Rhéologie des matrices hybrides composées de ciment et d’ajouts cimentaires activés

Rheology of hybrid matrices composed of cement and geopolymer

• Auteur / Autrice : Yasser Rifaai
• Direction : El-Hadj Kadri, Ammar Yahia, Salima Aggoun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Soutenance le 30/09/2020
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université en cotutelle avec Université de Sherbrooke (Québec, Canada)
• 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 ; 2006-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : El-Hadj Kadri, Ammar Yahia, Salima Aggoun, Sofiane Amziane, William Wilson, Mahfoud Benzerzour, Monique Tohoué Tognonvi, Rafik Belarbi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sofiane Amziane, William Wilson, Mahfoud Benzerzour

Mots clés

Mots clés libres

Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR)

Analyse du cycle de vie

Géopolymère

Matrice hybride

Rhéologie

Microscopie électronique à balayage (MEB)

Life-Cycle assessment (LCA)

Hybrid matrix

Scanning electron microscope (SEM)

Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)

Rheology

Geopolymer

Résumé

Face aux préoccupations environnementales liées à la production du ciment Portland, la recherche d’alternatives pour une construction plus durable s’avère une nécessité. En effet, la production du ciment est responsable de l’augmentation du potentiel de réchauffement global (PRG), ce qui remet en question sa grande utilisation de point de vue environnemental. Dans cette perspective, ce projet de doctorat s’inscrit dans l’optique de la réduction de l’impact environnemental des matériaux de construction, notamment les bétons fluides à rhéologie adaptée. Les géopolymères se présentent comme l’une des alternatives intéressantes pouvant réduire l’impact environnemental de la construction. Cependant, l’introduction de ces matériaux dans le secteur de construction confronte des difficultés de compréhension de leurs mécanismes de prise et de durcissement.Ainsi, l’objectif principal de cette thèse est d’étudier l’impact de l’activateur alcalin sur le comportement rhéologique et les mécanismes de prise des géopolymères à base de cendres volantes et de poudre de verre activées ainsi que des matrices hybrides composées de ciment et de géopolymères. Plus spécifiquement, cette étude vise à améliorer les performances rhéologiques et les caractéristiques viscoélastiques de ces matrices afin de les incorporer dans la matrice des bétons fluides, notamment le béton autoplaçant. Le couplage des mesures rhéologiques avec la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et la microstructure permet de comprendre les différents mécanismes régissant le comportement à l’état frais des matrices étudiées. Les résultats obtenus ont permis d’identifier les concentrations optimales de l’activateur alcalin pour obtenir les meilleures performances rhéologiques, tout en prenant en considération les performances à l’état durci requises. La méthodologie utilisée dans cette étude a permis également de lier les performances rhéologiques au processus de géopolymérisation afin d’établir une meilleure compréhension de l’état frais de ces matériaux. Finalement, l’incorporation des pâtes optimisées dans la matrice d’un béton autoplaçant a été également évaluée. Le béton autoplaçant à base de matrice hybride a montré des performances rhéologiques et mécaniques prometteuses, ainsi qu’un potentiel de réchauffement global inférieur à celui du béton autoplaçant conventionnel. Ces résultats montrent que l’utilisation de ce nouveau type de béton autoplaçant propose une solution intéressante de point de vue environnemental, tout en maintenant les performances rhéologiques et mécaniques requises.

With the increase of the environmental concerns related to the production of Portland cement, the search for alternatives to achieve sustainable and rational construction is becoming a necessity. Indeed, the production of cement is responsible for the increase in global warming potential (GWP), which questions its widespread use from an environmental point of view. In this perspective, this study aims at reducing the environmental impact of building materials, in particular self-consolidating concrete (SCC). Geopolymers are one of the interesting alternatives that can reduce the environmental impact of construction. However, the incorporation of these materials in the construction markets faces difficulties as long as the understanding of their setting and hardening mechanisms is still a hot topic.The main objective of this thesis is to evaluate the impact of alkaline activator on the setting mechanisms and rheological behaviour of geopolymers based on fly ash, alkali-activated glass powders, and hybrid matrices composed of cement and geopolymers. This study aims to assess the rheological properties and viscoelastic characteristics of these matrices and evaluate the feasibility of incorporating them to design SCC. Coupling the rheological properties with other measures, including Fourier-transform infrared spectroscopy and microstructure, makes it possible to define different mechanisms governing the fresh state of the investigated matrices. The obtained results allowed to identify the optimal concentrations of the alkaline activator to achieve the required rheological properties and mechanical performance. In addition, the methodology used in this study allowed to correlate the rheological properties to the geopolymerization process. This allowed better understanding of the fresh state of these materials. Finally, the incorporation of the optimized pastes into the matrix of SCC was also evaluated. Self-consolidating concrete based on hybrid matrix has shown promising rheological and mechanical performances, as well as a lower global warming potential than conventional SCC proportioned with cementitious materials. These results proved that the use of hybrid SCC offers an interesting solution from an environmental point of view, while achieving the required rheological and mechanical performances.