Microstructure and Durability Properties of Environmentally Friendly Ultra-High Performance Concrete (UHPC)

par Omar Abdulkareem

Thèse de doctorat en Sciences pour l’ingénieur

Sous la direction de Abdelhafid Khelidj, Marwen Bouasker et de Amor Ben Fraj.

Soutenue le 08-12-2017

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Nantes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (COMUE) et de Institut de recherche en génie civil et mécanique (Nantes) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Michel Torrenti.

Les rapporteurs étaient André Lecomte, Emmanuel Denarié.

  • Titre traduit

    Microstructure et Propriétés de Durabilité des Bétons Ultra-Haute Performance à Faible Impact Environnemental


  • Résumé

    Cette thèse traite de l'effet de l'incorporation des laitiers des hauts fourneaux (LHF) sur la microstructure et la durabilité des bétons à Ultra Haute Performance (BUHP) avec et sans activation. Trois taux de substitution du ciment par des LHF sont explorés (30%, 50% et 80%). Les résultats montrent qu'une teneur de 30% de laitier améliore légèrement la résistance à la compression, alors qu’avec 50% et 80% de LHF, la résistance à la compression chute significativement. A 3 jours, lorsque la teneur en LHF augmente, la porosité du béton augmente. A 90 jours, la réaction des LHF induit une diminution de la porosité capillaire et le réseau poreux devient plus fin. Ainsi, la perméabilité au gaz et la diffusion des ions chlore diminuent significativement. Les résultats montrent aussi que tous les bétons testés ont une profondeur de carbonatation similaire, après une année d’exposition au CO2. En effet, la diminution de la porosité, due à l’ajout des LHF est équilibrée par la diminution du pH, qui favorise la diffusion de CO2. Pour ce qui concerne l'activation, les résultats montrent que l'activation chimique/thermique des BUHP à fort dosage en LHF améliore les propriétés microstructurales, mécaniques et de durabilité du béton. D’un point de vue environnemental et en considérant l’unité fonctionnelle « 1 m3 d’un BUHP à 150 MPa », la substitution partielle du ciment par des LHF diminue les impacts environnementaux du BUHP et c’est malgré l’activation thermique.


  • Résumé

    This thesis deals with microstructural and durability performances of environmentally friendly Ultra-High Performance Concrete (UHPC) by integrating high volumes of Blast Furnace Slag (BFS) with and without activation. Three substitution rates of cement by slag are used (30%, 50% and 80%). Results show that a slag content of 30% improves slightly the compressive strength of UHPC whereas the strength of UHPCs containing 50% and 80% of slag are significantly reduced particularly at early age. At 3 days when the slag content increases, the porosity of UHPC mixtures with high slag contents increases. In contrast, at 90 days the volume of capillary pores decreases greatly and the global pores network becomes finer when cement is substituted by BFS. This results in decreasing gas permeability coefficients around (30-61%) and chloride diffusion (up to 4 times). Results show also that all tested UHPCs have quite the same CO2 depths after exposure of 1 year. Indeed, the decrease of porosity due to slag incorporation, is balanced by the decrease of pH which promotes CO2 diffusion. The chemical/thermal activation improves the packing density and the mechanical and durability properties of UHPC. From an environmental standpoint and considering the functional unit “1 m3 of UHPC with 150 MPa”, the partial substitution of cement with BFS decreases the environmental impacts of UHPC, even for thermally activated blended UHPCs.


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