Comportement des bétons à haute température : influence de la nature du granulat

High temperature behaviour of concrete : influence of the nature of the aggregates

• Auteur / Autrice : Rijaniaina Niry Razafinjato
• Direction : Albert Noumowe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Soutenance le 17/12/2015
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) - Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil / L2MGC
• Jury : Président / Présidente : Hélène Dumontet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Albert Noumowe, Ronan Hebert, Béatrice Ledesert, Anne-Lise Beaucour, Hélène Carre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jeanne-Sylvine Guédon, Catherine A. Davy

Mots clés

Mots clés libres

Granulats

Siliceux

Calcaires

Bétons

Haute température

Minéralogie

Aggregates

Siliceous

Calcareous

Concretes

High temperature

Mineralogy

Résumé

Comportement à haute température des bétons : influence de la nature du granulat.Cette étude porte sur l’influence de la nature du granulat sur le comportement des bétons à haute température. Les propriétés des granulats et les performances des bétons sont généralement classées en deux catégories basées sur leur composition chimique : les bétons de granulats calcaires et les bétons de granulats siliceux. Cependant, de récentes études ont montré que les comportements à haute température de différentes natures de granulats au sein de ces groupes compositionnels sont particulièrement différents. La pertinence de cette distinction est donc discutée au travers de ces résultats.Dans un premier temps, une étude pétrographique (composition minéralogique) sur deux granulats siliceux et deux granulats calcaires, représentatifs des deux catégories, est réalisée. Leurs propriétés physiques (densité, porosité, granulométrie) sont déterminées. L’évolution des caractéristiques minéralogiques est étudiée en passant par l’identification des phénomènes physico-chimiques (modification minéralogique identifiée par DRX, ATG/DSC) survenant au cours du chauffage. Cela permet d’interpréter leurs influences sur l’évolution de la capacité thermique et de la dilatation thermique linéaire des granulats. Des observations à différentes échelles après des cycles de c/r à différents paliers de température jusqu’à 750 °C permettent de décrire et d’évaluer l’endommagement des granulats.Dans un deuxième temps, des bétons et des mortiers (Eeff./C = 0,6 et 0,3) sont confectionnés avec ces granulats (gravillons et sables). Les processus thermo-chimiques sont identifiés et la dilatation thermique des mortiers est mesurée à chaud jusqu’à 1000 °C. Les propriétés thermiques à chaud des bétons (conductivité thermique, capacité thermique, diffusivité thermique) sont mesurées jusqu’à 300 °C et la réponse thermique jusqu’à 750 °C. La fissuration résiduelle est observée à l’échelle macroscopique et microscopique (microscope optique et MEB). L’évolution de la porosité et des propriétés mécaniques résiduelles (résistance à la compression, module d’élasticité et résistance à la traction par fendage) sont estimées après des cycles de c/r à différents paliers de température jusqu’à 750 °C.

High temperature behaviour of concrete : influence of the nature of the aggregates.This study deals with the influence of the nature of the aggregates on the behaviour of concrete undergoing to high temperature stress. Aggregate properties and concrete mechanical performances are usually classified into two categories based on chemical components: calcareous aggregates concretes and siliceous aggregates concretes. However, recent studies showed that high temperature behavior of aggregates within a same group of composition can be particularly different. The relevance of this distinction is discussed through these results.Firstly, a petrographic study (mineralogical composition) on two siliceous and two calcareous aggregates, representative of the two categories of composition is performed. Their physical properties (density, porosity, granular distribution) are determined. The evolution of mineralogical characteristics is performed through the identification of physico-chemical phenomena (mineralogical changes identified by XRD, TGA/DSC) happening during heating. It allows interpreting their influence on the evolution of specific heat capacity and thermal expansion of aggregates. The different scales observations made after heating/cooling cycles at different target temperatures until 750 °C allow the description and the evaluation of aggregates physical damage.Secondly, concretes and mortars (Weff./C = 0.6 and 0.3) are made with these aggregates (gravel and sand). Physico-chemical processes are identified and thermal expansion of mortar are measured during heating until 1000 °C. Hot thermal properties of concretes (conductivity, specific heat capacity, diffusivity) are measured until 300 °C and thermal response until 750 °C. Residual cracking is observed at macroscopic and microscopic scale (optical microscope and SEM). The evolution of porosity and mechanical residual properties (compressive strength, modulus of elasticity and tensile splitting strength) are assessed after heating/cooling cycle at different target temperatures until 750 °C.