiques ont lieu de façon plus intense dans la zone atteinte. A long terme, en raison de l’augmentation du niveau de chargement dans la zone saine, des phénomènes identiques à ceux observés précédemment (fissures sous-critiques) peuvent apparaître. Le chargement mécanique va cette fois augmenter la pénétration des agents agressifs. En contrepartie, la réaction chimique est moins intense dans la zone dégradée. Le chargement mécanique a donc un effet significatif sur la dégradation chimique. Une étude théorique et numérique basée sur des modèles micro-mécaniques permet d’étudier les processus d’endommagement. Un matériau est pré-endommagé (endommagement thermique par exemple), présente une perte de résistance et de module mais un gain de ductilité. Lorsqu’il subit un chargement mécanique, le processus d’endommagement est différent : cela se traduit par un ralentissement de l’évolution de l’endommagement et conduit à une évolution de la perméabilité légèrement différente par rapport au matériau sain. L’étude théorique du fluage d’un matériau totalement sec montre que l’évolution de la perméabilité et de la déformation du fluage est expliquée par l’apparition des fissures sous-critiques. Il existe un seuil pour que ce phénomène ait lieu et ce seuil peut être trouvé par des essais expérimentaux.
Contribution à l'étude des mécanismes de transport ionique et de dégradation chimique dans les matériaux cimentaires partiellement ou complètement saturés
Author: Yannick MaltaisPublisher:
ISBN: 9780494201428
Category :
Languages : en
Pages : 616
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Contribution à l'étude expérimentale du comportement des matériaux cimentaires au jeune âge
Author: Jean Claude TchambaPublisher:
ISBN:
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Languages : fr
Pages : 135
Book Description
L’avènement des Bétons Autoplacants a apporté d’importantes évolutions dans le secteur du Bâtiment et des Travaux Publics, notamment l’apparition de coffrages complexes destinés à recevoir les volumes importants de béton. Cependant, les outils de caractérisations expérimentales encore empiriques n’ont pas connu le même essor et se cherchent encore. Le travail réalisé est une contribution expérimentale permettant de caractériser le comportement des matériaux à matrice cimentaire à l’état frais notamment les BAP. L’objectif est de suivre l’évolution des contraintes de structuration et des paramètres intrinsèques (particulièrement le seuil de cisaillement) de ces matériaux avant, pendant et après la mise en œuvre. Des expérimentations de pressions interstitielles couplées à de la rhéologie ont été effectuées sur des pâtes de ciment et des bétons à température constante (20°C). Les mélanges étudiés ont été fabriqués avec le même ciment. L’approche consiste entre autre à croiser les résultats obtenus à l’aide d’une colonne coffrante, d’un rhéomètre de laboratoire pour mieux cerner le comportement des matériaux testés. Une première campagne d’essais a permis de s’intéresser aux problèmes de reprises des contraintes de cisaillement aux parois à l’aide de trois dispositifs pour déterminer les contraintes de structuration. Un essai sur colonne permettant de mesurer la pression interstitielle et la pression verticale est réalisé. De plus, une étude portant sur les contraintes aux interfaces a été menée en s’appuyant sur l’évolution de la masse apparente d’une plaque immergée dans les matériaux étudiés. Enfin, des essais de mesure de retrait endogène ont été menés en parallèle avec les essais sur la colonne. Dans un second temps, un rhéomètre rotatif, à géométrie Vane couplé à des capteurs de pressions interstitielles a été développé pour décrire les caractéristiques rhéologiques de ces matériaux. Le but est de suivre l’évolution de l’aptitude à l’écoulement du matériau. Dans ce contexte, l’évaluation des paramètres intrinsèques selon le modèle de Bingham a été réalisée. Les résultats montrent l’influence des paramètres de la composition sur les propriétés rhéologiques. Enfin, du fait de notre interrogation sur l’évolution des propriétés de transfert lorsque le matériau frais est au repos, une campagne expérimentale visant à caractériser la perméabilité d’une pâte de ciment fraîche par le biais d’essai œdomètrique et de filtration est présentée. Nous mesurons ainsi précisément les tassements du matériau sous charge en conditions drainantes ainsi que l’évolution des perméabilités lors de la maturation d’une pâte de ciment.
Vers une prédiction de la perméabilité au gaz à partir de la composition des matériaux cimentaires
Author: Ameur El Amine HamamiPublisher:
ISBN:
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Languages : fr
Pages : 180
Book Description
La composition d’un matériau cimentaire influe sur la formation de sa microstructure et par conséquent sur ses propriétés de transfert déterminant sa durabilité. Celle-ci peut être caractérisée à l’aide d’indicateurs de durabilité. Dans la littérature, il existe très peu de modèles permettant l’estimation de ces indicateurs à partir de la composition d’un matériau cimentaire. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons à un indicateur de durabilité particulier : la perméabilité au gaz. Notre objectif consiste à étudier le lien entre la composition d’un matériau cimentaire et sa perméabilité. Dans un premier temps, cette relation est étudiée et analysée à travers une étude expérimentale sur des pâtes de ciment, mortiers et bétons. Le but est de déterminer l’influence des paramètres de formulation sur la microstructure et sur la perméabilité d’un matériau cimentaire. Ensuite, une étude de modèles donnant la perméabilité d’un matériau cimentaire à partir des caractéristiques de sa microstructure est faite. Pour finir, un modèle permettant de prédire la perméabilité d’une pâte de ciment à partir de ses paramètres de formulation (E/C, surface spécifique Blaine et densité du ciment) est proposé et comparé aux modèles précédents et aux perméabilités expérimentales.
