Étude de la sensibilité à la fissuration de géopolymères

A cracking sensitivity study of geopolymers

• Auteur / Autrice : Sounean Heng
• Direction : Aveline Darquennes, Virak Han, Kinda Hannawi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 13/12/2022
• Etablissement(s) : Rennes, INSA en cotutelle avec Institut de technologie du Cambodge (Phnom Penh ; 1964-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'ingénieur (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie civil et génie mécanique (LGCGM)
• Jury : Président / Présidente : Farid Benboudjema
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aveline Darquennes, Virak Han, Kinda Hannawi, Farid Benboudjema, Martin Cyr, George Wardeh
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martin Cyr, George Wardeh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie civil

Simulation par ordinateur

Matériaux -- Fissuration

Mortier

Géopolymères

Mots clés libres

Fluage propre

Fissuration

Géopolymères

Inhibiteur de corrosion

Métakaolin

Retrait endogène

Retrait restreint

Basic creep

Cracking

Geopolymer

Corrosion inhibitor

Metakaolin

Autogenous shrinkage

Restrained shrinkage

Résumé

La sensibilité à la fissuration de mortiers de géopolymère liée à la restriction de leurs déformations différées, en particulier par des déchets métalliques de type MgZr, est étudiée dans le cadre du présent projet de recherche, ainsi que l’effet d’un inhibiteur de corrosion de type NaF sur les performances du géopolymère. En premier lieu, l’ensemble des propriétés affectant la sensibilité à la fissuration du géopolymère sont étudiées expérimentalement. Il s’agit de la cinétique de polymérisation, des performances mécaniques et thermiques, du retrait endogène et du fluage propre. Par rapport à mortier à base de ciment Portland, les réactions chimiques du mortier de géopolymère se caractérisent par un faible dégagement de chaleur. Il présente également un faible de module de Young statique, une stabilisation rapide du retrait endogène et une capacité de fluage plus élevée. Ce comportement est positif pour limiter la sensibilité à la fissuration. Cependant, sa résistance en traction est plus faible. En second lieu, des simulations numériques ont permis de coupler l’évolution de ces différentes propriétés afin d’évaluer le risque de fissuration via l’évolution d’un Indice de Sensibilité à la Fissuration, nommé ISF). En condition endogène, ces simulations numériques montrent que le géopolymère ne présente pas de risque de fissuration -observation confirmée par un essai à l’anneau. En présence de déchets de type MgZr, aucune fissuration n’est prédite pour le colis de géopolymère lors de la prise en compte de son comportement thermo-viscoélastique. Enfin, l’ajout de NaF dans le géopolymère ralentit la cinétique de polymérisation au très jeune âge et réduit le volume et la taille des pores. Cependant, son effet sur les propriétés mécaniques et thermiques est négligeable. Par contre, les simulations montrent que l’ISF du géopolymère sans NaF est plus important que celui avec NaF, ce qui s’explique par ses déformations de retrait endogène et de fluage propre.

In the present research project, the cracking sensitivity of geopolymer mortars due to the restriction of their delayed deformations, particularly by the MgZr wastes, is studied as well as the effect of a corrosion inhibitor NaF on the geopolymer. First, an experimental campaign carried out all the properties affecting the cracking sensitivity of a geopolymer such as polymerization kinetics, mechanical and thermal properties, autogenous shrinkage and basic creep. Compared to Portland cement-based mortar, the chemical reactions of geopolymer mortar are characterized by a low heat release. It also presents a low static Young's modulus, a fast stabilization of autogenous shrinkage, and a high creep capacity. This behavior is positive for limiting cracking sensitivity. However, its tensile strength is lower. Secondly, the evolution of these different properties is linked by using numerical simulations to evaluate the cracking risk via the evolution of a Cracking Sensitivity Index (ISF). These numerical simulations show that the geopolymer mortar does not present any cracking risk in autogenous conditions. This observation is confirmed with a ring test. Moreover, in the presence of MgZr waste, no cracking is predicted for the geopolymer package when taking into account its thermo-viscoelastic behavior. Finally, adding NaF to the geopolymer slows down the polymerization kinetics at an early age and reduces the pores’ volume and size. However, its effect on the mechanical and thermal properties is negligible. On the other hand, numerical simulations show that the ISF of the geopolymer without NaF is more significant than that with NaF, which can be explained by its endogenous shrinkage and basic-creep deformations.