Fissuration des mortiers en couches minces : effets de l’hydratation, du séchage et de la carbonatation

Influence of hydration, drying and carbonation on cracking of thin layers of mortars

• Auteur / Autrice : Joachim Monge
• Direction : Micheline Moranville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique. Génie mécanique. Génie civil
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton -- Fissuration

Déshydratation

Mortier

Béton armé -- Carbonatation

Résumé

L’objectif de cette thèse est d’identifier à l’échelle locale les phénomènes physiques et chimiques liés aux variations volumiques afin de prévoir le risque de fissuration sur une géométrie d’enduit donnée. À l’échelle de la structure, l’essai à l’anneau semi-rigide permet de reproduire en laboratoire les conditions thermo-hydro-mécaniques réelles imposées au mortier lors de son état de service. Ainsi, les couplages entre les phénomènes peuvent être identifiés de manière expérimentale. Une campagne expérimentale sur deux mortiers industriels a permis d’adapter et de valider l’essai pour les couches minces. Par ailleurs, un outil comparatif simple est proposé afin d’identifier les déformations nonlinéaires liées au fluage et à la microfissuration du matériau. Dans un second temps, des investigations ont été menées afin de caractériser l’effet de paramètres de formulation, de la carbonatation et du temps de démoulage sur un mortier modèle. Ces études ont révélé la prédominance du couplage hydratation/séchage sur l’évolution des contraintes et la macro-fissuration du mortier. La dernière partie du travail concerne le développement d’un modèle éléments finis multi-échelles qui permet de prévoir les évolutions des propriétés hydriques, physiques et mécaniques du matériau. À travers celui-ci, nous proposons une nouvelle représentation de la distribution poreuse du mortier basée sur une somme de trois sous-distributions comprenant la porosité des C-S-H internes et externes et la porosité capillaire. Une nouvelle loi dite d’hydroactivation est également utilisée pour traduire l’interaction entre hydratation et dessiccation. Le modèle est implanté dans le code de calcul Castem2001.

The main objective of this thesis is to identify physical and chemical phenomena related to shrinkage at local scale in order to assess the risk of cracking of a thin layer of mortar. At macroscopic scale, the ring test is able to reproduce the thermo-hydro-mechanical conditions underwent by the mortar during his service life. Then, the different couplings could be identified. An experimental campaign on two industrial mortars allowed us to adapt and to validate the ring test for thin layers. Furthermore, a simple computational tool is proposed in order to assess the non-linear strains induced during the test (creep, micro-cracking). Moreover, the influence of mix design parameters, carbonation and time of demoulding on cracking was studied. A strong coupling between hydration and drying was identified. The last part of this work deals with the development of a finite element multi-scale model that predicts the evolution of hydraulic, physical and mechanical properties of the material. Through this model, a new representation of pore size distribution of mortar is proposed. It is based on a sum of three sub-distributions of porosity including that of inner and outer products and also capillaries. A hydroactivation law is also used to take into account the interaction between hydration and drying. The model is implemented in a finite element code called Castem2001.