Etude de l'influence de l'hydratation des laitiers sur les propriétés de transfert gazeux dans les matériaux cimentaires
Author: Sylvain StephantPublisher:
ISBN:
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Languages : fr
Pages : 219
Book Description
L'utilisation de ciment à haute teneur en laitier est envisagée dans le cadre du conditionnement des déchets nucléaires. Dans ce contexte, il est nécessaire de connaître les propriétés structurales et de transport des gaz formés par la radiolyse de l'eau contenue dans cette matrice. Selon la littérature, ces propriétés sont impactées par l'ajout de laitier de haut-fourneau. L'objectif de cette thèse est de relier les processus d'hydratation des ciments au laitier aux propriétés de transport des gaz. La première partie de cette étude est consacrée à l'étude de l'hydratation des ciments au laitier. La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) du silicium et de l'aluminium a été utilisée pour suivre l'évolution de la quantité des différentes phases anhydres du clinker (C3S, C2S, C3A et C4AF) et des principaux oxydes de la phase vitreuse du laitier (SiO2, Al2O3, MgO et SO3). La quantité de calcium dissoute provenant du laitier a, quant à elle, été déduite en comparant la quantité de portlandite [Ca(OH)2] mesurée par ATG avec celle calculée par un logiciel de spéciation chimique (Phreeqc). Cette approche a permis de déterminer l'évolution du degré d'hydratation des principaux oxydes de la phase vitreuse du laitier dont une dissolution progressive (comparé au clinker) et incongruente (la vitesse de dissolution des différents oxydes et différente) a ainsi pu être mise en évidence. Cette plus faible réactivité du laitier a pu être mise en relation, pour un temps donné, avec la diminution de la quantité d'eau liée au ciment, de la contraction chimique et de la chaleur dégagée. La prise en compte quantitative de la dissolution des phases du clinker et des oxydes du laitier permet une description plus précise de la minéralogie. La deuxième partie de ce travail porte sur l'évolution de la microstructure et de son influence sur les propriétés de transport en phase gazeuse (diffusion et perméabilité). L'évolution du coefficient de diffusion effectif à l'hélium et à l'azote et de la perméabilité intrinsèque a été suivie au cours du temps et comparée à l'évolution de certaines grandeurs, telles que la porosité globale, le diamètre d'entrée critique, la surface spécifique et le degré de connectivité des pores. Les résultats montrent une diminution du coefficient de diffusion effectif et de la perméabilité au cours du temps, ce qui a pu être relié, pour un même matériau, à la diminution de la porosité totale. Une réduction de ces propriétés avec la teneur croissante de laitier a également été observée. Cette baisse est liée à une diminution de la porosité capillaire et à une augmentation de la nanoporosité, due à une modification de la microstructure des C-S-H. La dernière partie de ce projet concerne la relation entre les processus d'hydratation, la microstructure et les propriétés de transport. Dans ce but, des bilans volumiques des réactions d'hydratation ont été réalisés en considérant de façon indifférenciée ou séparée chaque phase du ciment. La prise en compte séparée des différentes phases du ciment permet d'évaluer avec une précision de 10 % la porosité totale, la teneur en eau liée et le volume de contraction chimique. Cette description permet d'expliquer les variations des propriétés de transport d'un même matériau dans la durée. Pour établir ce lien au cours du temps et pour tous les ciments, le volume apparent des C-S-H a été recalculé pour rendre compte de la microstructure de ces hydrates.
Étude des mécanismes de transport des ions chlore dans le béton en vue de la mise au point d'un essai de migration
Author: Influence des paramêtres de composition des matériaux cimentaires sur les propriétés de transfert
Author: Adriana LobetPublisher:
ISBN:
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Languages : fr
Pages : 171
Book Description
Notre étude vise à caractériser l'influence des paramètres de composition des matériaux cimentaires sur deux propriétés de transfert : la diffusion des chlorures et la perméabilité à l'oxygène. Une base de donnés expérimentale sur trois types de matériaux (pâtes de ciment, mortiers et bétons) à deux rapports E/C différents a été établie. Les informations concernant la structure poreuse du matériau ont été obtenues par quatre techniques différentes (degré d'hydratation, porosité accessible à l'eau, porométrie au mercure et observations au MEB). Le coefficient de diffusion effectif des matériaux a été obtenu par une méthode accélérée sous champ électrique (LMDC Diffusion Test) et la perméabilité apparente et intrinsèque à l'oxygène ont été évaluées au moyen d'un perméamètre à charge constante (méthode CEMBUREAU). L'influence des caractéristiques de la phase granulaire étudiées sur les propriétés de transfert est fortement dépendante du mécanisme de transfert évalué : pour le faible rapport E/C et à fortes teneurs en granulat on obtient des faibles coefficients de diffusion, des conclusions similaires sont obtenues en perméabilité. Pour le rapport E/C élevé les coefficients de diffusion plus faibles sont obtenus avec des granulats calcaires, un module de finesse élevé et un ciment CPA CEM I 52.5 R. On vérifie une légère diminution de la diffusivité en fonction de la taille du granulat. Des conclusions similaires sont obtenues en perméabilité à l'exception du module de finesse. Une deuxième partie est consacrée à l'exploitation des différents modèles recensés dans la littérature visant à relier les propriétés de transfert et les caractéristiques de la microstructure. Les prédictions obtenues en diffusivité et perméabilité par ces modèles sont limitées.
