Tranferts dans les milieux poreux réactifs non saturés : application à la cicatrisation de fissure dans les matériaux cimentaires par carbonatation

Transport in unsaturated porous media : application to the crack healing process induced by carbonation in cement-based materials

• Auteur / Autrice : Harifidy Ranaivomanana
• Direction : Jérôme Verdier, Alain Sellier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ciment

Béton armé -- Carbonatation

Mots clés libres

Matériaux cimentaires

Distribution de taille des pores

Transferts hydriques

Isothermes de sorption d'eau

Hystérésis

Perméabilité

Décalcification

Carbonatation

Fissuration

Cicatrisation

Modélisation

Résumé

La prédiction de la durée de vie des ouvrages en béton repose non seulement sur une modélisation des phénomènes de dégradation mais également sur les phénomènes de cicatrisation qui peuvent survenir. L'enjeu de l'étude consiste à comprendre et à modéliser les processus sous-jacents à la cicatrisation par carbonatation d'une fissure dans un matériau cimentaire. Le programme expérimental consiste à créer mécaniquement une fissure sur une éprouvette puis à la colmater en faisant percoler un fluide chargé en carbonates. La cicatrisation met en jeu un enchaînement d'interactions physico-chimiques qui sont les transferts hydriques (séchage ou resaturation de la zone contigue à la fissure), transport diffusif ou convectif des ions Ca2+ de la solution interstitielle vers les bords de la fissure et la réaction chimique entre les ions Ca2+ et les ions CO32-. Le travail de thèse est focalisé sur la mise au point des divers outils indispensables à la modélisation de ces processus, ceci en termes d'expérimentation et de modélisation. La modélisation proposée s'appuie en particulier sur un modèle original de réseau poreux permettant de décrire les isothermes de sorption d'eau avec la prise en compte de l'effet d'hystérésis, les évolutions des propriétés de transfert, ainsi que les modifications de ces caractéristiques induites par les altérations chimiques.

The prediction of the concrete structures lifetime is based on a modeling of degradation phenomena but also the healing phenomena that may occur. The aim of the study is the comprehension and modeling of underlying processes related to the carbonation-healing of a crack in a cementitious material. The experimental program consists on creating a crack on a specimen and to seal it with a fluid containing carbonates. The sealing-process involves different physico-chemical interactions which are moisture transfers (drying or wetting on crack edges), convective or diffusive transport of Ca2+ from poral solution to the crack edges and chemical reaction between Ca2+ and CO32-. The work, focused on the clarification of the different tools required to model these processes, in terms of modeling as well as experiments. The proposed modeling is based on an original pore network model able to explain water vapour sorption isotherms taking account the hysteresis effect, but also the transfer properties. The evolution of these characteristics with the chemical alteration of the cement matrix are also considered by the model.