Détermination expérimentale de la double couche électrique et étude de son influence sur le transfert des ions chlorure dans les matériaux cimentaires
Author: Tarek HocinePublisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 231
Book Description
La corrosion induite par la pénétration des ions chlorure dans le matériau cimentaire demeure l’une des causes majeures de dégradation des ouvrages, leurs durabilités s’explique par la difficulté qu’ont les agents agressifs à pénétrer dans le réseau poreux. Cette thèse traite de l’étude de l’influence des phénomènes électrocapillaires à travers la double couche électrique (DCE) sur le transfert ionique en général et sur le transfert des ions chlorure en particulier dans les matériaux cimentaires. De nombreuses études de quantification de la DCE des constituants du ciment (clinker, C3S,...) ainsi que les hydrates, les C-S-H principalement, ont été réalisées, en revanche, les travaux concernant les matériaux cimentaires et de leurs composés sont peu nombreux. Dans un premier temps et afin d’identifier l’intensité de la charge de surface des parois des pores, des mesures du potentiel zêta ont été réalisées puis analysées sur les différents matériaux cimentaires (pâtes de ciment, mortiers et bétons) pour différentes classes de ciment : CEM I, II et V ainsi que les granulats. Ensuite, une étude d’identification de la microstructure des matériaux cimentaires a été réalisée par la technique de porosimétrie au mercure, par la suite, des essais de migration ont été effectués sur les pâtes de ciment, mortiers et bétons. Les évolutions du courant électrique sont présentées et exploitées afin de caractériser le transfert des ions chlorure au sein du réseau poreux. Enfin, un modèle numérique unidimensionnel et multi-espèces basé sur l’équation de Nernst-Planck intégrant les phénomènes de la DCE a été développé, la réactivité chimique du matériau cimentaire est prise en compte à travers les isothermes d’interaction. Ce modèle permet de simuler les processus de migration et de diffusion des ions chlorure à travers les matériaux cimentaires saturés suivant les deux cas ; avec et sans prise en compte de la DCE. Le traitement théorique de la DCE a été effectué à partir de la théorie de Poisson-Boltzmann. L’approche adoptée pour mettre en évidence l’influence de la double couche électrique a été de confronter les chronoampérométries expérimentales issues des essais de migration avec celles issues des simulations.
Contribution à l'étude des transferts hydriques et colloïdaux dans les milieux poreux
Author: Badreddine El HaddajiPublisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
Book Description
La présence de porosité à l'intérieur du béton permet le transport de substances agressives favorisant la dégradation de la structure en béton. Selon l'état de la structure, on peut envisager sa protection ou sa réparation afin de prolonger sa durée de vie. Une solution technologique à base de nanoparticules de silice est appliquée comme solution de réparation de structures existantes. Cette solution est inspirée de l'utilisation de la nanosilice lors de la formulation des bétons à hautes performances. Néanmoins, les mécanismes de réparation ou protection de la nanosilice sur des bétons existants restent peu étudiés. L'objectif de cette thèse est de comprendre les procédés physiques mis en jeu lors de l'application de nanosilice sous forme de suspension sur une matrice cimentaire durcie et de proposer une méthodologie adaptée lors de l'application.Lors de l'imbibition de pâtes de ciment et de mortiers par la nanosilice, nous identifions l'existence d'une profondeur critique qui caractérise un régime d'écoulement ralenti. Nous montrons le caractère probabiliste de cette profondeur critique. Le mécanisme à l'oeuvre peut s'apparenter à un colmatage et nous montrons sa dépendance à la fraction volumique de la nanosilice et à la taille de porosité. Après traitement à la nanosilice, nous montrons que les transferts hydriques sont réduits et nous étudions la période d'induction qui résulte de ce traitement. Sur la base des connaissances acquises et des résultats de durabilité, nous définissons un ratio de surcolmatage qui permet d'évaluer l'épaisseur de la croute de silice formée. À l'aide du ratio de surcolmatage, nous proposons une méthode qui permet d'assister lors de l'application de la nanosilice sur chantier.